Kako radi samousisna pumpa i koju vrstu odabrati?

Kako zapravo radi samousisna pumpa?

A samousisna pumpa dizajniran je za evakuaciju zraka iz vlastitog usisnog voda i kućišta prije uspostavljanja normalnog protoka tekućine — bez potrebe za ručnim punjenjem ili vanjskom vakuumskom pomoći. U konvencionalnoj centrifugalnoj pumpi, zrak u usisnom vodu uzrokuje vrtnju rotora bez pomicanja tekućine, stanje koje se naziva vezivanje zraka koje ne stvara koristan tlak i može oštetiti pumpu zbog pregrijavanja. Samousisna pumpa to rješava zadržavanjem spremnika tekućine u svom kućištu između radnih ciklusa, koji koristi za miješanje i izbacivanje ulaznog zraka tijekom slijeda punjenja sve dok puni stupac tekućine ne ispuni usisni vod i ne započne normalno pumpanje.

Ciklus pripreme radi kroz određeni fizički slijed. Kada se crpka pokrene, zaostalu tekućinu u kućištu izbacuje rotirajući rotor, stvarajući zonu niskog tlaka na ušici rotora. Ovo uvlači zrak iz usisnog voda. Zrak se miješa s tekućinom koja cirkulira, formira smjesu zrak-tekućina i izbacuje se kroz ispust. Kako se zrak postupno evakuira iz usisnog voda, atmosferski tlak gura tekućinu prema gore iz izvora kako bi se ispunio djelomični vakuum. Nakon što tekućina dođe do rotora i istisne preostali zrak, pumpa prelazi u normalan hidraulički rad. Cijeli ciklus punjenja obično traje između 30 sekundi i nekoliko minuta, ovisno o visini usisa, promjeru cijevi i dizajnu pumpe.

Ključne komponente koje omogućuju samousisavanje

Sposobnost samousisavanja ovih crpki ovisi o specifičnim značajkama dizajna koje ih razlikuju od standardnih centrifugalnih crpki. Najvažnija je komora za zadržavanje tekućine — spirala ili volumen kućišta dovoljno velik da drži dovoljno tekućine nakon isključivanja za pokretanje sljedećeg ciklusa punjenja. Ako se kućište isprazni između ciklusa, crpka gubi sposobnost samousisavanja i mora se ručno napuniti prije sljedećeg pokretanja.

Nepovratni ventil na usisnom ulazu sprječava istjecanje tekućine natrag u izvor tijekom isključivanja, održavajući rezervu tekućine u kućištu. Neki dizajni koriste unutarnji recirkulacijski priključak koji usmjerava ispuštenu tekućinu natrag na ulaz rotora tijekom punjenja, poboljšavajući učinkovitost miješanja zraka i tekućine i smanjujući vrijeme punjenja. Sam impeler obično je otvorenog ili poluotvorenog dizajna sa širim prolazima od standardnog zatvorenog rotora, koji prihvaća smjesu zraka i tekućine bez gubitka hidrauličke učinkovitosti. Ispusni nepovratni ventil sprječava povratni tok tijekom isključivanja i štiti crpku od skokova povratnog tlaka kada se sustav ponovno pokrene.

Vrste samousisnih pumpi i njihova načela rada

Samousisne pumpe nisu jedinstvena tehnologija već kategorija koja uključuje nekoliko različitih principa rada, od kojih svaki odgovara različitim primjenama, vrstama tekućina i zahtjevima za performansama. Razumijevanje razlika između vrsta ključno je za odabir prave pumpe za određenu instalaciju.

Samousisne centrifugalne pumpe

Najčešće korišteni tip, samousisne centrifugalne pumpe rade na gore opisanom principu zadržavanja tekućine i miješanja zraka i tekućine. Proizvode se u širokom rasponu veličina od kućanskih jedinica s frakcijskim konjskim snagama do velikih industrijskih modela koji podnose protoke iznad 1000 m³/h. Konstrukcijski materijali se kreću od lijevanog željeza i nehrđajućeg čelika do polipropilena i PVDF-a za kemijske usluge. Ove su pumpe prikladne za čiste tekućine, blago kontaminiranu vodu, lagane muljove i mnoge kemijske otopine. Njihovo ograničenje je to što se standardni dizajni rotora bore s visoko viskoznim tekućinama i muljevitima s velikim brojem krutih tvari, što zahtijeva specijaliziranu geometriju rotora.

Samousisne pumpe za smeće

Pumpe za smeće podvrsta su samousisne centrifugalne pumpe posebno dizajnirane za rukovanje tekućinama koje sadrže krute ostatke - krpe, kamenje, štapove i građevinski otpad - bez začepljenja. Koriste poluotvorene rotore velikog prolaza s velikim razmacima između lopatica rotora i spiralnog kućišta. Pumpe za smeće neophodne su u odvodnjavanju gradilišta, komunalnom odgovoru na poplave i poljoprivrednoj drenaži gdje dizana tekućina sadrži značajne suspendirane krutine. Brzine protoka su obično visoke, ali je učinkovitost niža od centrifugalnih pumpi za čistu vodu zbog otvorenog dizajna rotora i većih unutarnjih zazora.

Samousisne rotacijske pumpe

Rotacijske pumpe s pozitivnim pomakom — uključujući zupčaste pumpe, lopatične pumpe i pumpe s krilcima — same su po sebi samousisne jer njihov princip rada ne ovisi o brzini tekućine za stvaranje usisavanja. Rotirajući elementi stvaraju šupljine koje se šire i skupljaju i mehanički istiskuju tekućinu bez obzira radi li se o tekućini ili plinu. To čini rotacijske samousisne pumpe ispravnim izborom za viskozne tekućine kao što su ulja, ljepila, polimeri i prehrambeni proizvodi gdje centrifugalne pumpe ne mogu razviti odgovarajući usis. Oni također podnose uvučeni plin tolerantnije od centrifugalnih dizajna.

Samousisne peristaltičke pumpe

Peristaltičke pumpe pomiču tekućinu postupnim stiskanjem fleksibilnog crijeva ili cijevi između valjaka i kružnog kućišta. Budući da je tekućina u cijelosti sadržana u crijevu i nikada ne dolazi u dodir s mehanizmom pumpe, peristaltičke pumpe su inherentno samousisne i prikladne za abrazivne muljove, biološke tekućine osjetljive na smicanje i visoko korozivne kemikalije gdje bi se druge vrste pumpi susrele s brzim trošenjem ili problemima s kompatibilnošću materijala. Naširoko se koriste u kemijskom doziranju, rudarstvu i farmaceutskim primjenama. Brzine protoka su niže od centrifugalnih tipova, a zamjena crijeva je redoviti zahtjev za održavanje.

Samousisna naspram standardne centrifugalne pumpe: kada odabrati koju

Odluka između samousisne i standardne centrifugalne pumpe svodi se na geometriju instalacije i radne zahtjeve. Standardne centrifugalne crpke moraju biti instalirane ispod izvora tekućine — natopljeni usis — ili se moraju puniti ručno ili posebnim vakuumskim sustavom prije svakog pokretanja. Ovo je ograničenje prihvatljivo u fiksnim instalacijama s pouzdanim natopljenim usisavanjem, kao što su pumpne stanice koje crpe iz mokrog bunara. To postaje značajan radni problem kada se pumpa mora postaviti iznad površine tekućine, kada se usisni vod može isprazniti između ciklusa ili kada je potrebna mogućnost automatskog ponovnog pokretanja bez nadzora.

Objašnjeni kritični parametri odabira

Odabir samousisne pumpe zahtijeva usklađivanje karakteristika performansi pumpe s hidrauličkim zahtjevima sustava kroz tri različite radne faze: ciklus punjenja, prijelaz na puni protok i kontinuirani rad. Svaka faza postavlja različite zahtjeve na crpku, a crpka dimenzionirana samo za ustaljeni protok može biti neadekvatna za uvjete punjenja stvarne instalacije.

Maksimalno usisno podizanje

Usisna visina je okomita udaljenost između središnje crte crpke i površine tekućine u izvornom spremniku ili sumpu. Atmosferski tlak ograničava teoretsku maksimalnu visinu usisa za bilo koju crpku na otprilike 10,3 metra na razini mora, ali praktične granice su znatno niže zbog tlaka pare, gubitaka trenja u cijevima i učinkovitosti mehanizma za evakuaciju zraka crpke. Većina samousisnih centrifugalnih pumpi ima nominalni maksimalni uspon od 5 do 8 metara u idealnim uvjetima — čista voda, novo usisno crijevo, bez curenja, rad na razini mora. U stvarnim instalacijama, smanjene vrijednosti uzgona od 3 do 6 metara realnije su brojke za planiranje. Odredite crpku čije nazivno podizanje premašuje vaše zahtjeve za instalaciju za najmanje 20% kako biste osigurali rezervu za starenje cijevi, učinke nadmorske visine i toplije temperature tekućine koje povećavaju tlak pare.

Brzina protoka i ukupna dinamička visina

Protok (Q) i ukupna dinamička visina (TDH) definiraju radnu točku crpke na njezinoj krivulji učinka. TDH je zbroj statičke visine (visinska razlika između izvora i ispusta), gubitaka zbog trenja u cjevovodnom sustavu i bilo koje razlike tlaka na točki ispusta. Crpka mora biti odabrana tako da njena radna točka — sjecište krivulje pumpe i krivulje sustava — bude unutar preferiranog radnog raspona pumpe, obično između 80% i 110% protoka točke najbolje učinkovitosti (BEP). Rad značajno lijevo od BEP-a uzrokuje recirkulaciju i vibracije; radeći znatno desno od BEP-a uzrokuje kavitaciju, prekomjerno opterećenje osovine i prerano otkazivanje ležaja.

Svojstva tekućine

Specifična težina tekućine, viskoznost, temperatura i sadržaj krutih tvari utječu na odabir pumpe. Viskoznosti iznad približno 50 cSt smanjuju efektivnu visinu i protok centrifugalnih pumpi i umjesto toga mogu zahtijevati samousisnu vrstu s pozitivnim pomakom. Povišene temperature tekućine povećavaju tlak pare, što smanjuje raspoloživi NPSH i otežava punjenje — odredite crpke s nižim zahtjevima za NPSH pri rukovanju vrućim tekućinama. Za kaše i tekućine pune krutih tvari navedite maksimalnu veličinu i koncentraciju krutih tvari u težinskim postocima; proizvođač pumpe tada može preporučiti odgovarajući tip impelera i materijal kućišta.

Praktični instalacijski zahtjevi za pouzdano samousisavanje

Čak i ispravno specificirana samousisna pumpa neće uspjeti pouzdano napuniti ako instalacija ne ispunjava osnovne zahtjeve. Usisni vod mora biti hermetički zatvoren — svako curenje zraka između pumpe i izvora tekućine onemogućuje mehanizam za punjenje dopuštajući atmosferskom zraku da uđe brže nego što ga pumpa može isprazniti. Svi spojevi usisnih cijevi, brtve ventila i prirubničke brtve moraju biti u dobrom stanju i nepropusni. Ovo je osobito važno za sklopove gumenih crijeva gdje se brtve spojke degradiraju s godinama i izlaganjem UV zračenju.

Usisni vod treba biti što je moguće kraći i ravan, s promjerom cijevi tako da zadrži brzinu usisavanja ispod 1,5 m/s kako bi se smanjili gubici zbog trenja. Izbjegavajte postavljanje zasuna, oštrih zavoja ili reduktora u usisnom vodu gdje je to moguće - svaki priključak dodaje otpor koji povećava efektivnu usisnu visinu koju pumpa mora savladati tijekom punjenja. Nožni ventil na dnu usisne cijevi sprječava istjecanje tekućine natrag u izvor i održava stupac tekućine koji je pumpi potreban za održavanje punjenja. Bez nožnog ventila ili nepovratnog ventila na usisnom ulazu, crpka mora ponovno vakuumirati cijeli usisni vod pri svakom ponovnom pokretanju, produžujući vrijeme punjenja i povećavajući trošenje komponenti za rukovanje zrakom.

Uobičajeni problemi s radom i kako ih spriječiti

Razumijevanje najčešćih uzroka kvara samousisne pumpe pomaže operaterima i timovima za održavanje spriječiti probleme prije nego što se pojave, umjesto da dijagnosticiraju kvarove nakon što se dogode.

• Neuspjeh punjenja ili produljeno vrijeme punjenja: Najčešće uzrokovano curenjem zraka u usisnom vodu, istrošenim ili nedostajućim nožnim ventilom koji omogućuje pražnjenje usisnog stupca ili usisnom visinom koja premašuje nazivnu sposobnost crpke. Provjerite sve usisne armature i spojeve vodom sa sapunicom dok crpka radi i provjerite ima li nožnog ventila istrošenosti ili nečistoća koje sprječavaju potpuno zatvaranje.
• Gubitak punjenja tijekom rada: Uzrokovano gutanjem zraka kroz curenje na usisu, kavitacija zbog nedovoljnog NPSH ili razina izvora tekućine koja pada ispod usisnog otvora. Instalirajte prekidač razine tekućine kako biste zaustavili crpku prije nego što izvor presuši i ponovno provjerite cjelovitost usisne cijevi.
• Pumpa radi na suho: Rad bez tekućine uništava mehaničke brtve i habajuće prstenove rotora u roku od nekoliko minuta. Ugradite prekidač protoka ili zaštitni relej od rada na suho kako biste automatski isključili crpku ako protok padne ispod minimalnog praga.
• Smanjeni protok tijekom vremena: Progresivno smanjenje snage crpke obično ukazuje na istrošenost impelera ili trobnog prstena kućišta, povećavajući unutarnji zazor i dopuštajući rast recirkulacijskih gubitaka. Redovito nadzirite ispusni tlak i brzinu protoka u usporedbi s osnovnom linijom početnog puštanja u rad kako biste otkrili postupnu degradaciju performansi prije nego što postane kritična.
• Propuštanje mehaničke brtve: Samousisne pumpe nakratko rade na suho tijekom svakog ciklusa punjenja, što više opterećuje površinu mehaničke brtve nego kod kontinuirano natopljenih pumpi. Upotrijebite mehaničke brtve namijenjene za povremeni rad na suho ili navedite crpku s vanjskim spojem za ispiranje koji održava hlađenje brtve tijekom punjenja pomoću zasebnog dovoda tekućine.