Dalším zajímavým a hlavně v průmyslu využívaných čerpadlem jsou tzv. elektromagnetická čerpadla, která jsou poháněna pomocí přítomnosti střídavého elektromagnetického pole. Bohužel však výše uvedený název nemusí vždy znamenat jeden a tentýž funkční princip. Nebudeme-li uvažovat tzv. membránová čerpadla (viz článek Principy průmyslových čerpadel – 6.díl - pístová čerpadla), která mohou být poháněna jak elektromotorem, tak i střídavým elmag. polem (tzv. vibrační provedení) a tedy jde jen o čistě typ pohonu a ne jiný princip čerpání, najdeme často pod stejným názvem také následující:

• Provedení bez mechanických částí určená pro čerpání jen elektricky vodivých kapalin = EM čerpadla (EM pumps)
• Provedení s mechanickou částí schopná čerpat většinu kapalin (i el. nevodivé) = Elektromagnetická pístová čerpadla

Výrobci však někdy označují oba typy stejně jako "Electro-magnetic pumps" a podle názvu tak není hned bohužel možné určit o jaké provedení se jedná a je nutné se dále pídit po informaci o vnitřní konstrukci.

Prakticky starším řešením je verze elmag. čerpadla pro přepravu jen elektricky vodivých kapalin (tzv. tekutých kovů), tzv. EM pumpy či EM čerpadla. Zde se médiu (kapalině) uděluje pohyb prostřednictvím působení střídavého magnetického pole, stejně jako například na pevný el. vodič elektromotoru či reproduktoru. Tedy na ni působí vzniklá mechanická síla, která kapalinou pohybuje. Objektivní výhoda tohoto principu je absolutní mechanické oddělení čerpaného média od okolí, protože pole prochází skrze stěny potrubí, které tak nemusí být v žádném místě porušeno. Toho se například využívá u čerpání chladící vody primárního okruhu jaderného reaktoru, která je radioaktivní a nesmí se za žádných okolností dostat mimo primární okruh. Proto se zde využívá kombinace elektricky vodivé kapaliny (sodík) a elektromagnetického čerpadla. Také se dále využívá v průmyslů zpracování kovů (hliník, lithium, bismut apod.), které ve fázi roztavení jsou tekuté, ale jejich vysoká teplotu v mnoha stovek °C nedovoluje použít žádný jiných kontaktní princip čerpání.

Taková čerpadla však obvykle mají jen malý čerpací tlak 100 Pa až 100 kPa (1 atm) při dost vysoké spotřebě elektrické energie z důvodu vysokého "prokluzu". Jejich účinnost se proto pohybuje maximálně okolo 50%. Což není moc, ale také to není úplně málo. Jde tedy o nízkotlaká čerpadla, jejichž hlavní výhodou je právě konstrukce bez mechanických částí, čímž jsou velmi spolehlivá (bezúdržbová) a tedy vhodná zejména pro el. vodivé kapaliny nebezpečné pro své okolí (ať již teplotou či chemickým složením).

Druhé provedení elektromechanických čerpadel sice využívá mechanicky pohyblivé konstrukce, ale pohonem je právě přímo proměnné pole. Prakticky funguje na stejném principu jako solenoidový ventil, kde se kovový váleček (jádro vzduchové cívky) vysune po přivedení stejnosměrného napětí a tím otevře ventil. V případě přivedení střídavého napětí se pohybuje periodicky sem a tam a vytváří tak lineární čerpací mechanismus podobný pístovému. Stačí, aby „váleček“ byl dutý a obsahoval miniventil zajišťující sání a výtlak. Proto jejich správné označení je elektromagnetická čerpadla.

Vyrábějí se obvykle v malých či miniaturních rozměrech v řádu jednotek cm, pro malé průtoky do několika stovek litrů za minutu a malé tlaky 0,5 až cca 20 barů. Proti EM pumpám se vyznačují dost vysokou účinností, ale obvykle i velmi negativní charakteristikou průtok-tlak, kdy lze stejným čerpadlem dosáhnout buď velký průtok při malém tlaku nebo malým průtokem naopak zvýšit výtlak, ale nikdy nelze mít obě hodnoty současně vysoké. S pohledu praktického použití je lze hlavně využít jako přesná dávkovací či rychlá cirkulační čerpadla malých množství pro různá malá laboratorní a výrobní zařízení či komerční čistící stroje, klimatizace a chladící či topné okruhy.

Princip a provedení - EM čerpadla

Konstrukčně jednodušší elektromagnetická čerpadla pro tekuté kovy, tedy bez mechanicky se pohybujících komponent, využívají silového působení proměnného magnetického pole kolmého na směr pohybu kapaliny dle Flemingova pravidla levé ruky. To definuje směr elektrodynamické síly působící na vodič (u nás elektricky vodivá kapalina) umístěný v magnetickém poli, kterým protéká elektrický proud. Všechny tyto tři složky jsou pak na sebe kolmé. Tedy jde o stejný fyzikální princip, jaký se využívá pro elektromotory či reproduktory.

Jak je z principu patrné, konstrukce takového čerpadla je principielně velmi jednoduchá a skládá se prakticky jen ze cívky „obtočené“ okolo el. nevodivého potrubí opatřeného jen el. vodivými kontakty pro realizaci průchodu proudu vodivou kapalinou. Toto řešení bez pohyblivých částí je tak velmi spolehlivé a jedinou komponentu, která se může porouchat (cívka), je možné relativně snadno vyměnit, aniž by se muselo jakkoliv „řezat“ či rozebírat potrubí s nebezpečným dopravovaným médiem.

Reálná elektromagnetická čerpadla nejsou obvykle vyráběna sériově, ale realizována na míru a optimalizována na konkrétní čerpací požadavky a vlastnosti dopravované kapaliny. Hlavně v tomto směru jde o elektrický odpor kapaliny, kterou musí protékat el. proud. Čím větší je její odpor, tím menší proud je možné použití kvůli tepelným ztrátám generovaným na ohmickém odporu protékajícím proudem. Čím nižší proud však musíme použít tím menší je generovaný čerpací tlak, přičemž průtok je naopak dán frekvencí střídavého budícího signálu. Také vliv na celý průřez potrubí není stejný, zvláště u velkých čerpadel. Prakticky pro zajištění co největší účinnosti a parametrů čerpání tak konstrukce bývá výrazně složitější, než jak bylo „nastíněno“ výše. Reálná EM čerpadla tak obvykle neobsahují jen jednu „poháněcí“ cívku, ale i jednu či více pomocných cívek optimalizující tok média – viz obrázek níže.

Parametry a vlastnosti EM čerpadel pro „tekuté kovy“:

Princip a provedení - elmag. pístová čerpadla

Složitější elektromechanická konstrukce také využívá elektromagnetického pole generované cívkou, ale to nehýbe přímo se samotným čerpaným médiem, ale s mechanickým kovovým pístkem na pružině, který pak sám uděluje pohyb kapalině. Prakticky jde o speciální princip axiálního pístového čerpadla.

Princip funkce takového čerpadla je tedy podobný solenoidové hlavici ventilu, která svým pohybem při přítomnosti magnetického pole uzavírá či otevírá ventil. Zde u čerpadla je však pístek dutý, aby jím mohla procházet kapalina a je na jednom konci opatřený miniventilem. Ten se otevírá při sání (pohybu pístku ve směru proti sacímu otvoru) a je zavřený při výtlaku, tedy při pohybu pístku směrem k výtlačnému otvoru.

K napájení budící cívky se obvykle používá obdélníkové či pulsní střídavé napětí vyráběné uvnitř čerpadla z klasického sinusového napájecího napětí 24 či 230 V AC / 50 Hz. A právě základní budící signál určuje rychlost pracovního cyklu čerpadla a tedy ve spojení s průřezem čerpadla jeho max. průtok. Naopak velikost proudu (příkon čerpadla) určuje generovaný tlak.

Konkrétně pracovní cyklus je následující: Nejdříve kladné napětí obdélníkového signálů způsobí tlačení pístu proti pružině při otevřeném pístním ventilu a provádí se nasávání čerpaného média. Následně se v "horní" úvrati pístní ventil zavírá a poté nulové napětí na cívce a tlakové energie pružiny vytlačí nasátou kapalinu do výstupu čerpadla.

Parametry a vlastnosti elmag. pístová čerpadla:

Závěrem...

Uvedením elektromagnetických čerpadel se již pomalu blížíme ke konci našeho seriálu o principech různých čerpadel. Ještě však existuje několik mechanických "historických" principů, které však jsou natolik zajímavé, že myslím si alespoň stojí za zmínku. O nich tak v příštím posledním 12. díle na stránkách serveru automatizace.HW.cz .

DOWNLOAD & Odkazy

• Zajímavé odkazy na webové stránky o popisu či výrobcích / prodejcích elektromagnetických čerpadel:
  • www.cminovacast.com/prod/papers/paper4.html
  • www.directindustry.com/prod/gotec/compact-electromagnetic-piston-pumps-7049-497348.html
  • www.clarksol.com/html/prodspecsEKS-17Pump.cfm
  • www.hellopro.co.uk/GOTEC_Groupe_Eckerle-1971-noprofil-2002722-9024-0-1-1-fr-societe.html
  • www.supplierlist.com/product_view/martin/22782/100344/electromagnetic_pumpmicro_pump.htm
  • http://nstg.nevada.edu/mmrg/facility/facility_EMpump.htm
  • www.pumpsystems.co.nz/products/small-pumps.php
  • www.eamos.cz/amos/kat_fyz/modules/low/kurz_text.php
  • www.abel.de/en/2-Products/EM-Pumps.php

• Předchozí díly seriálu o čerpadlech:
  • Principy průmyslových čerpadel – 1.díl – zubová čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 2.díl - rotační Lobe pumpy
  • Principy průmyslových čerpadel – 3.díl - lopatková čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 4.díl - odstředivá čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 5.díl - rotační pístová čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 6.díl - pístová čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 7.díl - hadicová čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 8.díl - vřetenová čerpadla
  • Principy průmyslových čerpadel – 9.díl - proudová čerpadla
  •  Principy průmyslových čerpadel – 10.díl - mamutková čerpadla
• Další zajímavé články z oblasti průmyslové automatizace najdete na stránkách serveru automatizace.HW.cz.