Druhy čerpadel

Čerpadla jsou druhem hydraulických strojů, u kterých dochází k transformaci energie do kapaliny za účelem jejího hospodárného přemisťování z jednoho místa na druhé. Činnost čerpadla je vždy vázána na řadu dalších komponent, jako jsou armatury, potrubí, nádrže...které určují průtok, tlakovou ztrátu a potenciální energii kapaliny. Jejich součinnost by měla být taková, aby daný provoz byl hospodárný, bezpečný a ekologicky nezávadný.

Čerpadla je možno dělit dle podstaty jejich činnosti a podle způsobu transformace energie na:

1) Hydrodynamická čerpadla

Přeměna mechanické energie na hydraulickou probíhá v rotujícím lopatkovém oběžném kole stroje. Takto vytvořená energie je převážně kinetická, pro její přeměnu na tlakovou mají hydrodynamické stroje rozšiřující se difuzor, ve kterém dojde ke zvýšení tlaku kapaliny.

2) Hydrostatická čerpadla

Mechanická energie je přeměňována na hydraulickou přímo působením pracovního prvku čerpadla bez zprostředkujícího mezistupně - kinetické energie. Dodaná energie je převážně tlaková - hydrostatická.

3) Čerpadla jiných principů

Patří sem např. čerpadla mamutová nebo proudová, která pracují na jiném fyzikálním principu než čerpadla z předchozích skupin.

Rozdělení čerpadel do skupin nám přehledně zobrazuje např. ČSN 11 0000

HYDRODYNAMICKÁ ČERPADLA:

Mechanická energie pohonu se mění na kinetickou energii kapaliny v lopatkovém prostoru oběžného kola. Pomocí konstrukčních úprav statorové části mezi sacím a výtlačným hrdlem je přeměněna část kinetické energie na tlakovou. Nejpoužívanější čerpadla vůbec jsou odstředivá čerpadla s radiální konstrukcí.

1. Radiální (odstředivá) čerpadla

Jedná se o nejpoužívanější druh čerpadla vůbec. Je vhodné především pro čerpání málo znečištěné vody. Vyznačuje se značnou rozmanitostí v konstrukčních provedeních a možných výkonech. Má jednoduchou konstrukci a údržbu, dlouhou životnost při správném užívání a nízké výrobní náklady díky sériovosti. Jsou vhodné pro kontinuální provoz. Nehodí se pro viskózní kapaliny. Při spouštění musí být obvykle zavodněno (výjimku tvoří samonasávací). Kapalina je nasávána středem čerpadla a rotací lopatek oběžného kola jí je udělována kinetická energie. Zbržděním ve spirálovité skříni se mění kinetická energie na tlakovou. Mohou se konstruovat jako vícestupňová s několika oběžnými koly v sérii, což zvyšuje dodávaný tlak. Kromě radiálních jsou ještě axiální nebo diagonální konstrukce - to podle umístění výtlaku vůči ose hřídele.

Výhody:

• Široká oblast využití
  
• Nepulzující průtok
  
• Vhodné pro nepřetržitý provoz
  
• Nízká cena a snadná údržba
  

Nevýhody:

• Tlak i průtok závisí na vlastnostech potrubí
  
• Musí být předem zavodněno
  
• Hrozí možnost kavitace
  
• Nelze použít k přesnému dávkování, nutno osadit regulačním ventilem a průtokoměrem
  

HYDROSTATICKÁ ČERPADLA:

Též nazývaná objemová. Dopravované médium je z pracovního prostoru vytlačováno bezprostředním působením pracovního prvku čerpadla. Většina mechanické energie je přeměněna na tlakovou. Znemožňují zpětný průtok při zastavení a nelze je provozovat při uzavřeném výtlaku, protože by mohlo dojít k poškození nebo zničení některého prvku potrubního řadu. Umožňují přesně řídit průtok kapaliny změnou otáček, neboť mají jednoznačně definovaný přenesený objem na jednu otáčku.

2. Zubová čerpadla

Zubová čerpadla s vnějším ozubením

U čerpadel s koly s vnějším ozubením je kapalina při pohybu uvězněna mezi mezerou zubu a skříní čerpadla a takto je dopravena od sacího otvoru k výtlačnému. Jedno kolo je poháněné motorem, druhé je hnané. Zuby jsou v záběru, mezery mezi zuby a skříní statoru se dělají co nejmenší. Princip funkce lze vidět na obr.

Výhody:

• vhodné pro vysoké tlaky
  
• možnost přesného dávkování
  
• vhodné pro látky s velkou viskozitou
  

Nevýhody:

• malé tolerance, zuby jsou v kontaktu - nehodí se pro drobné abrazivní částice a
  
• nízkoviskózní látky, protože nastává značný otěr
  
• ložiska jsou obvykle v kontaktu s dopravovanou tekutinou
  

Zubová čerpadla s vnitřním ozubením

Menší kolo s vnějším ozubením pohání větší kolo s vnitřním ozubením. Menší z kol je umístěno excentricky a pevně umístěná půlměsícová přepážka mezi nimi slouží k uvěznění objemu kapaliny mezi zuby obou kol a její přenesení od sacího k výtlačnému otvoru. Jsou univerzálnější než typ s vnějším ozubením, dají se použít i pro látky s horší mazací schopností nebo obsahující pevné částice v menší koncentraci.

Výhody:

• lepší samonasávací schopnost
  
• širší oblast použití, možno i pro suspenze
  

Nevýhody:

• nižší provozní tlaky než zubová s vnějším ozubením
  
• složitější a tím pádem dražší konstrukce

3. Vřetenová čerpadla

Též nazývaná šroubová nebo šneková čerpadla mají jednoduchý princip funkce, kdy speciálně tvarovaný rotor rotuje a tím tlačí kapalinu po šroubovici od sacího hrdla k výtlačnému. Archimédův šroub patřící mezi tato čerpadla je nejstarším typem čerpadla vůbec. Podle způsobu konstrukce se dělí na jednovřetenová a vícevřetenová. 

Jednovřetenová čerpadla s excentrickým šnekovým rotorem

Nazývané také Mono. Rotor je z pevného materiálu ve tvaru šroubovice, stator je z elastomeru s vnitřním prostorem ve tvaru dvojité šroubovice. Při pohybu rotoru vzniká mezi rotorem a statorem prostor, do kterého je kapalina nasávána a poté se po šroubovici pohybuje od sání k výtlaku. Nemají tak přesné dávkování jako ostatní hydrostatická čerpadla, a proto jejich použití jako dávkovacích čerpadel je pouze omezené. Lícování statoru a rotoru je s přesahem pro dobré utěsnění. Drobné částice, které by normálně rychle opotřebily pevné pracovní plochy, jsou vmáčknuty do pryžového statoru, čímž se omezí opotřebení obou částí. Pracují lépe, když je kapalina samomazná a viskózní.

Výhody:

• vhodné pro široké spektrum aplikací
  
• vhodné pro pevné abrazivní částice různých velikostí
  

Nevýhody:

• složitější a dražší konstrukce
  
• čerpadlo je relativně dlouhé a potřebuje hodně místa - čím větší tlak, tím větší délka
  
• méně přesné dávkování
  
• při čerpání nízkoviskóznich látek se špatnou mazací schopností a abrazivními částicemi dochází k rychlejšímu opotřebení statoru
  

Dvouvřetenová/třívřetenová čerpadla

Kapalina je dopravována zubovou mezerou mezi statorem a vřeteny a mezi vřeteny navzájem. Profily závitů jsou buď obdélníkové, nebo lichoběžníkové. Třívřetenová mají obvykle cykloidní závit a používají se hlavně pro čisté oleje a velké tlaky. Hnací je jen jedno vřeteno, ostatní jsou jím hnaná. Oproti typu Mono má kovový stator.

Výhody:

• schopné dodávat vysoké průtoky i tlaky
  
• přesnější dávkování oproti jednovřetenovým
  

Nevýhody:

• složitější konstrukce - vyšší cena
  
• vhodné hlavně pro samomazná média a látky s vyšší viskozitou
  

4. Lamelová čerpadla

Skládají se z válcového statoru a v něm excentricky uloženého rotoru, který má pevné nebo pružné lopatky. Objem kapaliny je na sání uvězněn mezi lopatky rotoru a stator, takto je přesunut k výtlaku a zde je díky excentrickému umístění rotoru a zmenšování objemu komory na výtlaku vytlačen ven. Mají malé rozměry a používají se často v chladících a mazacích systémech různých přístrojů.

Lamelová čerpadla s výsuvnými lopatkami

Tento typ čerpadel je velmi univerzální, hodí se i pro nízkoviskózní kapaliny obsahující bubliny plynu nebo pro kapaliny s většími pevnými částicemi. Lopatky jsou ke stěně statoru přitlačovány nejčastěji pružinou.

Lamelová čerpadla s pružnými lopatkami

K vytvoření komor s proměnným objemem po obvodu statoru zde slouží lopatky z pružného materiálu. Přesná volba elastického materiálu rotoru závisí na vlastnostech dopravované tekutiny. Mají jednodušší a levnější konstrukci oproti pevným lopatkám, ale hodí se spíše pro menší tlaky.

Výhody:

• vhodné pro nízkoviskózní kapaliny
  
• vhodné pro kapaliny s většími pevnými částicemi
  
• dobré samonasávací schopnosti, mohou běžet dlouho na sucho
  

Nevýhody:

• spíše pro menší tlaky a průtoky
  
• vyšší cena (pružné provedení je levnější než pevné)
  
• nevhodné pro čerpání vysokoviskózních kapalin
  

5. Čerpadla s rotujícími písty

Jsou schopná dosahovat velmi vysokých tlaků v řádu stovek barů. Pro své kompaktní rozměry se často používají v hydraulických systémech stavebních strojů. Mají více válců uspořádaných do kruhu. Princip jejich funkce je patrný z následujícího obrázku. Tím, jak se otáčí hřídel, válec pístů i stator rotují a díky natočení hřídelového tělesa dochází k vytlačování resp. nasávání kapaliny.

Výhody:

• velmi vysoké tlaky
  
• přesné dávkování
  

Nevýhody:

• vysoká cena
  
• nevhodné pro čerpání abrazivních suspenzí
  
• spíše menší průtoky
  

6. Čerpadla s odvalujícími písty (piškotová)

Svým principem funkce jsou velmi podobná zubovým. Liší se od nich tím, že každé kolo má vlastní pohon a jejich vzájemné otáčení je vázáno synchronizační převodovkou. V žádném místě nedochází ke vzájemnému dotyku kol mezi sebou nebo se statorem. Tvar rotorových kol může být velice rozmanitý. Rotací kol se vytvoří mezi rotorem a statorem komora, kterou je kapalina přepravována.

Výhody:

• menší opotřebování povrchů, protože není vzájemný kontakt
  
• možno čerpat i větší pevné kusy bez rozmačkání
  
• vhodné i pro abrazivní látky
  
• ložiska jsou umístěná mimo skříň, nedochází ke kontaktu s čerpaným médiem
  

Nevýhody:

• zvládají nižší tlaky než zubová čerpadla
  
• vyšší cena
  
• větší pulzace toku kvůli menšímu počtu zubů
  

7. Pístová čerpadla

Výhody:

• zvládají vysoké tlaky, vhodné pro vysokoviskózní látky
  
• velmi přesné dávkování
  

Nevýhody:

• nehodí se pro čerpání abrazivních suspenzí
  
• mají silně pulzující tok
  
• vyšší cena
  

8. Membránová čerpadla

Píst je pevně spojen s membránou a pohybuje jí nahoru a dolů. Při pohybu nahoru se v komoře vytvoří podtlak a kapalina je nasáta přes nasávací klapku. Při pohybu dolů je vytvořen přetlak a kapalina je vytlačena výstupním ventilem. Membrána může být z elastomeru nebo pro větší teploty z plechu. Ovládání membrány je možno též hydraulicky nebo pneumaticky.

Výhody:

• výborné utěsnění dopravované kapaliny
  
• přesné dávkování
  
• podle typu použitých ventilů možno čerpat suspenze s různě velkými částicemi
  

Nevýhody:

• menší průtoky
  
• vyšší cena
  

9. Hadicová čerpadla

Výhody:

• přesné dávkování
  
• snadná údržba
  
• vhodné pro chemikálie i suspenze s pevnými částicemi
  

Nevýhody:

• nižší tlaky i průtoky
  
• pulzující tok
  
• elastomery hadic nejsou vhodné pro vyšší teploty
  
• hadice jsou spotřební zboží a musí se pravidelně měnit
  
• nevhodné pro dlouhodobý nepřetržitý provoz
  

ČERPADLA SPECIÁLNÍCH PRINCIPŮ: 

Tato skupina zahrnuje čerpadla, jejichž princip je odlišný od předchozích dvou, tzn. že kapalině nedodávají kinetickou energii v oběžném kole, jak je tomu u  Hydrodynamických, ani přímým působením pracovního prvku nezvyšují tlakovou energii, jak je tomu u hydrostatických.

10. Vírová čerpadla

Vírová čerpadla svým vzhledem připomínají čerpadla odstředivá, jejich princip je ovšem odlišný. Hlavní funkcí rotoru je tvorba víru v tělese čerpadla. Čerpaná látka je poté dopravována pomocí sil způsobených vírem od sacího potrubí k výtlačnému. Tím je zabezpečeno, že s vlastním rotorem přijde do kontaktu jen velmi malé procento čerpané látky. Většina kapaliny i částic v ní obsažených projde čerpadlem během jedné otáčky rotoru. Díky tomu je mnohonásobně zvýšena jejich životnost při dopravě pevných částic oproti odstředivým čerpadlům. Jejich velkou nevýhodou je nízká energetická účinnost, protože většina předané energie disipuje vlivem tření ve víru.

Výhody

• Vhodné pro čerpání vysocekoncentrovaných suspenzí
  
• Dlouhá životnost rotoru
  
• Průchodnost pro velké částice
  

Nevýhody

• Nízká energetická účinnost
  
• Menší tlaky i průtoky oproti odstředivým
  
• Nutnost měření a regulace