Čerpadlá, všeobecné rozdelenie

Všeobecne pri návrhu alebo výbere čerpadla je potrebné zohľadňovať veľmi rôznorodé požiadavky, týkajúce sa hlavne fyzikálno-chemických vlastností čerpanej kvapaliny, požadovaného prietoku kvapaliny a potrebnej sacej a výtlačnej výšky a charakteristiky čerpadla. Čerpané kvapaliny môžu byť napríklad viac, alebo menej viskózne, môžu byť bez tuhých častíc, alebo môžu obsahovať tuhé častice. Čerpané kvapaliny môžu spôsobovať koróziu, abrazívno-erozívne opotrebenie, alebo môžu byť toxické.

Široké spektrum často protichodných požiadaviek kladených na čerpadlá sa v praxi prejavuje v existencii mnohých rozdielnych konštrukcií čerpadiel.

Podľa pohybu činnej časti čerpadla sa dajú čerpadlá rozdeľovať na čerpadlá:

• s vratným pracovným pohybom,
• čerpadlá s rotačným pracovným pohybom.

Podľa vlastností čerpanej kvapaliny poznáme čerpadlá pre:

• čisté kvapaliny,
• suspenzie, resp. čerpadlá pre málo tekuté látky.

Podľa spôsobu transformácie privedenej mechanickej energie na mechanickú energiu čerpanej kvapaliny sa čerpadlá rozdeľujú na:

• hydrodynamické,
• hydrostatické,
• iné (prúdové, mamutky, monžíky, trkače).

Hydrodynamické čerpadlá

Hydrodynamické čerpadlá sú čerpadlá s nepriamou premenou mechanickej práce na potenciálnu energiu. V týchto čerpadlách sa mechanická práca motora mení na pohybovú energiu kvapaliny a táto sa vo výtlačnom hrdle čerpadla premieňa na potenciálnu energiu. Energia je dodávaná čerpanej kvapaline dynamickým účinkom obežného kolesa.

Hydrodynamické čerpadlá sa vyznačujú rovnomernejším chodom, menšími rozmermi a jednoduchšou výrobou. Nie sú však schopné vytvoriť vyššie tlaky.

Existujú dva základné druhy hydrodynamických čerpadiel. Sú to čerpadlá:

• radiálne (odstredivé),
• axiálne (vrtuľové)

Radiálne čerpadlo

1) sacie hrdlo, 2) obežné koleso, 3) špirálová skriňa

Radiálne čerpadlá čerpajú kvapalinu rýchlo sa otáčajúcim lopatkovým kolesom. Lopatkové koleso je uložené v špirálovej skrini, ktorej obvod vyúsťuje do výtlačného hrdla. Kvapalina vstupuje do čerpadla nasávacím hrdlom čerpadla axiálne, ku stredu lopatkového kolesa. Na lopatkovom kolese sa otáča o 90° a odstredivou silou je hnaná pozdĺž lopatiek k obvodu, kde vystupuje výtlačným hrdlom čerpadla. Odstredivá sila spôsobuje, že v nasávacom hrdle je podtlak a vo výtlačnom hrdle je zvýšený tlak. Rýchlosť prúdenia kvapaliny je závislá na obvodovej rýchlosti obežného kolesa. Pri čerpaní kvapalín sa používajú na dosiahnutie vyššej výtlačnej výšky viacstupňové odstredivé čerpadlá. U takýchto čerpadiel kvapalina opúšťajúca špirálovitú skriňu je privádzaná kanálikom do ďalšej špirálovitej skrine s ďalším lopatkovým kolesom.

Axiálne čerpadlo

1) nasávacie hrdlo čerpadla, 2) obežné koleso, 3) prevádzač, 4)výtlačné hrdlo čerpadla

Axiálne čerpadlá majú obežné koleso v tvare niekoľko krídlovej vrtule. Nasávaná kvapalina vteká do čerpadla v axiálnom smere a po prietoku čerpadlom vyteká opäť v axiálnom smere. V porovnaní s radiálnymi čerpadlami majú axiálne čerpadlá malú dopravnú výšku, ale veľkú výkonnosť.

Pri doprave kvapalín sa tieto čerpadlá používajú zvyčajne len na udržanie alebo zrýchlenie prúdenia kvapaliny v potrubí 

Hydrostatické čerpadlá 

Hydrostatické čerpadlá sú čerpadlá s priamou premenou mechanickej práce na potenciálnu – tlakovú energiu. Tlakovú energiu dodávajú čerpanej kvapaline priamym pôsobením funkčnej časti čerpadla na dopravovanú kvapalinu. Funkčná časť môže vykonávať:

priamočiary vratný pohyb,

• piestové,
• membránové,

rotačný pohyb,

• lamelové,
• zubové,
• Rootsove,
• vretenové,
• hadicové

Piestové čerpadlo

Funkčnou časťou piestových čerpadiel je piest pohybujúci sa v pracovnom priestore (valci) čerpadla. Pohyb piesta spôsobuje, že vznikajúcim podtlakom a pretlakom sa striedavo otvára a zatvára nasávací a výtlačný ventil. Vratný pohyb piestov čerpadiel sa konštrukčne rieši kľukovým alebo vačkovým hriadeľom. Piestové čerpadlá sa používajú na čerpanie malých objemových prietokov kvapaliny, v mnohých prípadoch s veľkou mernou energiou čerpanej kvapaliny (tlaky až 200 MPa), alebo sa používajú ako dávkovacie čerpadlá.

Membránového čerpadlo

1)priestor čerpanej kvapaliny,2) nasávací ventil, 3) nasávacie hrdlo čerpanej kvapaliny, 4) výtlačný ventil, 5) výtlačné hrdlo čerpanej kvapaliny, 6) membrána, 7)priestor pracovnej kvapaliny, 8) piest

Membránové čerpadlá nachádzajú uplatnenie tam, kde je potrebné čerpanú kvapalinu hermeticky oddeliť od hnacieho piesta. Používajú sa na čerpanie veľmi korozívnych alebo erozívnych kvapalín. Pružná membrána čerpadiel slúži na rozdelenie pracovného priestoru čerpadla na dve časti. Jednou časťou prúdi čerpaná kvapalina, v druhej časti sa nachádza pracovná kvapalina, ktorá je ovládaná spravidla piestom.

Lamelové čerpadlo

Lamelové čerpadlá sú tvorené statorom s valcovou komorou, v ktorej je excentricky vložený rotor. Ten má drážky, v ktorých sú zasunuté lamely. Pri pohybe rotora sú lamely odstredivou silou pritláčané ku stenám statora. Tým sa medzi lamelami vytvárajú komory, ktorých objem sa postupne v smere rotácie mení.

Zubové čerpadlo

1)skriňa čerpadla, 2) nasávacie potrubie, 3) ozubené koleso), 4) výtlačné potrubie

Zubové čerpadlá sú hydrostatické čerpadlá tvorené dvojicou ozubených kolies s čelným evolventným ozubením, ktoré sú uložené v presne vyrobenej skrini čerpadla, ktorá tesní ich obvod a boky. Kvapalina nasávaná podtlakom, ktorý vznikol pri výbehu zubov zo zubových medzier, sa dopravuje v zubových medzerách po obvode skrine a je vytláčaná v mieste, kde do zubových medzier jedného kolesa vnikajú zuby druhého kolesa. Zubové čerpadlá sa používajú najmä na čerpanie mastiacich olejov alebo na čerpanie a dávkovanie veľmi viskóznych kvapalín. Sú konštruované pre menšie objemové prietoky, ale dosahujú vyšší tlak vo výtlačnom hrdle.

Rootsove čerpadlo

1)skriňa, 2) rotačný piest, 3) nasávacie potrubie, 4)výtlačné potrubie

Rootsove čerpadlá majú konštrukciu a princíp činnosti podobné ako zubové čerpadlo. Namiesto ozubených kolies však používajú dve do seba zapadajúce rotujúce piesty, ktoré majú tvar naznačený na obrázku. Pri čerpaní plynov sa používajú ako dúchadlá na tvorbu tlakového vzduchu, napríklad v pneumatických dopravníkoch.

Vretenové čerpadlo

Vretenové čerpadlá patria tiež k hydrostatickým čerpadlám. Čerpací účinok týchto čerpadiel sa dosahuje otáčaním závitových vretien, pričom kvapalina sa dopravuje závitovými priestormi. Vyrábajú sa čerpadlá jedno, dvoj a viacvretenové. Vreteno, ktoré tvorí rotor jednovretenového čerpadla má tvar jednochodej zaoblenej skrutky a je výstredne uložené v statore. Stator čerpadla má v priečnom reze oválnu dutinu, ktorá tvorí pozdĺž statora dvojchodý skrutkový priestor. Vnútorná časť statora je vyrobená z elastického materiálu, pružnej gumy alebo mäkčeného plastu. Vreteno sa otáča okolo svojej osi a zároveň po kružnici s malým priemerom rovným dvojnásobku výstrednosti. Tieto čerpadlá sú samonasávacie a môžu sa používať aj na čerpanie suspenzií. V takomto prípade použitia je však rotor aj stator čerpadla namáhaný abrazívnymi účinkami tuhých častíc čerpanej suspenzie. Nevýhodou týchto čerpadiel je veľká náročnosť na presnosť výroby komplikovaných závitových plôch.

Hadicové čerpadlo

Hadicové čerpadlá sa používajú na dopravu menších množstiev kvapalín. Ich konštrukcia je zrejmá z obrázku. Použitie nachádzajú hlavne v chemickom priemysle, farmaceutickom priemysle a v lekárstve.

Prúdové čerpadlo a mamutka

Na dopravu kvapalín sa používajú aj čerpadlá využívajúce na získanie potrebného rozdielu mernej mechanickej energie kvapaliny na vstupe a výstupe dopravného potrubia aj iné spôsoby, než aké boli popísané v predchádzajúcom texte. Ide o prúdové čerpadlá, mamutky, monžíky a trkače. Všetko sú to menej často používané čerpadlá.

Hydrostatické čerpadlá sú charakteristické tým, že:

• v jednom čerpacom stupni udeľujú čerpanej kvapaline vysokú mernú energiu, a to aj pri čerpaní malého množstva čerpanej kvapaliny,
• majú relatívne malé rýchlosti činných častí čerpadla, čo umožňuje čerpať aj málo tekuté látky,
• majú strmú charakteristiku
• umožňujú dávkovanie presných množstiev kvapaliny do výrobného procesu.