A pokračujeme v zajímavém světě principů průmyslových čerpadel a rozhodně se ještě neblížíme ke konci. V minulém díle "Principy průmyslových čerpadel – 5.díl - rotační pístová čerpadla" jsme započali přesun od čerpadel s rotujícími rotory k pístovým typům. Rotační pístová čerpadla jsou pak tak napůl cesty. Využívají jak pístový princip, tak rotující části.

Dnes se však podíváme již na klasická pístová čerpadla již vykovávající hlavně posuvný pohyb. Tedy pokud nepočítáme převodní mechanismus mezi rotující poháněcí hřídelí a posuvným pohybem pístového mechanismu, který se však odehrává mimo samotnou hlavní aktivní část.

Klasická pístová čerpadla

Samozřejmě základem všech pístových čerpadel a pump, včetně těch rotačních pístových uvedených v minulém díle, je dvoudobý pístový cyklus, kdy píst ve válci v první fází pohybu od otevřeného sacího otvoru k horní úvrati nasává produkt do válce, který v následujícím druhém cyklu při pohybu pístu k otevřenému vztlakovému otvoru vytlačí ven ve vysokém tlaku. Prostě princip, jaký v cyklu probíhá v motoru vašeho auta nebo jakým pumpujete vzduch hustilkou do pneumatiky vašeho kola. Z uvedeného principu jsou již dost patrné vlastnosti takto realizovaného čerpadla.

Výhodou prakticky všech pístových čerpadel je schopnost generovat velké až obrovské výstupní tlaky čerpané látky (kapaliny, plynu i hustých a pastovitých materiálů) a dosahovat vynikajících sacích schopností. Jsou tedy ideální pro čerpání i velmi obtížně čerpatelných látek, včetně abrazivních, chemicky toxických či korozivních látek. Písty i válce pístových čerpadel lze totiž relativně snadno vyrobit z různých materiálů a tím je tak ideálně přizpůsobit chemickému složení a vlastnostem čerpaného produktu. Mohou obvykle pracovat i naprázdno (nasucho), tedy bez produktu, aniž by u nich došlo k poškození. Také se ideálně hodí pro přesné dávkování čerpaného produktu, protože při známých rozměrech (objemu) válce je možné i přesně definovat objem přečerpaného produktu při jednom cyklu. Počtem cyklů pak lze „nasčítat“ potřebné množství. Proto se také využívají spolu se zubovými čerpadly a Lobe pumpami v manuálních, polo- i plně automatických plnících strojích. Mimo to všechno se obecně vyznačují i velmi vysokou účinností, což znamená, že pro přečerpání určitého množství látky při daném tlaku a průtoku využijí méně energie než jiná čerpadla.

Významnými nevýhodami všech pístových systémů je z principu vyplývající pulsace průtoku i výstupního tlaku, způsobená střídáním období, kdy výtlačný ventil je zavřený (probíhá nasávání) a otevřený (probíhá vytlačování). Různé metody se pak snaží tuto hlavní nevýhodu potlačit. V případě rotačních pístových čerpadel se toho dosahuje velkým počtem otáčených malých pístů, kde když některé písty sají, další provádí vytlačování. Čím větší počet pístů, tak tím méně výstupní průtok a i tlak pulsuje. Proto se také i v případě „klasických pístovek“ můžete setkat s tzv. dvou pístovým, kde když jeden píst saje, druhý píst vytlačuje a obráceně. Tím se pulsace minimalizuje. Ať dvou či vícepístová provedení vždy všechny písty pohání společný pohon čerpadla přes jednu vačkovou hřídel a správné sladění časování otevírání sacích a výtlačných ventilů je zde stejně jako u automobilu realizováno vhodně tvarovanou vačkovou hřídelí nebo v současné době i jen plně elektronicky.

Obecně nevýhodou všech pístových čerpadel je složitost konstrukce a velké množství aktivních komponent pístů, což zvyšuje výrobní náklady a tedy i výslednou prodejní cenu čerpadla. Také jejich čištění není úplně ideální, zvláště při čerpání látek s vyšší viskozitou. Pokud však potřebujete vysokotlaká velkoobjemová čerpadla s vysokým průtokem nebo vysokotlaká čerpadla s přesným objemovým dávkováním i kapalných produktů s většími pevnými kusy, je pístové čerpadlo velmi vhodná volba.

Parametry a vlastnosti pístových čerpadel:

Pístomembránová čerpadla

Tzv. pístomebránová čerpadla jsou speciálním provedením pístových čerpadel, i když někteří výrobci je uvádějí jako speciální kategorii. Jejich základním rozdílem pro klasickým „pístovkám“ je v konstrukci, kde čerpací prostor netvoří pohybující se píst v pevném válci, ale je tvořen jedním kompaktním a celistvým pružným prostorem (obvykle v podobě pružného válce), jehož vnitřní objem se mění vlivem smrštění a roztažení jedné nebo více jeho stěn. Hlavní výhodou membránových čerpadel tedy je neexistence žádných vzájemně se posouvající nebo otáčející součástí a tím vynikají velkou těsností. Čerpaný produkt je tak téměř dokonale izolován od ostatních komponent čerpadla a neexistuje prakticky žádná možnost jeho úniku z čerpacího prostoru, pokud nedojde přímo k protržení stěny (u klasických pístovek je v tomto směru nejslabší článek pístní kroužek, tedy těsnění vyplňující prostor (vůli) mezi pohybujícím se pístem a pevnou stěnou válce, které po opotřebení může „prosakovat“).

To je jasně staví do pozice principu vhodného pro čerpadla velmi znečistěných nebo chemicky nebezpečných, agresivních nebo velmi cenných látek malých objemů, protože hlavní nevýhodou tohoto principu proti klasickým "pístovkám" je menší maximální průtok.

Membránová čerpadla se proto používají například jako palivová čerpadla u spalovacích motorů nebo pomocná čerpadla s elektrickým vibračním pohonem pro čerpání vody ze studní. Dále jsou schopna čerpat širokou řadu technických i běžně používaných kapalin (horké kapaliny, upravené vody, korozivní látky, kaly, abrazivní látky, kapalné plyny, vlhčené prášky, hnojiva, řezné kapaliny, viskózní kapaliny, ultračisté kapaliny, chemické látky, adheziva, mýdlové roztoky, solené vody apod.

Princip funkce pístomembránových čerpadel

Princip činnosti pístomembránových čerpadel je založen na střídavém prohýbání pružné části čerpadla zhotovené z pryže, plastu nebo kovu. Pružnost materiálu, ze kterého je zhotovena, určuje možný zdvih. Membránové čerpadlo tak obsahuje píst a pryžovou membránu, která je připojena na táhlo a třmenem prohýbána nahoru a dolu. Při zdvihání membrány se kapalina nasává do prostoru mezi sacím ventilem a membránou a při klesání se při zavřeném sací ventilu vytlačuje výtlačným hrdlem ven. Pohon může být ruční nebo strojní, tedy motorem jehož rotační pohyb se převádí na posuvný.

Konkrétně nejčastěji se využívá jedno z následujících provedení:

• Membránové s průhybem jedné horní stěny válcové komory určené pro opravdu velmi malé průtoky
• Vlnovcové s válcovým čerpaným prostorem v podobě vlnovce, kde se vlivem pružných stěn periodicky mění výška válce.

První varianta, tedy čistě membránové čerpadlo, je realizována jako prohýbání kruhové membrány zhotovené z pryže, plastu nebo kovu.

Druhá varianta, tedy pohyblivější vlnovcové čerpadlo, již umožňuje větší periodickou změnu objemu válce, čímž se i zvětšuje přečerpaný objem látky v jednom pracovním cyklu a tím tedy i celkový průtok. Vlnovec totiž dovoluje větší zdvih a tím také větší množství dodávané kapaliny při dané frekvenci kmitání.

Parametry pístomembránových provedení:

Závěrem...

Dá se říct, že pístová čerpadla jsou vícetlakou alternativou k zubovým čerpadlům, přičemž kombinují výhody externích zubovek (vysoký tlak) a lobe pump (pro velký rozsah viskozit látek). Všechna tato tři provedení se proto využívají při konstrukci plnících strojů.

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

DOWNLOAD & Odkazy

• Zajímavé odkazy na webové stránky o popisu či výrobcích / prodejcích pístových a pístomembránových čerpadel:
  • www.charlesausten.com/rocking_piston_pumps.htm
  • www.hindhivac.com/p4_c.htm
  • www.pollutionsolutions-online.com/news/water-wastewater
  • www.zamanfarayand.com/BONO%20EXACTA.htm
  • http://bia-verder.verder.ams3.footsteps.nl/Cerpadla/Pistomembranova_cerpadla
  • www.axflow.com/cz/Group-Site-Management/Products-Services/Produkty/Cerpadla/Davkovaci-erpadla-a-plnici-systemy/
  • www.eamos.cz/amos/kat_fyz/modules/low/....
  • www.axflow.com/cz/Group-Site-Management/Products-Services/Produkty/Ce.......
  • www.cerpadlo.cz/slovnik-pojmu.php
  • www.e-cerpadla.cz/samonasavaci-cerpadla-odstrediva-c-29.html
  • www.pumpworld.com/contents.htm

• Předchozí díly seriálu o čerpadlech:
  • Principy průmyslových čerpadel – 1.díl – zubová čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 2.díl - rotační Lobe pump
  • Principy průmyslových čerpadel – 3.díl - lopatková čerpadla (Vane pumps)
  • Principy průmyslových čerpadel – 4.díl - odstředivá čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 5.díl - rotační pístová čerpadla
• Další zajímavé články z oblasti průmyslové automatizace najdete na stránkách serveru automatizace.HW.cz.