Pumpe i Pumpna Postrojenja

PUMPE 1. Osnovna podjela pumpi Osnovna podjela pumpi temelji se na mehanizmu izmjene energije u radnom prostoru pumpe, odnosno mehanizmu pretvorbe mehaničke (pogonske) energije u potencijalnu (tlačnu) energiju. Po toj osnovi može se izvršiti slijedeća podjela, prikazana slikom 1:

Slika 1 U grupu dinamičkih pumpi spadaju one pumpe kod kojim mehanizam pretvorbe energije počiva na nekom hidrodinamičkom zakonu. Daljnja podjela ovih pumpi je na turbopumpe i pumpe na principu posebnih učinaka. Kod turbopumpi pretežna pretvorba energije se odvija po zakonu o promjeni količine gibanja. Mehanizam pretvorbe energije ostalih pumpi počiva na nekom drugom hidrodinamičkom zakonu, kao na pr.: obodne pumpe – zakon centrifugalnog ubrzanja u rotirajućem disku, mlazne pumpe – zakon turbulentnog mješanja struja fluida, uzgonske pumpe – zakon hidrostarskog uzgona, udarne pumpe - zakon hidrauličkog udara, Pitot pumpe – zakonitost pojave zaustavnog tlaka i t.d. U grupu volumenskih pumpi spadaju one pumpe kod kojih se povećanje tlaka fluida postiže promjenom volumena radnog prostora. Ove se pak dijele na dvije velike podgrupe i to: povratno translatorne pumpe i rotorne pumpe. Osnovni čimbenik koji čini razliku između ovih pumpi je u tome da povratno translatorne pumpe trebaju ventile ili razvodnike a rotorne pumpe ne trebaju ni ventile ni razvodnike da bi ostvarivale efekt pumpanja. TURBOPUMPE (DINAMIČKE PUMPE) Pumpe se mogu podijeliti na temelju raznih kriterija. Osnovna podjela u Europi je na temelju specifičnog broja okretaja, kao što je to prikazano na slici 2.

Slika 2 Tako postoje: čisti radijalni radno kolo nHq= 12 - 35 (1/min) brzohodni radijalni radno kolo nHq= 35 - 80 (1/min) poluaksijalni (dijagnonalni) radno kolo n Hq= 80 - 160 (1/min) aksijalni radno kolo nHq= 200 - 400 (1/min) Na slici 2 vidi se bolje primjena forme radnog kola s promjenom specifičnog broja okretaja. Na slici 3 shematski su prikazani osnovni oblici radnog kola u meridijalnoj projekciji (objašnjenje pojma meridijelne projekcije) i to:

a) radijalne(dvostrujne), b) poluaksijalne i c) aksijalne pumpe. Objašnjenje gornjih pojmova. S obzirom na način ovješenja radnog kola (konstrukcijski princip), položaj pumpe, broj stupnjeva, pumpe se prema anglosaksonskom sustavu dijele:

Pumpa s konzolno ovješenim radnim kolom prikazana je slikom 4.

Slika 4

Centrifugalnoj pumpi, s konzolno ovješenim otvorenim radnim kolom (slika 4) pojedini brojevi označavaju: 1 - prednje kučište pumpe sa spiralnim kanalom, lako demontabilno radi izmjene radnog kola 2 - otvoreno radijalni radno kolo 6 - osovina pumpe 11 - stražnje kučište pumpe sa otvorom za brtvenicu 13 - brtvenica pumpe 16 - radijalni jednoredni kuglični ležaj (prednji ležaj) 17 - prirubnica brtvenice pumpe (očnica) s komorom za hvatanje fluida koji prolazi kroz brtvenicu (uvijek mora biti propuštanja radi hlađenja brtvenice) 18 - radijalni dvoredni kuglični ležaj (stražnji ležaj) 19 - prirubnica ležajnog bloka i ležajni blok s rezeorvarom ulja 22 - matica za pričvršćenje stražnjeg ležaja na osovinu 29 - prostor za brtvenu vodu (fluid) 37 - poklopac ležaja sa brtvenicom (semeringom) Pumpa s radnim kolom između ležaja, prikazana je na slici 5.

Slika 5

Centrifugalnoj dvostrujnoj pumpi (slika 5) sa zatvorenom radnim kolom smještenim između ležajeva, pojedini brojevi označavaju: 1A - donji dio kučišta sa ulaznim kanalima i izlazninim spiralnim kanalom 1B - gornji dio kučišta sa ulaznim kanalima i izlaznim spiralnim kanalom 2 - dostrujni zatvoreno radno kolo 6 - osovina pumpe 7 - prsten prednjeg brtvenog zazora na radno kolou (nije nužan,može se obratiti i radno kolo) 13 - brtvenica pumpe 14 - osovinski naglavak (košuljica) brtvenice 16 i 18 - ležajevi pumpe 23 - postolje pumpe 29 - prostor za brvenu vodu 33 - ležajni blok (sa svim ostalim dijelovima) 41 - ležajni blok uz spojku (sa svim ostalim dijelovima) l27 - cjevovod brtvene vode Turbinski tip centrifugalne pumpe, prikazan slikom 6, ima za našu stručnu terminologiju pomalo čudan naziv. Naime, nema neke naznake u stručnoj anglosaksonskoj terminologiji o porijeklu tog naziva. Ovdje se navodi u orginalnoj terminologiji, premda je to kod nas «bunarska pumpa».

Slika 6 Neki osnovni dijelovi turbinske pumpe su označeni brojevima, to jest: 2 - poluaksijalni zatvoreno radno kolo 6 - osovina pumpe 8 - prsteni brtvenih zazora (prednji i stražnji) 13 - brtvenica pumpe 17 - prirubnica brtvenica 29 - prostor za brtvenu vodu 39 - klizni ležajevi 55 - usisno zvono Obodna ili vrtložna pumpa ne spada u anglosaksonskoj podjeli u centrifugalne pumpe, iako se njezino funkcioniranje temelji na pojavi centrifugalne sile u kanalu diska, o čemu će kasnije biti riječi, Shematski je ovaj tip pumpe prikazan na slici 7.

Slika 7 Na ovoj slici su takožer osnovni dijelovi označeni brojevima i znače: 1 - kučište (blok) pumpe (često se ove pumpe i zovu blok pumpe) 2 - radno kolo pumpe 6 - osovina pumpe 13- brtvenica pumpe 17 - prirubnica brtvenice pumpe 16 i 18 - ležajevi pumpe

2. Neki praktični primjeri Pumpe su danas roba koja se proizvodi u velikim serijama. Zbog toga, a i zbog velike standardizacije pojedinih tipova pumpi, njihova je cijena posljednjih desetak godina višestruko snižena. Pumpe su danas međusobno toliko slične da se teško raspoznaje proizvođač. Čak je i međunarodno dogovorena t. zv. «norma – pumpa», proizvođena praktično od svih proizvađača, a karakteristika joj je apsolutna kompatibilnost dijelova, bez obzira tko je proizvođač osnovnog sklopa. Jedna «norma – pumpa» je ilustrirana slikom 8.

Slika 8 Kod ove pumpe su sve izmjere međunarodno standardizirane, isto kao i unutrašnji dijelovi. Ova pumpa je zato i osnovna pumpa u svakodnevnoj praksi, tako da se na pr. Na brodovima mogu nabavljati dijelovi u svakoj luci svijeta. Od jednostupnjevitih radijalnih pumpi, navest će se u narednom dijelu nekoliko karakterističnih tipova. Tip radijalne pumpe u «in line» izvedbi prikazuje slika 9.

Slika 9 Ovo je praktična pumpa za ugradnju u cjevovodnu mrežu, praktično na svakom mjestu. Jednostavno se isječe dio cjevovoda i na to mjesto vrlo lako ugradi ova pumpa. Ovaj tip pumpe se redovito iz navednih razloga, koristi kao cirkulacijska pumpa na sustavima centralnog i daljinskog grijanja. Primjer ugradnje ovog tipa pumpe ilustriran je slikom 10.

Slika 10

Od jednostupnjevitih radijalnih pumpi, posebnu grupu čine rafinerijske pumpe. Dedna takva se ilustrirana u aksonometrijskom presjeku, slikom 11.

Slika 11

Rasprava: Opis dijelova pumpe. U normalnom presjeku, dana je također jedna podvrsta procesne pumpe na slici 12.

Slika 12 111 112 114 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 140 210 211 212 214 215

Spiralnokućište Rasporni prsten Vijak Poklopackućišta Brtva Brtvenitul]ak Mehaniđka brtva Prsten Prsten Zatik Prigušni tullak Poklopac meh. brtve Brtva Vijak Matica Zatik NosaB kućišta Vijak Matica Vijak Vijak Brtva Vratilo Kolo rotora Rasporni prsten Vijak Brtveni prsten

217 219 220 221 222 223 224 225 226 311 312 314 317 318 321 320 323 324 325 328 330 331 332 336

Vijak vratila Uložno pero Uložno pero Centritugalni odvajač Ležaj Ležaj Matica Sigurnosni lim Centrifugalni odvajač Nosač ležaja Poklopac ležaja Noga Distantni prsten Uskočnik Regulator nivoa ulja Brtva Vijak Matica Vijak Vijak Vijak Vijak Vijak Vijak

Rasprava: Osnovni dijelovi i specifičnosti rafinerijske pumpe. Neke specijalne, uglavnom procesne pumpe, da bi postigle veće tlakove po jednom stupnju, imaju multiplikator broja okretaja. Jedna takva izvedba je ilustrirana slikom 13.

Slika 13 Brojevima su označeni osnovni dijelovi: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

zupčanici multiplikatora broja okretaja aksijalno-radijalni ležajevi mehanička brtva radno kolo pretkolo (inducer) kučište pumpe ležaj (kotrljajući) većeg zupčanika

8. uljna brtvenics multiplikatora 9. automatika 10. temeljna ploča pumpe (ne vidi se na slici) 11. prostor za eventualni stabilizator strujanja 12. vratilo pumpe

Rasprava: Pumpe specijalnih namjena. Višestupnjevite pumpe se dijele u nekoliko grupa. Prvu grupu čine pumpe radijalnog tipa rotora, namijenjene u prvom redu za postizavanje visokih tlakova. To su u praksi poznate napojne pumpe uz generatore pare i višestupnjevite pumpe u procesnoj industriji. Ove pumpe imaju veći broj stupnjeva, koji su iz tehnoloških razloga, međusobno jednaki, pa da bi se na ulazu u svaki slijedeći stupanj postiglo jednako nastrujavanje kao i u prvom, između stupnjeva se postavljaju prestrujni kanali, shodno prikazu na slici 14.

Slika 14 Montažni crtež višestupnjevite pumpe je prikazan slikom 15.

Slika 15

Višestupnjevite pumpe, slične konstrukcije se mogu naći u u okomitoj izvedbi, a neke od takvih su ilistrirane slikama 16a, 16b i 16c. Slika 16a prikazuje okomitu višestupnjevitu pumpu samostojeću na koji je potrebno montirati pogonski elektromotor (ima t. zv. lanternu za montažu motora). Ovakva konstrukcija omogućava izvedbu sa samo jednom brtvenicom, jer je s druge strane zatvorena s poklopcom u kojem je usisni spiralni kanal. Slikom 16b je prikazana višestupnjevita okomita izvedba pumpe, s kučištem izvedenog iz lima (u pravilu nehrđajućeg), pa su i sjedišta prestrujnih kanala specofične izvedbe. Zbog izvedbe svih strujnih dijelova iz nehrđajućeg materijala, ovakve se višestupnjevite pumpe koriste u prehrambenoj i procesnoj industriji. Pumpa na slici 16c je slična onoj sa slike 16b, samo što je ova t. tv. «in line» izvedbe. Ovakva izvedba uvjetuje izvedbu dvostjenog limenog kučišta, što se lijepo vidi na slikama 16b i 16c.

Slika 16a

Slika 16b

Slika 16c

Slika 17 Usporedbom sa slikom 15, pumpa ilustrirana slikom 17, prikazuje robusniju izvedbu višestupnjevite radijalne pumpe, namijenjene za rad u promjenjljivim uvijetima. Za ekstermno visoke tlakove, koristi se pri povećanom broju okretaja i pumpa prikazana slikom 18, to jest petostupnjevita pumpa. Ova pumpa ima i specifičnost oduzimanja fluida i nakon drugog stupnja (t. zv. parcijalno oduzimanje), što je kod pumpi zaista rijetkost. Može se susresti kod termoenergetskih postrojenja (napojne pumpe) i kod raznih procesnih rafinerijskih postrojenja.

Slika 18 Osnovni dijelovi na ovoj slici su označeni brojevima i predstavljaju: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

vratilo pumpe radno kolo košuljica odrivnog diska odrivni disk odrivni prsten raspor diska radijalni klizni ležaj disk odrivnog ležaja papučice odrivnog ležaja

10. 11. 12. 13.

košuljica brtvenice rashladna košuljica brtvenice pritezna matica brtvenice brtvenica vanjskog kučišta stupnja 14. vanjsko kučište stupnja 15. prestrujni kanal stupnja 16. vanjski pritezni vijci

Montaža pumpi (često puta zajedno s pogonskim motorima – t. zv. agregatirana jedinica) vrši se na postolje koje se izvodi kao lijevana ploča (t. zv. temeljna ploča) ili zavarena konstrukcija kod većih jedinica. Tako montirani agregat postavlja se na betonski temelj, shodno prikazu na slici 19.

Slika 19 Poluaksijalne pumpe se susreću rjeđe u praksi i to mahom kao višestepene pumpe bunarskog tipa za dobavu pitke vode. Jednostupnjevita izvedba ilustrirana je slikom 20.

Slika 20

Ova pumpa prikazana slikom 20, ima jedan za pumpe inače vrlo rijedak element, a to zakretne predstatorske lopatice (dio br. 1), koji se dio vrlo rijetko susreće kod pumpi, no vrlo često kod ventilatora, pa će se o njemu više rezgovarati u tom dijelu kolegija. Na slici 20, pojedini brojevi označavaju: 1. 2.

lopatice pretstatora

Standardna višestupnjevita poluaksijalna pumpa prikazana je slikom 21a i b.

Slika 21 a

Slika 21 b

Bunarske pumpe s potopivim motorom, kakve se danas pretežno koriste u bušenim bunarima, zahtijevaju vrlo male vanjske promjere radnih kola, kako bi se mogle smjestiti u bušeće cijevi relativno malih promjera (a time i cijena koštanja). Kroz duževremenski razvoj takvih pumpi, došlo se do optimuma, t. j. Poluaksijalnog višestupnjevitog tipa pumpe, koja uz ostvarivanje prosječnih protoka i visina dobava, ima najmanji promjer radnog kola, a time i cijevi u koju se ulaže. Aksijalne se pumpe u praksi često susreću na mjestima gdje se treba transportirati veća količina vode uz savladavanje manjih visina dobave. Ove su pumpe u pravilu jednostupnjevite, s jedna takva konstrukcija je prikazana slikom 22.

Slika 22 Ipak pumpa na ovoj slici je specifična jer ima mogućnost zakretanja lopatica radnog kola, što kod pumpi nije čest slučaj. Po izmjerama pumpe se vidi da je projektirana za veće količine dobave vode, dakle za navodnjavanje ili odvodnjavanje. Lopatice radnog kola joj se zakreću putem križa u glavčini, a ovaj pomoću motke koja se nalazi u šupljem vratilu. Motku pokreće hidraulički servomotor.

Na slici 23 je prikazana jedna aksijalna pumpa na ispitnom uređaju prije isporuke u Egipt za natapanje polja.

Slika 23 3. Brtvenice Svi ovi tipovi pumpi imaju karakterističan elemenat (koji ne spadau grupu elemenata strojeva), a to je brtvenica. Grtvenica ima funkciju da sprijeći fluid iz unutrašnjosti pumpe da izalai (barem ne u većim količinama) u okolinu. Klasična brtvenica je prikazana slikom 24.

Slika 24 Rasprava o klasičnoj brtvenici. U novije vrijeme se umjesto klasične koristi mehanička brtvenica, koja ima prednost pred prethodnom u tome da ne propušta uopće fluid u atmosferu. Mahanička brtva je ilustrirana slikom 25.

Slika 25 Rasprava ocijeni meh. brtvenice sa slike 25. Mehaničkih brtvenica u praksi ima različitih tipova. Neki od tipova su prikazani na slikama 26 a i b, te 27 a i b.

Slika 26 a

Slika 26 b

Slika 27 a

Slika 27 b

No postoje i t. zv. «tandem brtve», kakve prikazuje slika 28.

Slika 28 4. Rasteretni disk

Kod višestupnjevitih strojeva susreće se s problemom prevelikih aksijalnih sila, uzrokovanih razlikom tlaka na radnom kolu svakog pojedinog stupnja. Kod njih je problem aksijalne sile toliko značajan, tako da se pumpa rasterećuje pomoću rasteretnog diska, kakav je ilustriran slikom 29.

Slika 29 Rasprava o aksijalnoj sili. 5. Raspored radnih kola Evidentno je ako se želi povećati visina dobave da se radna kola spoje serijski (jedno iza drugog), a ako se želi povećati količina, onda se radna kola spoje paralelno, to jest pola željene količine ide kroz jedno a druga polovica kroz drugo kolo. Ovdje se dakle govori o «stupnjevitosti», dakle jednostupnjevita, dvostupnjevita i t.d. pumpa. U slučaju povećanja količine govori se o «strujnosti» pumpe. Govori se dakle o jednostrujnim, dvostrujnim, četverostrujnim pumpama. Shodno ovakvom pristupu, a s obzirom na konstrukciju pumpe, odnosno na smjer strujanja fluida kroz pumpu, pumpe se dijele kako je na slici 30 shematski prikazano:

Slika 30 Na ovoj slici su shematski prikazane veze radnih kola pumpi, kako slijedi: - jednostupnjevite jednostrujne - dvostupnjevite jednostrujne - višestupnjevite jednostrujne - dvostupnjevita protustrujna - četverostupnjevita okostrujna (cross over) - šesterostupnjevita protustrujna - jednostupnjevita dvostrujna - trostupnjevita dvostrujna - jednostupnjevita četverostrujna

a b c d e f g h i

Ovakvo vođenje fluida kod višestupnjevitih pumpi ima funkciju smanjivanja aksijalne sile, koja znade kod višestupnjavitih pumpi biti značajna. Ovdje je od interesa reći nešto o višestupnjevitim napojnim pumpama, kakve se koriste kao napojne pumpe termoenergetskih blokova. Iz prethodnih podjela već se moglo zaključiti da postoje radna kola shodno prikazu na slici 31:

Slika 31 to jest, s obzirom na prednji disk: a) zatvoreno (s prednjim diskom radnog kola) jednostrujno radno kolo b) otvoreno (s prednjim diskom radnog kola) jednostrujno radno kolo c) zatvoreno dvostrujno radno kolo.

Osim, prije spomenutih, uobičajenih formi radnog kola, postoje forme radnog kola namijenjenih za posebne slučajeve (fekalije, mulj i sl.), od kojih su neka prikazani na slici 32.

Slika 32 Tako je slovom označeno: A. zatvoreno jednolopatično radno kolo namijenien za transport otpadnih voda i kapljevina s abrazivnim materijalima B. otvoreno jednolopatično radno kolo iste namjene C. zatvoreno jednokomorno radno kolo iste namjene, no hidrodinamički boljih svojstava zbog konstrukcije lopatica D. zatvoreno dvolopatično radno kolo za onečišćene fluide E. otvoreno dvolopatični radno kolo s “S” lopaticama iste namjene F. zatvoreno trolopatični radno kolo za manje onečišćene fluide G. otvoreno trolopatični radno kolo iste namjene H. otvoreno radno kolo s radijalno postavljenim lopaticama Konstrukcija radnog kola pumpi namjenjenih za transport fluida s abrazivnim česticama (A-H) (troska, mort(žbuka), pijesak, beton i slično) je vrlo jednostavna (dakle i jeftina) koji se može lako mijenjati. Rasprava o problemu transporta kapljevina s pijeskom i muljem.

Već je prije bilo govora o obodnim ili vrtložnim pumpama. Radno kolo takve pumpe prikazano je na slici 33.

Slika 33 Rasprava o tipovima pumpi općenito.