Jste zde

Principy průmyslových čerpadel – 7.díl - hadicová čerpadla

Antonín Vojáček, 9. Březen 2011 - 22:15

V tomto díle se podíváme na stále celkem běžný, ale dost zajímavý princip čerpání - peristaltika. Peristaltická či hadicová čerpadla se velmi často využívají pro bezpečné čerpání různých chemických, nebezpečných nebo drahých látek, jako jsou třeba kyseliny, farmaceutika, barvy apod., u nichž obvykle není vyžadován velký objemový průtok, ale netečnost na chem. složení kapaliny, snadné čištění a velmi přesné dávkování.

V dalším díle seriálu o průmyslových čerpadlech se dostane na princip dost známý obzvláště v chemickém / kosmetickém / farmaceutickém průmyslu či v laboratořích, kde je potřeba jemné a přesné dávkování velmi malých až středních objemů nebo zajistit 100% oddělení dopravovaného média od okolí, včetně částí čerpadla – peristaltická čerpadla.

Hadicová čerpadla, jak se z principu své konstrukce a funkce také označují, patří stále ještě do typů všeobecně dost známých. Zvláště tam, kde se pracuje s drahými nebo nebezpečnými látkami typu žíravých a těkavých chemikálií, které je nutné s co největší přesností dávkovat do obalů nebo různých směsí dalších kapalin. Prakticky se využívají jen pro kapalné látky různých viskozit (od vody až po oleje a pasty), i když teoreticky by mohla čerpat i plynné látky. Proto, i když jsou určena pro kapaliny, neublíží jim krátkodobý chod naprázdno (nasucho), což společně s obvykle dobrou sací schopností je předurčuje k bezproblémovému provozu v systémech s častým přerušovaným chodem typu start/stop. Naopak dlouhodobý trvalý chod jim spíše nevyhovuje, protože hadice, která je jednou z hlavních komponent čerpadla, se rychle opotřebovává je ji nutné pak relativně často měnit. Tím je jasně předurčeno jejich použití po přesné dávkování relativně malého množství látek. Chyba dávkovaného objemu bývá u těchto čerpadel i v řádu jen desetin procenta, což je srovnatelné jen s pístovými čerpadly.

Protože čerpaný produkt se během celého průchodu čerpadlem dostává do styku jen s hadicí čerpadla, lze její vhodnou volbou, co se materiálu týče, snadno čerpadlo přizpůsobit téměř libovolnému chemickému složení kapaliny a tím minimalizovat jakoukoliv chemickou reakci produktu s čerpadlem. Také protože lze stejný princip funkce bez problému použit pro hadičky o průměru jednotek mm i jednotek cm, lze vyrábět hadicová (peristaltická) čerpadla pro malinkaté i dost velké průtoky. Miniaturní provedení se často vyrábějí v podobě „stolních“ čerpadel do laboratoří výzkumných středisek, chemických, kosmetických, potravinářských a farmaceutických společností nebo v nemocnicích. Velká provedení pak obvykle slouží pro vestavbu do průmyslových dávkovacích systémů a linek jako např. v úpravnách vody (dávkování příměsí), chemičkách (čerpání různých kyselin), potravinářství (např. vinařství) apod.

Příklady miniaturních provedení hadicových / peristaltických čerpadel.

Princip a konstrukce čerpadla

Základní konstrukce a princip hadicových / peristaltických čerpadel je velmi jednoduchý a dá se zjednodušeně přirovnat k úkonu, který automaticky provádíte, když se snažíte rukou něco vytlačit z hadičky nebo třeba střívka (např. vytlačit obsah jitrnice nebo paštiky zabalené v tzv. buřtíku). Prostě chytnete obal mezi prsty, prsty stisknete a tlačíte obsah pouzdra k ven. Stejně tak to funguje i zde. Pouze obal zde nahrazuje hadice čerpadla, kterou se dopravuje produkt, a tlak prstů z jedné strany tvoří pevná stěna čerpadla a z druhé strany dvě na rameni otáčející se rolny či vačkové kolo.

Napevno uchycená a do oblouku či jednoho závitu stočená hadice je pak za chodu periodicky stlačována proti stěně čerpací hlavy rotujícími rolnami či vačkovým kolem poháněnými externím motorem, které tak před sebou tlačí od sacího otvoru k výtlačnému otvoru určité množství produktu. Tento efekt vytváří v hadici vysoký podtlak, který zapříčiňuje nasání a výtlak média. Z principu funkce je také patrné, že v konstrukci čerpadla nejsou ventily či ucpávky, a že čerpané médium nepřichází do přímého kontaktu s žádnými částmi čerpadla mimo samotné hadice. Proto je tento princip ideální pro použití ve sterilním (hygienicky čistém) prostředí.

Na druhou stranu většina hadiček (mimo úplně speciálních provedení) není schopna dlouhodobě vydržet větší protitlak než 1,5 - 2 bary a při dávkování do výstupního tlaku většího než je 0,5 baru se snižuje významně jejich mechanická životnost. Mimo to při větším podtlaku hadička může zůstávat zploštěná a dávkované množství se blíží nule. Nejvíce se tento problém projevuje u čerpadel čerpající z velkých nádrží.

Dále je nutno upozornit na průběh tlakového rázu při čerpacím cyklu vzhledem k značně pulsujícímu výstupu peristaltických čerpadel. Zde je nutno počítat s maximálním tlakem o 1/3 vyšším, než je průměrný tlak. V praxi to znamená, že v případě, kdy v reaktoru je tlak 0,5 bar, čerpadlo máme umístěno 3 m pod hladinou v reaktoru a tlakové ztráty výtlačného potrubí jsou 0,1 bar není tlakový ráz při pulzu 0,9 bar (toto je výsledná tlaková ztráta na výtlaku), ale je 1,2 bar. A proto v případě, že výrobce dává jako limitní použití 1 bar čerpadlo nelze použít.

Příklad sestavy typického hadicového / peristaltického čerpadla.

Parametry a vlastnosti:

Typické vlastnosti:

max. tlak do cca 18 barů,
max. průtok: od 0,01 ml/min do cca 1800 l/min
viskozita média: 0,1 až 1 mil. cP
max. ot. pohonu: cca 30 až 200 ot./min.
přesnost dávkování: od cca ±0.5%
průměr hadic (čerp. prostoru): cca od 5 mm (3/16") do 12 5mm (5")
teplota média: dle odolnosti hadice (cca od -10°C do +150°C)

Oblasti použití:

báňský průmysl - dávkování činidel, polymerů a čerpání kalů
úpravny vody - dávkování hypochloridu, chloridu železitého, čerpání kalů, plnění kalolisů
chemický průmysl - kyseliny, hydrokarbonáty
barvy a laky - dávkování tiskařských barev
textilní průmysl - dávkování barviv
keramický průmysl - čerpání abrasiv
celulozový a papírenský průmysl
kosmetický průmysl a papírny
recyklace
potraviny a nápoje - pivovary, vinařství, mlékárny, cukrovary, pekařství, jatky, zpracování ryb
zemědělství - čerpání aditiv, zvířecích vakcín, přeprava vody

Výhody:

snadné hadicové napojení
snadná údržba – snadná výměna hadice, snadné čistění
samonasávací čerpadlo
hadice z různých materiálů
EHEDG certifikát
vysoká přesnost dávkování
obousměrný chod (možnost běžet i ve zpětném chodu)
odolnost vůči chodu naprázdno (nasucho)
ideální pro častý běh typu start / stop
pro kapaliny různých viskozit
možnost čerpání kalů s kousky až do vnitř. prům. hadice
na výrobu méně náročná konstrukce

Nevýhody:

velmi pulsující výstup (podobně jako pístovky)
pouze nízkotlaké aplikace
pouze malé a střední průtoky
nízká životnost hadice - nutné často měnit
méně vhodný pro dlouhodobý nepřetržitý chod
nevhodný sypké pevné látky
nutné pomalé otáčky pohonu
nesnese uzavřený výtlak = voda musí mít možnost stále odtékat
má poměrně nízkou energetickou účinnost.

Závěrem...

Dá se říct, že peristaltická (hadicová) čerpadla jsou obvykle doma všude tam, kde se čerpají různé chemikálie, například různé kyseliny, hypochlorid, chlorid železitý, hydrokarbonáty apod. Prostě těsnost, celistvost, snadná výměna a možnost volby materiálu hadice čerpadla je zde velmi vysoká výhoda, kterou u jiného principu čerpadla nenajdete.

Za týden na stránkách serveru automatizace.HW.cz budeme pokračovat některým dalším typem čerpadel.

Článek vytvořil z informací níže uvedených výrobců a vlastních zkušeností: Antonín Vojáček