Az öntözéssel foglalkozó cikksorozatunkban ezúttal a hatékonyság egy újabb szempontját érintjük. Mivel a szivattyúk üzemeltetésekor előállhat olyan helyzet, amikor a vízkivétel nem optimális, ezért fontos ismerni néhány alternatív megoldást – például a fojtás, a megkerülőág beiktatásának és a szivattyú fordulatszám-szabályzásának lehetőségét.
A víz kitermelése szivattyúkkal
Folyadékok emelésére sokféle szerkezet használható, ezek közül az öntözésben a centrifugál- (örvény-) szivattyúk használata az általános. Szerkezetük egyszerű, olcsó, sokféle változatuk rugalmasan alkalmazható a különböző igénybevételekhez.
Jet-rendszerű szivattyú metszete
Amennyiben állás közben a nyomás nagyobb az elmenő oldalon, úgy a nyitott felépítés miatt a víz átfolyik rajtuk, távozik a csővezetékből. A centrifugálszivattyúkat aszerint csoportosítjuk, hogy a víz milyen irányban halad keresztül rajtuk. Az általánosan használt kialakítás a radiális változat, csőbúvárszivattyúknál a félaxiális megoldás. A szivattyú a hajtására fordított mechanikai munkát alakítja át a folyadék helyzeti, mozgási energiájává és nyomásban tárolt munkavégző képességgé. A szivattyúba bevezetett energia a nyomóoldalon távozó víz összenergiáját növeli. Ha a nyomóoldal és a szívóoldal egységnyi súlyra vetített összenergiáinak képezzük a különbségét, akkor kapjuk meg a szivattyú szállítómagasságát (Hmin,).
Centrifugálszivattyú szívó- és szállítómagassága
A vízfelszín fölött magasan elhelyezett szivattyúval azonban nem tudjuk felszívni a vizet, mivel azt a létrehozott vákuum hatására a légköri nyomás préseli fel abba a térbe, ahol szívással kisebb nyomást létesítettünk. Azt a magasságot, amelyre a légköri nyomás – ideális esetben – valamely folyadékot képes felnyomni, légköri nyomásmagasságnak nevezzük, és B-vel jelöljük. Víz esetén ez az érték maximum 9,81 m lehet. A tengerszint felett minél magasabbra megyünk, a B értéke csökken. A tényleges szívómagasság a fellépő súrlódási veszteségek (belépési ellenállás, lábszelep, csővezeték, könyökidom vesztesége) következtében tovább csökken. A gyakorlati szívómagasság nem lépi túl a 7 m-t, az optimális érték 3 m. A szívási mélység növekedése drasztikusan csökkenti a szállított víz mennyiségét. A talajvízre telepített szivattyúknál gyakran előfordul, hogy a tavasszal jól üzemelő szivattyú nyár végére nem hozza a szükséges mennyiséget, a szivattyú zajossá válik. A jelenség legtöbb esetben a talajvíz süllyedése, a szívási mélység növekedése miatt következik be. A szívási határ elérését jelzi a víz „gázosodásának” hívott parajelenség, mely valójában a kavitáció megjelenése. A hiba megszüntetésére legjobb módszer a szivattyú lesüllyesztése.
A szivattyúk legfontosabb jellemzői:
A centrifugálszivattyú üzemét az affinitási törvény írja le, mely meghatározza a járókerék átmérője, a fordulatszám, a szállított vízmennyiség és a létrejövő nyomás közötti összefüggéseket.
A valóságos térfogatáram: (Q) a szivattyún ténylegesen időegység alatt átáramló folyadékmennyiség [l/sec, l/perc, m3/óra].
A valóságos szállítómagasság: (H) a szivattyún átáramló folyadék energiájának növekedése [m].
A szívóképesség vagy a belső nyomásesés: szokásos NPSH-val (Net Positive Suction Head) jelölni [m].
A szivattyú fordulatszáma: (n) [1/perc]. A kétpólusú, rövidre zárt forgórészű, aszinkron motorok jellemző fordulatszáma 2 880 1/perc.
A szivattyú jelleggörbéje két jellemző közötti összefüggést határoz meg. Ezek közül a legfontosabb a fojtásgörbe (Q-H görbe, kék szín), amely a szállítómagasság és a folyadékszállítás közti összefüggést határozza meg állandó fordulatszámon. A görbéről leolvasható, hogy a kívánt H1 magasságra a szivattyú mennyi Q1 folyadékot szállít időegység alatt (3. ábra). A szivattyú optimális üzeme a maximális hatékonysági pontnál (nmax) van. A szivattyú által felvett teljesítmény (Pö, zöld színű görbe) a szállított víz mennyiségével növekszik.
Centrifugálszivattyú jelleggörbéi
A katalógusban látható Q értéke ±9%, a H értéke ±7%-kal térhet el a szabvány szerint a tényleges mérés eredményétől. Ez meglehetősen tág tartomány a tervező részére, ezért a „nagyobb jobb” elv alkalmazása racionális a választás során.
A szivattyú jellemzői között fontos a teljesítmény helyes értelmezése. Azonos motorteljesítmények mellett nagyon eltérő jelleggörbéjű szivattyúk találhatók. Mint a hasznos teljesítmény ismertetésénél látható, a vízszállítással és emelőmagassággal egyenesen arányosan nő a teljesítmény. Állandó teljesítményfelvétel esetén a két utóbbi érték fordított arányú változása figyelhető meg. Ha növelem a vízhozamot, úgy csökken az emelőmagasság és fordítva.
A kereskedelmi forgalomban a vízszállítást általában szabad kifolyás mellett adják meg, ezért minden esetben meg kell győződni arról, hogy a megkívánt nyomás mellett mennyi az adott szivattyú szállítása.
A szivattyúk üzemében előállhat olyan helyzet, mikor a vízkivétel nem az optimális munkapontban méretezett értéknek megfelelő.
A módosításra a következő megoldások adnak lehetőséget:
- Fojtás. A szivattyú után elzárószerkezetet, gyakorlatilag ellenállást építünk be a vezetékbe, és ezzel szabályozzuk a vízáram jellemzőit. A zárással csökkentjük az átfolyó víz mennyiségét, emeljük a szivattyú belső nyomását. A motor által felvett energia csökken. A szivattyú üzemeltetése tartósan zárt szeleppel gőz képződéséhez vezethet, mely károsíthatja a szerkezeti elemeket. A fojtóelem az energiaelnyelés miatt fizikailag károsodik, így néhány év üzem után szükséges a szervize.
- Megkerülőág. A szivattyú szívó- és nyomóvezetéke közé építünk be elzárószerkezetet. A szelep nyitásával növeljük a szivattyún átfolyó víz mennyiségét, csökkentjük a szivattyú belső nyomását. A motor által felvett energia növekedni fog.
- Fordulatszám-szabályzás. A szivattyú munkapontjának folyamatos áthelyezése a legjobb megoldás változó Q és H igényű használat esetén. A beépített aszinkronmotor fordulatszáma pólusainak számától és a tápfeszültség frekvenciájától függ. A frekvencia megváltoztatására több módszer ismert, általánosan az impulzusmodulációs elven működő berendezések terjedtek
A szivattyú szükséges manometrikus emelőmagasságának (H) meghatározásához a következő számítás ad segítséget:
- nyomóoldal
– 2,5 bar a szórófej üzemeltetéséhez szükséges nyomás,
– 0,1 bar, a szórófej a szárnyvezeték fölött 1 m magasan helyezkedik el,
– 0,2 bar, mivel a szórófej 2 m-rel magasabb emelkedőn áll,
– 0,1 bar a vízszállító cső könyökidomjának ellenállása,
– 0,2 bar a 20 m3/ó teljesítményű szűrő ellenállása,
– 0,5 bar a nyomásszabályozó ellenállása,
– 0,3 barral nő a szűrő ellenállása berakódás után, mikor a tisztítás esedékes,
– 0,3 bar a csőhálózat vesztesége,4,2 bar a szükséges nyomás a szivattyúnál.
- szívóoldal
– 0,1 bar a szívóoldal szerelvényeinek nyomásvesztesége,
– 0,6 bar, az üzemi vízszint 6 méterre van a szívócsonk magasságától.
Szükséges összes manometrikus emelőmagasság: 4,9 bar, azaz 49 m.
DR. TÓTH ÁRPÁD • AQUAREX ’96 KFT.
