Pumpni agregati

Jedan od najbitnijih zadataka centrifugalnih pumpi je da rade u širokim granicama pritiska i protoka. Regulacija pritiska i protoka vrši se samo u oblasti definisanih Q – H krivima pumpe.

Klasičan način izmene radnih tački centrifugalnih pumpi ostvaruje se prigušivanjem. Prigušivanje se takođe koristi i za zaštitu pumpi od preopterećenja koja mogu nastati kada pumpe rade sa niskim pritiscima.

Ovakvim načinom regulisanja gubi se deo energije i smanjuje koeficijent korisnosti pumpi.

U praksi se često pojavljuju zahtevi koji prevazilaze mogućnosti karekeristika serijskih tipova pumpi.

Jedan od načina širih izmena radnih karekaristika pumpi je povezivanje pumpi sa ejektorima. Pumpe povezane sa ejektorima mogu da se koriste za povećanje protoka ili za povećanje pritiska. Krive Q – H agregata (pumpe spregnute sa ejektorima) prikazane su na dijagramu 1.2.

Zajednička veza ejektora i centrifugalnih pumpi bitno proširuje oblast primene pumpi i omogućava izradu autonomnih uređaja za različite namene.

Povezivanjem pumpi sa ejektorima omogućava se da se na račun smanjenja pritiska poveća protok, odnosno da se na račun smanja protoka poveća pritisak.

Odgovarajućim povezivanjem pumpi i ejektora omogućuje se da agregati rade sa viskim koeficijentom korisnosti η = 0,8 (vidi Dijagram 1.2).

Ejektori povezani sa pumpama omogućuju:

1. Izmenu radnih karekaristika centrifugalnih, aksijalnih, vrtložnih i drugih tipova pumpi u širokim granicama (Dijagram 1.2, Sl. 1.5 i Sl. 1.6).
2. Crpljenje tečnosti iz dubokih bunara, šahtova, sondi i drugih dubokih bušotona (Sl. 1.6).
3. Crpljenje tečnosti sa sadržajem gasova (Sl. 1.7 i Sl. 1.8).
4. Ostvarivanje potrebnog vakuuma za odvodnjavanje, isušivanje i snižavanje nivoa podzemnih voda, u dreniranju i građevinarstvu (Sl. 1.9 i Sl. 1.10).
5. Povećanje dopuštene visine usisavanja centrifugalnih pumpi i povećanje kavitacione rezerve pri radu sa toplim, vrelim i lako isparljivim tečnostima (Sl. 1.11 i Sl. 1.12).
6. Odstranjivanje vazduha i drugih gasova iz usisnih cevovoda i drugih šupljina, pumpi, koje nemaju samousisavajuću sposobnost za puštanje u rad (startovanje), a takođe konstantno održavaju pumpe pod nalivom, čime omogućavaju njihovo lako i brzo startovanje.(Sl. 1.7, Sl. 1.8 i Sl. 1.10).
7. Crpljenje iz teško dostupnih mesta, gasovitih, korozionih, otrovnih, agresivnih, zapaljivih, eksplozivnihi drugih zaprljanih i zagađenih tečnosti.
8. Hidrotransport mulja, peska, pepela, šljake i drugih mešavina tečnosti i tvrdog zrnastog i usitnjenog materijala (Ejektorski hidrotransport).
9. Međusobno mešanje i rastvaranje različitih tečnosti i gasova: aeracija, apsorcija, izvođenje hemijskih reakcija i dr.
10. Izvlačenje eksplozivnih, zapaljivih i zagađenih gasova.
11. Komprimovanje vazduha.
12. Obezbeđenje visokog vakuuma.

1.1 Pumpni agregati za izmenu radnih karekteristika pumpi

Način povezivanja pumpi sa ejektorima zavsi od postavljenih uslova rada. U praksi se najčešće sreću kombinacije prikazane na Sl. 1.4 i Sl. 1.5, u kojima se pumpe i ejektori nalaze na približno istom nivo (iste geodeziske visine).

Otvoren necirkulacioni pumni agregat

Na sl.1.4 prikazan je otvoren necirkulacioni pumpni agregat. Za ovakav način povezivanja odnosi pritisaka u zavisnosti od odnosa protoka prikazani su na Dijagramu 1.1.

Zatvoreni cirkulacioni pumni agregat

U zatvorenom cirkulacionom uređaju (agregatu) prikazanom na sl.1.5a protok agregata Q_ag= Q₂ sa pritiskom agregata p_ag = p₃ izdvaja se po izlazu iz ejektora.

Protok agregata Q_ag = Q₂ odlazi u hidrofor i dalje u potrošnju, a ostatak protoka Q_p = Q₁ sa pritiskom agregata p_ag odlazi preko pumpe u ejektor i dalje u kružnu cirkulaciju.

Pritisak usisavane tečnosti na ulazu u ejektor, za ejektore koji se nalaze ispod nivoa usisavane tečnosti, je p₂= + H₂ρ₂g, a za ejektore koji se nalaze iznad nivoa usisavane tečnosti p₂ = – H₂ρ₂g.

Sa H₂ obeležena je visinska razlika između ose ejektora i nivoa usisavane tečnosti. Za ejektore koji leže na nivou usisavane tečnosti H₂ = 0, pa je i p₂ = 0.

Šema u zatvorenom cirkulacionom agregatu prikazanom na sl.1.5b analogna je prethodnoj, ali se u njoj protok agregata (efektivni protok) Q_ag = Q₂, sa pritiskom agregata p_ag = p₃+p_p izdvaja po izlazu iz centrifugalne pumpe. Efektivan (koristan) protok predstavlja protok Q_e = Q₂ = Q_ag. Efektivan (koristan) pritisak predstavlja razliku pritiska agregata i pritiska usisavane tečnosti ispred ulaza u ejektor i on iznosi

p_e = p_ag-p₂ = p₃-p₂ za agregat prikazan na Sl. 1.5a
p_e = p_ag-p₂ = p₃-p₂+p_p za agregat prikazan na Sl. 1.5b

Za agregate prikazane na sl.1.5a i sl.1.6a Odnosi efektivnog (koririsnog) protoka i efektivnog (korisnog) pritiska prema priotoku i pritisku pumpe iznose:

q_a = Q_e/Q_p = Q_ag/Q₁= Q₂/Q₁ = m
ψ_a = p_e/p_p = (p₃–p₂)/(p₁–p₃)

Za agregate prikazane na sl.1.5b i sl.1.6b Odnos efektivnog protoka i efektivnog pritiska agregata prema protoku i pritisku pumpe iznose

q_b = Q_e/Q_p = Q_ag/Q_p = Q₂/(Q₁+Q₂) = μ/(1+μ)
ψ_b= p_e/p_p = (p₃–p₂+p_p)/p_p= 1+(p₃–p₂)/(p₁–p₃) = 1+ψ_a

Primer 1.3 (Sl. 1 5a)

Podaci: Ejektor se nalazi 1 m ispod nivoa usisavane vode, pa je p₂ = 0,1 bar. Pritisak na izlazu iz ejektora p₃ = 4 bar. Protok pumpe je Q_p= 10 m³/h, a potreban protok agregata Q_ag = Q₂ = 5,5 m³/h. Odrediti pritisak pumpe?

Rešenje: Za odnos protoka μ = Q₂/Q₁ = Q_ag/Q_p = 5,5/10 = 0,55 iz Dijagrama 1.2 očitava se

η_a = 0,29; i ψ_a= 0,48
p_p = (p₃-p₂)/ψ_a= (4-0,1)/0,48 = 8,125 bar.

Primer 1.4 (Sl. 1.5b)

Podaci: Efektivan (koristan) pritisak koji agregat treba da ostvari je p_e = 4 bar. A uisavanu tečnost treba podići 40 m. Raspolaže se sa pumpom pritisaka p_p= 3,1 bar (31 m) i i protokom pumpe Q_p = 10 m³/h. Koliki je efektivni (protok-protok agregata) Q_e= Q_ag= Q₂ = ?

Rešenje: Iz Dijagrama 1.2 očitava se

ψ_b = H_ag/H_p = 40/31 = 1,29; μ = 0,95: η_b= 0,62: q_b = 0,51

Efektivan (koristan) protok

Q_k= Q₂ = q_b·Q_p = 0,51·10 = 5,1 m³/h.

Na Sl. 1.5a i Sl. 1.5b prikazani su zatvoreni cirkulacioni agregati sa pumpama i ejektorima postavljenim na površini zemlje na istoj nadmorskoj visini (na istom nivou).

Na Sl. 1.6a i Sl. 1.6b prikazani su zatvoreni cirkulacioni agregati sa ejektorima postavljenim ispod nivoa pumpi i uronjenim u usisavanu tečnost.

Na Dijagramu 1.2 prikazana je međusobna zavisnost između odnosa pritisaka i odnosa protoka. Krive sa indeksima a odnose se na Sl. 1.5a i Sl. 1.6a, a sa indeksima b na Sl. 1.5b i Sl. 1.6b

Za agregate na Sl. 1.5 a i Sl. 1.6a, pri potpuno zatvorenom protoku Q_e= Q_ag= Q₂= 0, μ = Q₂/Q₁= 0, efektivni (koristan) pritisak p_e je za 2,3 puta veći od pritiska pumpe (kriva ψ_a= p_e/p_p = 2,3), a za agregate na Sl. 1.5b i Sl. 1.6b efektivan pritisak p_e je za 3,3 puta veći od pritiska pumpe (kriva ψ_b= p_e/p_p=3,3).

Zavisno od promene dnosa prituisaka menjaće se i odnos protoka (Q_e/Q_p), kako se to na Dijagramu 1.2 vidi.

1.2 Pumpni agregati za crpljenje tečnosti iz dubokih bunara

U praktičnoj primeni crpnih stanica pojavljuje se potrebe za crpljenja tečnosti sa dubina znatno većih od dopustivih visina usisavanja centrifugalnih pumpi. Za ovakve uslove rada primenjuju se dubinske pumpe različitih tipova. Montaža, održavanje i remont ovakvih tipova pumpi je vrlo skup, a vek trajanja kratak. Ovakve pumpe su nepogodne za tečnosti koje imaju veću temperaturu i koje u sebi sadrže gasove i čvrste čestice. Najpogodniji uređaji za ovakve uslove rada su pumpni agregati sa centrifugalnim pumpama i ejektorima.

Agregati kod kojih su centrifugalne pumpe postavljene na površini zemlje, a ejektori spušteni i uronjeni u usisavanu tečnost, šematski su prikazani ns Sl. 1.6a i Sl. 1.6b, a njihove karekaristike na Dijagramu 1.2.

1.3 Pumpni agregati za obezbeđvanje visine samousisavanja i usisavanja tečnosti koji sadrže gasove, pesak i druge primese

Samousisavajuće pumpe i pumpni agregati neopho-dni su u mnogim oblastima industrije, građevinarstva, vodoprivrede, melioracijskim radovima, sniženju podzemnih voda i drugim specifičnim uslovima rada. Na osnovu ispitivanja ustanovljeno je da sadržaj gasova u crpljenoj tečnosti veći od 5-7% bitno snižava koeficijent korisnosti pumpe, a može dovesti i do prestanka protoka tečnosti kroz pumpu. Iz tih razloga mnogo je prihvatljivije i korisnije primeniti spregu pumpe i ejektora. Zavisno od uslova rada i sastava tečnosti koja se crpi mogu se izvesti različite kombinacije povezivanja pumpi i ejektora. Agregati u kojima su centrifugalne pumpe povezani sa ejektorima obezbeđuju održavanje zahtevanog vakuuma i u složenim uslovima kada se u usisavanoj vodi nalaze gasovi (vazduh, metan i dr), pesak i druge čvrste i gasovite primese ponekad u količini većoj od količine usisane vode (Sl.1.7- Sl. 1.10).

Ovakvi agregati veliku primenu imaju u rečnoj i morskoj floti za crpljenje tečnosti iz raznih šupljina brodova, zatim u kanalizacionim crpnim stanicama i svuda tamo gde se pri crpljenju vode pojavljuju i gasovi i čvrste primese.

1.4 Pumpni agregati za povećanje visine usisavanja (nadkavitacionog napora)

Za obezbeđenje normalnih uslova rada centrifugalnih pumpi visina usisavanja nesme biti veća od dopuštne visine. U praksi se najčešće sreću sledeći slučajevi u kojima treba povećati visinu usisavanja (nadkavitacioni napor):

• pri radu pumpi u crpnim pumnim stanicama sa visokom amplitudom kolebanja nivoa crpljene tečnosti,
• pri radu pumpi sa kondezatom i zagrejanim i pregrejanim tečnostima sa visokim naponom para,
• pri radu dozirnih pumpi u termoergetskim sistemima,
• pri radu pumpi sa velkim brojem obrtaja.

Jedan od metoda obezbeđenja normalnih uslova rada pumpi je povezivanje pumpi sa ejektorima, kako je to prikazano na (Sl. 1.11 i Sl. 1.12).