Obehové čerpadlá pre vykurovacie systémy

Obsah článku

• Vykurovacie čerpadlá – história
• Zariadenie a princíp činnosti
• Druhy obehových čerpadiel
• Vykurovacie čerpadlá – ako ich zvoliť
• Výber miesta a inštalácia obehového čerpadla

V tomto článku: História obehových čerpadiel zariadenie a princíp činnosti; typy čerpadiel na vykurovanie; ako zvoliť obehové čerpadlo; kde a ako nainštalovať čerpadlo na vykurovanie.

Ak je celková plocha vykurovaných priestorov stovky metrov štvorcových a ak tieto samotné merače zaberajú niekoľko poschodí, potom nestačí klasické vykurovanie založené na prirodzenej cirkulácii chladiva. A to nie je prekvapujúce – tlak v systémoch s prirodzenou cirkuláciou nepresahuje 0,6 MPa. V takýchto vykurovacích systémoch existujú iba dva spôsoby, ako zvýšiť tlak a zlepšiť cirkuláciu vody – vybudovať uzavretý systém s rúrkami s veľkým priemerom alebo do neho zaviesť obehové čerpadlo. Rúry s veľkým priemerom nie sú lacné, takže najlepším riešením pre vykurovacie oblasti od 100 do 150 m² – obehové čerpadlo.

Vykurovacie čerpadlá – história

Pred sto rokmi sa inžinieri pokúsili vyriešiť problém cirkulácie chladiva v systémoch na ohrev vody a túto úlohu sa nejakým spôsobom pokúsili zveriť čerpadlu s elektrickým motorom. Elektrické motory, ktoré existovali na začiatku 20. storočia, však mali otvorené kontakty, vniknutie vody do nich viedlo k okamžitým nehodám.

V roku 1920 vytvoril prvý hermetický elektromotor nemecký inžinier Gottlob Bauknecht, ktorý založil spoločnosť Bauknecht. O niekoľko rokov neskôr, majiteľ a zakladateľ firmy Wilo, Wilhelm Oplander, vytvoril obehové čerpadlo, ktoré používalo elektrický motor Bauknecht. V „suchom“ Oplenderovom čerpadle bol pohon od motora k axiálnemu kolesu inštalovanému v kolene potrubia uskutočňovaný hriadeľom utesneným tesnením upchávky. Wilhelm Oplender nazval svoje obehové čerpadlo „urýchľovačom cirkulácie“: v rokoch 1929 až 1955 sa čerpadlá tohto typu vyrábali a používali vo vykurovacích systémoch v Európe a Spojených štátoch všade.

Hlavnou nevýhodou obehového čerpadla Opleder bolo tesnenie upchávky, ktoré sa rýchlo opotrebuje pri najmenších nepravidelnostiach na povrchu hriadeľa a materiál upchávky nebol nijak zvlášť silný. Vyžadovali sa časté výmeny upchávok, povrch hriadeľa vyžadoval pravidelné brúsenie a leštenie.

Pred 70 rokmi bolo vytvorené prvé „mokré“ obehové čerpadlo – vynašiel švajčiarsky inžinier Karl Rutchi a zakladateľ Rutschi pumpen AG. Elektrický motor v čerpadle Ryutchi bol namontovaný na koleno, cez ktoré sa čerpala voda a bol spoľahlivo utesnený. V tomto prípade bola voda priradená úlohe maziva.

Neskôr bolo koleno, ktorým prešla chladiaca kvapalina, nahradené „slimákom“, od tohto okamihu sa „slimák“ používa pri návrhu každého moderného čerpadla pre vykurovacie systémy..

Zariadenie a princíp činnosti

Cirkulačné čerpadlá majú úzku špecializáciu – sú určené na nútenú cirkuláciu nosiča tepla (vody) v uzavretých vykurovacích systémoch. Vo svojej štruktúre sú podobné drenážnym čerpadlám: teleso vyrobené z nehrdzavejúcich kovov alebo zliatin (oceľ, liatina, hliník, mosadz alebo bronz); oceľový alebo keramický rotor; hriadeľ rotora je vybavený obežným kolesom; rotorový motor.

Keď je čerpadlo nainštalované vo vykurovacom systéme, na jednej strane nasáva vodu a na druhej strane pumpuje do potrubia kvôli odstredivej sile, ktorá sa vyskytuje, keď sa obežné koleso otáča – vo vstupnom potrubí sa vyskytuje podtlak a na výstupnom potrubí je stlačený. Pri rovnomernej prevádzke čerpadla sa hladina chladiacej kvapaliny v expanznej nádrži nemení, t.j. s jeho pomocou nebude možné zvýšiť tlak vo vykurovacom systéme – na dokončenie tejto úlohy je potrebné pomocné čerpadlo. Úlohou obehového čerpadla je pomáhať chladiacemu prostriedku prekonať odpor vznikajúci v určitých častiach vykurovacích systémov.

Druhy obehových čerpadiel

V zásade sú tepelné čerpadlá rozdelené do dvoch typov – „suchý“ a „mokrý“..

V štruktúrach prvého typu rotor neprichádza do styku s čerpanou vodou, jeho pracovná časť je oddelená od elektrického motora O-krúžkami, ktoré sú najčastejšie tvorené aglomerátom uhlíka, menej často z nehrdzavejúcej ocele alebo keramiky, oxidu hlinitého alebo karbidu volfrámu (materiál koncového tesnenia závisí od typu chladiva). Pri spustení motora čerpadla sa O-krúžky otáčajú voči sebe navzájom – medzi leštenými a starostlivo namontovanými krúžkami je tenká vrstva vodného filmu, ktorá utesňuje spojenie v dôsledku rozdielu tlaku vo vonkajšej atmosfére a vo vykurovacom systéme (tlak je vyšší vo vykurovacom systéme). Pružina tlačí jeden tesniaci krúžok k druhému, počas prevádzky sa opotrebovanie krúžkov a navzájom sa zmestia, ich životnosť bude najmenej 3 roky – sú účinnejšie ako tesnenie upchávky, ktorá vyžaduje neustále mazanie a chladenie. Účinnosť obehových čerpadiel so suchým rotorom je až 80%. V porovnaní s „mokrými“ čerpadlami suchá rotorová čerpadla vydávajú počas prevádzky hlasný hluk, takže sú inštalované v samostatnej miestnosti s dobrou zvukovou izoláciou.

Pri používaní čerpadiel so suchým rotorom s posuvnými mechanickými tesneniami dôkladne sledujte prítomnosť suspendovaných látok v čerpanej vode a stav prašnosti vo vzduchu v miestnosti, kde je čerpadlo nainštalované. Prevádzka „suchého“ čerpadla spôsobuje turbulencie vzduchu, ktoré priťahujú prachové častice – prachové častice a suspendované látky v chladiacom prostriedku môžu poškodiť povrchy tesniacich krúžkov a zhoršiť ich tesnosť..

Bez ohľadu na typ tesnenia, či už ide o upchávku alebo posuvné mechanické tesnenie, sú pri prevádzke „suchého“ čerpadla zničené, takže pre úlohu maziva potrebujú prítomnosť kvapaliny – v prípade ich neexistencie je zničenie mechanického tesnenia nevyhnutné..

„Suché“ čerpadlá sú rozdelené do troch typov: horizontálne (konzolové), vertikálne a blokové. V prípade čerpadiel prvého typu je sacie potrubie umiestnené na koncovej strane „volute“ a výtokové potrubie je umiestnené radiálne na telese. Elektrický motor čerpadiel konzoly je namontovaný horizontálne.

Vertikálne čerpadlá (in-line) sú vybavené rovnakými otvormi umiestnenými pozdĺž tej istej osi. Umiestnenie elektrického motora v konštrukcii takýchto čerpadiel je vertikálne.

Chladivo vstupuje do blokového čerpadla v smere osi, je uvoľnené v radiálnom smere.

Tepelné čerpadlá „mokré“ sa líšia od suchých čerpadiel tým, že obežné koleso je vo svojej konštrukcii ponorené v chladive spolu s rotorom, zatiaľ čo chladivo plní funkcie mazania a chladenia bežiaceho motora. Tesnosť tej časti elektromotora, ktorá je pod napätím, zaisťuje kovový kalíšok oddeľujúci rotor a stator, ktorého materiálom je nehrdzavejúca oceľ. Rotor „mokrého“ čerpadla pre vykurovacie systémy je vyrobený z keramiky, ložiská sú keramické alebo grafitové, puzdro je obvykle liatinové – pre vykurovacie systémy sú vhodnejšie „mokré“ cirkulačné čerpadlá v mosadznej alebo bronzovej skrini. V porovnaní so „suchými“ čerpadlami sú „mokré“ čerpadlá menej hlučné, nevyžadujú údržbu roky a ľahšie sa opravujú a nastavujú. Ich hlavnou a významnou nevýhodou je však nízka účinnosť, ktorá nepresahuje 50%. Dôvodom nízkeho výkonu „mokrých“ čerpadiel je skutočnosť, že bude prakticky nemožné utesniť objímku oddeľujúcu stator a chladivo väčším priemerom rotora. Práve z dôvodu nízkej účinnosti sa čerpadlá typu „mokré“ používajú zväčša na zlepšenie cirkulácie vo vykurovacích systémoch krátkej dĺžky, t.j. v domácom vykurovaní.

Moderné „mokré“ cirkulačné čerpadlá majú modulárny dizajn. Existuje päť takýchto modelov: puzdro čerpadla; elektrický motor so statorom; skriňa s koncovými blokmi; Pracovné koleso; náplň obsahujúca rotor a hriadeľ s ložiskami. Jednotka s jednou kazetou uľahčuje odstránenie vzduchu nahromadeného v púzdre čerpadla počas uvedenia do prevádzky a samotná modulárna schéma zjednodušuje opravu – stačí vymeniť chybný modul za nový..

Preto sú „mokré“ čerpadlá na vykurovanie vybavené jednofázovými a trojfázovými elektrickými motormi. Čerpadlá sú pripevnené k potrubiu vykurovacieho systému závitovým alebo prírubovým pripojením – jeho typ závisí od výkonu tohto čerpadla..

Pretože voda v čerpadlách s mokrým rotorom zohráva úlohu maziva, musí voda neustále prúdiť k ložiskám cez puzdro, ktoré oddeľuje chladivo a stator. Jediným spôsobom, ako zabezpečiť dostatočné mazanie ložísk, je prísne vodorovná poloha hriadeľa – akákoľvek iná poloha hriadeľa spôsobí poruchu čerpadla a čoskoro sa stane nepoužiteľným..

Vykurovacie čerpadlá – ako ich zvoliť

Najprv vypočítajme, koľko chladiva prechádza kotlom za minútu. Väčšina výrobcov vykurovacích kotlov odporúča použitie jednoduchej metódy výpočtu – porovnanie výkonu kotla s prietokom vody, t. pri výkone 30 kW prejde kotlom za minútu 30 litrov vody. Pri výpočte prietoku chladiva vo vzťahu k určitej časti obehového krúžku použijeme rovnakú metódu: poznáme výkon vykurovacích telies, a preto sa vypočíta prietok vody..

Ďalším krokom je výpočet prietoku chladiva v potrubí podľa priemeru rúrok, z ktorých je vyrobený:

• v rúrkach s priemerom? prietok vody bude 5,7 l / min;
• v rúrkach s priemerom? palec bude prietok vody 15 l / min;
• v potrubiach s priemerom 1 palec bude spotreba vody 30 l / min;
• v rúrkach s priemerom 1? in. spotreba vody bude 53 l / min;
• s priemerom rúrky 1? in. spotreba vody bude 83 l / min;
• pri priemere potrubia 2 palce bude prietok vody 170 l / min;
• s priemerom potrubia 2? palec, spotreba vody bude 320 l / min.

Rýchlosť pohybu chladiacej kvapaliny sa berie ako 1,5 m za sekundu – spravidla ide o dostatočnú rýchlosť pre vodu vo vykurovacích systémoch.

Vypočítajme výkon čerpadla na vykurovanie na základe toho, že pre desaťmetrovú časť potrubia bude potrebná výška 0,6 m – v prípade stoviek metrového vykurovacieho systému bude teda potrebné čerpadlo, ktoré vytvorí hlavu 6 metrov. Podľa získaných výsledkov by sa malo zvoliť čerpadlo.

Ak váš vykurovací systém používa potrubia s menším priemerom, ako sú uvedené vyššie, musíte zvýšiť nastavený výkon čerpadla, pretože hydraulický odpor v nich bude vyšší. A naopak – pri väčších priemeroch rúrok je potrebné obehové čerpadlo s menším výkonom.

Vyššie uvedený výpočet charakteristík čerpadla pre vykurovacie systémy je pomerne svojvoľný a jednoduchý – ak sa vyžaduje výpočet pre vykurovací systém dlhej a zložitej konštrukcie, potom by bolo najvhodnejšie kontaktovať odborníka v oblasti tepelnej techniky. Nebudete môcť samostatne počítať pre zložitý a viacúrovňový vykurovací systém! Ak sa napriek tomu rozhodnete vyskúšať, vzorec výpočtu je uvedený v SNiP 2.04.05-91 *.

Obehové čerpadlo s minimálnymi charakteristikami – príkon 30 W, maximálna výška 2 m, prietok vody 2 m³/ h, s pripojením na palec – náklady v priemere 4 300 rubľov. Najväčšími dodávateľmi domácich a priemyselných čerpadiel pre vykurovacie systémy na ruskom trhu sú talianske „DAB“, „Lowara“, „Ebara“ a „Pedrollo“, „Grundfos“ (Dánsko), „Wilo“ (Nemecko). Ruskí výrobcovia spravidla vyrábajú priemyselné čerpadlá, v ich produktovej rade nie sú domáce cirkulačné čerpadlá.

Majte na pamäti, že si nebudete môcť vybrať čerpadlo, ktoré je 100% vhodné – každý vykurovací systém má svoje vlastné charakteristiky a čerpadlá sú sériovo vyrábané jednotky s priemernými parametrami. Výber modelu čerpadla s nadmerným výkonom, ako je skutočne potrebné, spôsobí počas prevádzky hluk v potrubiach. Preto je vhodné zvoliť model čerpadla, ktorý má niekoľko nastaviteľných prevádzkových režimov a empiricky nastavuje režim, v ktorom čerpadlo pracuje najúčinnejšie. Bude správne zvoliť čerpadlo, ktorého výkon prekročí o 5 až 10% viac, ako je potrebné pre tento vykurovací systém..

Výber miesta a inštalácia obehového čerpadla

„Vlhké“ čerpadlo môže byť inštalované ako vo vratnom potrubí, tak aj v prívodnom potrubí. Popularita inštalácie na spätnom potrubí súvisí so starými modelmi čerpadiel – boli inštalované iba na spätnom vedení, pretože priechod studenej vody cez ne predĺžil životnosť upchávky, rotora a ložísk.

Počas prevádzky čerpadla sa v potrubí pred expanznou nádržou a v potrubí za ňou vytvárajú rôzne tlaky: v prvom prípade kompresia, v druhom vákuum. Statický tlak, ktorý vytvára expanzná nádoba, ovplyvní činnosť vykurovacieho systému s obehovým čerpadlom. Je potrebné mať na pamäti, že hydrostatický tlak v zóne dodávania čerpadla bude vyšší ako normálny (v pokojovom) tlaku vody. Na druhej strane, v časti vykurovacieho systému, z ktorej čerpadlo nasáva chladivo, bude tlak nízky, jeho hladina môže nielen poklesnúť do atmosférického, ale tiež viesť k vákuu. Diferenčné tlaky vo vykurovacom systéme môžu spôsobiť vrenie vody a uvoľnenie alebo nasávanie vzduchu..

Cirkulácia chladiaceho média vo vykurovacom systéme nebude narušená, ak sa pri jeho konštrukcii zohľadní jedna podmienka – hydrostatický tlak by mal byť v ktoromkoľvek bode v sacom pásme nadmerný. Súlad sa dá dosiahnuť nasledujúcimi spôsobmi:

1. Nadvihnite expanznú nádobu 0,8 m nad najvyšším bodom vykurovacieho potrubia. Tento spôsob je najjednoduchší, ak sa vykurovací systém zmení z prirodzeného obehu na nútený, ale jeho realizácia je možná iba pri dostatočnej výške podkrovnej miestnosti a bude potrebné dobre izolovať expanznú nádrž;
2. Expanznú nádobu umiestnite na vrch potrubia, aby sa horná časť vykurovacieho systému dostala do oblasti vypúšťania čerpadla. Moderné vykurovacie systémy (táto technika sa na ne vzťahuje), ktoré boli navrhnuté vopred na nútenú cirkuláciu, sú postavené so sklonom potrubia „do kotla“, a nie „z neho“, ako vo vykurovacích systémoch s prirodzenou cirkuláciou. Ciele sú nasledujúce: pri takejto sklonenej konštrukcii sa vzduchové bubliny budú pohybovať pozdĺž toku vody, strhávané tlakom z cirkulačného čerpadla, t.j. protiprúdový pohyb pre vzduchové bubliny, ktorý je bežný v systémoch s prirodzenou cirkuláciou, nebude možný. Výsledkom bude, že najvyšší bod vykurovacieho systému nebude na hlavnej stúpačke, ale na najďalej. Je len na vás, či túto metódu použijete alebo nie, avšak zmena existujúceho vykurovacieho systému bude náročná a vybudovanie nového systému na základe neho nie je úplne vhodné, pretože existujú jednoduchšie spôsoby;
3. Premiestnite potrubie s expanznou nádržou zo zásobníka a jeho zasunutie do vratného potrubia blízko obehového čerpadla pred sacím potrubím. Pri takejto rekonštrukcii existujúceho vykurovacieho systému získame optimálne podmienky pre prevádzku nútenej cirkulácie čerpadla;
4. Táto metóda nie je vhodná pre všetky modely čerpadiel – pripojenie obehového čerpadla k prívodnej časti potrubia priamo za vstupným bodom expanznej nádrže. Navonok vyzerá takáto modifikácia existujúceho vykurovacieho systému jednoduchá, ale teplota chladiacej kvapaliny v tejto časti vykurovacieho okruhu bude obzvlášť vysoká – predtým, ako tento model čerpadla skutočne vydrží také nepriaznivé prevádzkové podmienky..

Po rozhodnutí o mieste inštalácie čerpadla prejdeme k samotnej inštalácii. Budete potrebovať hrubý filter, spätný ventil (pre uzavreté systémy pod tlakom), obtok a kľúče (od 19 do 36 mm) – všetky prvky pre závitový priemer čerpadla. Na hlavné potrubie medzi vstupom a výstupom vstavaného obtoku je potrebné namontovať uzatvárací ventil pozdĺž jeho priemeru. Je zvlášť výhodné, ak má vybraný model čerpadla odnímateľné závity, inak ich budete musieť kúpiť samostatne.

Obtok používaný vo vykurovacích systémoch je malou časťou potrubia inštalovaného paralelne s uzatváracími a regulačnými ventilmi, jeho úlohou je prepnúť vykurovací systém na prirodzenú cirkuláciu v prípade výpadku napájania a poruchy čerpadla. Pri normálnej prevádzke vykurovacích zariadení musí byť priemer obtokového potrubia rovnaký ako priemer stúpačky, do ktorej zasekáva..

Postup inštalácie zariadení na obtoku v smere chladiacej kvapaliny: filter, spätný ventil (ak je to potrebné) a obehové čerpadlo. Vstupy obtoku do stúpačky musia byť zabezpečené uzatváracími ventilmi – keď je systém prepnutý na prirodzenú cirkuláciu a v prípade poruchy zariadení na obtoku sú tieto ventily zatvorené, uzatvárací ventil pod obtokom sa otvára.

Na efektívnu prevádzku „mokrého“ čerpadla a na zabránenie akumulácie vzduchu je obtok nainštalovaný striktne horizontálne. Len v prípade, že medzi zariadeniami nainštalovanými na obtoku môže byť nainštalovaný automatický odvzdušňovací ventil – kdekoľvek, nie je dôležitý, ale vo zvislej polohe. Výhody automatického odvzdušnenia oproti klasickému ventilátoru Mayevsky, ktorý je vybavený niektorými radiátormi – uvoľnenie a následné vypnutie tohto zariadenia sa vykonáva automaticky a konštrukčný ventil Mayevsky sa musí vyskrutkovať a ručne priskrutkovať..