Ugrás a tartalomhoz

Fürdőgépészeti rendszerek üzemeltetése

Dr. Bártfai Zoltán (2011)

Szent István Egyetem

4.4. Örvényszivattyúk szabályozása

4.4. Örvényszivattyúk szabályozása

Az örvényszivattyúk szabályozása a következő módszerekkel történhet:

  • szabályozás fojtással,

  • szabályozás fordulatszám-változtatással,

  • szabályozás az előperdület változtatásával,

  • szabályozás lapátszög változtatással,

  • szabályozás megcsapolással és

  • szakaszos szabályozással.

A fürdők üzemeltetése során leggyakrabban fojtással, fordulatszám-változtatással és szakaszos szabályozással találkozunk. A következőkben ezek bemutatására szorítkozunk.

SZABÁLYOZÁS FOJTÁSSAL

A legegyszerűbb szabályozási módszerhez jutunk, ha a szivattyú nyomóvezetékébe egy szelepet, tolózárat vagy bármilyen folyamatosan állítható elzárószerkezetet építünk be. Ennek a szerkezetnek fokozatos elzárásával, a szivattyút fojtva, tetszőleges folyadékszállításra állhatunk be Q = 0 és Q = Qmax között.

A fojtással kapcsolatos energiaveszteségeket a 4.12. ábra szemléltető módon mutatja.

4.12. ábra. Fojtásos szabályozás

Az ábrán az η = f(Q) hatásfokgörbe is megtalálható. Teljesen nyitott tolózárnál legyen a munkapont az „A” pontban. Ez a pont az „N” normálponttól jobbra fekszik, és a hozzá tartozó folyadékmennyiség QA. Csökkentsük fojtással ezt a mennyiséget a Q1 értékre. A szivattyú jelleggörbéje nem változik meg, de a csővezetéké a fojtással fellépő tetemes veszteségek következtében meredekebb lesz, vagyis a munkapont a szabályozás folyamán elindul az „N” normálpont felé, majd azon keresztül eljut a „C” pontba, amelyhez a kívánt Q2 mennyiség tartozik. Ha a hatásfokgörbét megnézzük, akkor azt tapasztaljuk, hogy a szivattyúhatásfok alig változott.

Ez azonban nem a szabályozás gazdaságosságát támasztja alá, hanem csak annak a következménye, hogy egyrészt a hatásfokgörbe kedvezően lapos, másrészt az „A” és „C” pontok az „N” normálponttól közel egyforma távolságban vannak. Nagyon helytelen lenne azonban e szabályozási mód gazdaságosságának vizsgálatát egyedül a gép hatásfokának figyelembevételére szűkíteni és ebből végső következtetéseket levonni.

Az eddigiek folyamán ugyanis csak a szivattyú belső veszteségeit vettük figyelembe, és nem törődtünk azzal, hogy maga a fojtás milyen veszteségekkel jár, amelyeket azonban szintén a szivattyúnak kell fedeznie. Az ábrán vonalkázás emeli ki azokat a metszékeket, amelyek a fojtással kapcsolatban fellépő áramlási veszteségek nagyságát adják. Külön kiemeltük a Q1 , ill. Q2 térfogatáramokhoz tartozó metszékeket. Így a szabályozás után nyert Q1 folyadékmennyiségnél az NB metszék adja léptékhelyesen e veszteségek nagyságát. Ha ezt a H1 szállítómagasság értékével összehasonlítjuk, akkor nyilvánvalóvá válik, hogy gazdaságosságról szó sem lehet.

Még szembetűnőbb lesz a kép, ha a fojtási veszteségeket a szivattyú veszteségeihez számítva határozzuk meg, vagyis a szabályozott gép hatásfokát és hatásfokgörbéjét. Az így kapott görbe az ábra ηf0 = f(Q) görbéje. Az ábra szerint a Q1 folyadékmennyiségnél eszerint a hatásfok eredeti értékének mintegy 60%-ára esett le, ami még egy jó szivattyúnál is csak kereken 50%-os hatásfoknak felel meg. Gazdaságos működtetés így szóba sem jöhet.

Minél laposabb a H = f(Q) jelleggörbe, annál kisebbek természetesen ezek a fojtási veszteségek, ami azt jelenti, hogy minél nagyobb a jellemző fordulatszám, annál kedvezőtlenebb a fojtás használata. Nagy jellemző fordulatszámú gépeket fojtva, a hajtó motorokat annyira túlterhelhetjük, hogy a különben helyesen méretezett gépek esetleg tönkre is mehetnek.

Üzemviteli szempontból gazdaságtalan volta mellett viszont igen nagy előnye a fojtásos szabályozásnak az, hogy nagyon egyszerű és „más okból is szükséges” berendezéseket kíván csak, továbbá, hogy igen könnyen kezelhető és különösebb szaktudást nem igényel. További előny lehet még az is, hogy a szükséges szabályozás gyakorisága és a más szabályozási módokhoz szükséges beruházási költségek nagysága miatt esetleg mégis a fojtásos szabályozás a leggazdaságosabb.

Gazdaságosság szempontjából valamivel enyhébben ítélhetjük meg a fojtásos szabályozást akkor, ha a szivattyú olyan folyamatba épült be, ahol a szállított közeget melegíteni is kell. A fojtási veszteségek ugyanis hő formájában jelennek meg, és a melegítés folyamán ennyivel kevesebb hőt kell a folyadékkal közölnünk. Természetesen ez egy igen drága fajtája a hőtermelésnek, mert a szivattyú nem egy olcsó berendezés, és az elektromos árammal termelt hő is közel háromszor olyan drága, mint a gázzal, olajjal, vagy szénnel közvetlenül termelt hő.

A fojtásos szabályozás tehát igen egyszerű, de üzemviteli szempontból általában gazdaságtalan szabályozási mód.

SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM-VÁLTOZTATÁSSAL

A fojtásos szabályozás legnagyobb hátránya az eredő hatásfok romlása. A szabályozás gazdaságossága lényegesen javítható, ha sikerül a fojtási veszteségeket kiküszöbölni.

A 4.13. ábrán tekintsük adottnak, a szivattyúnak nA fordulatszámhoz tartozó jelleggörbéjét és a csővezeték „Cs” jelleggörbéjét. Ezekkel az „A” munkapont és a hozzá tartozó folyadékszállítás QA is ismert. A szükséges térfogatáram QB, amely egy kisebb térfogatáram megvalósítása.

4.13. ábra. Fordulatszám-szabályozás

Ha nem fojtunk, akkor a csővezeték jelleggörbéje a szabályozás folyamán nem változik meg, vagyis QB-hez a „B” munkapontnak kell tartoznia. Ez viszont azt jelenti, hogy a gép fordulatszámát nA-ról nB-re kell csökkenteni. A szivattyút tehát fordulatszám-változtatással szabályozzuk.

Igen gazdaságos szabályozáshoz jutunk, ha a szivattyút hajtó motor fordulatszáma gazdaságosan változtatható. Az ábrán felrajzolt kagylódiagram azt mutatja, hogy a szabályozás folyamán a gép hatásfoka mennyire változott. A kiindulás „A” munkapont a normálpont közelében volt, ekkor a szabályozás után, fordulatszám-változtatást alkalmazva, a gép hatásfoka kevésbé változik, mint fojtás esetén. Várhatóan a gép hatásfoka a szabályozás után jobb, mint a fojtásos szabályozás esetén („B”).

Ezt az igen kedvező képet természetesen rontja a hajtógép hatásfokváltozása. Ahhoz, hogy a fordulatszám-változtatás segítségével végrehajtott szivattyúszabályozást gazdaságosnak minősítsük, feltételként az is hozzá tartozik, hogy a fordulatszám-változtatás során a hajtógép jó hatásfokának is meg kell maradnia.

SZAKASZOS SZABÁLYOZÁS

A szabályozási eljárások között vannak azonban olyanok is, amelyeknél a szabályozott mennyiség csak fokozatokban, lépcsőkben, változtatható meg. Az ilyen jellegű szabályozásokat szakaszos szabályozásnak nevezzük.

A gépegységek be- és kikapcsolásával végrehajtott szabályozás nem folytonos szabályozás, hiszen itt a szabályozás ugrásokban történik. Az ugrás a szivattyútelep folyadékszállításában jelentkezik, és az nyilván ott engedhető csak meg, ahol vagy a fogyasztás is ingadozó - ez igen ritka - vagy a folyadék tárolására is lehetőség van. A szivattyút időszakosan tartjuk üzemben, az üzemidő lépcsőzésével, a gép be- és kikapcsolásával szabályozunk. Ilyen esetben a szivattyú folyadékszállítása az üzemelés időszakában nem változik. Ez azt jelenti, hogy jól választott szivattyú és hajtógép esetén a gép közel a legjobb hatásfokú pontban dolgozik mindig, ennek a szabályozási módnak a hatásfoka tehát igen jó lehet.

A lépcsős szabályozásnál azonban beáll egy olyan veszteség, amellyel eddig a folytonos szabályozásnál nem találkoztunk. Minden indítás és leállás ugyanis veszteségekkel jár, hiszen induláskor az álló folyadékoszlopot fel kell gyorsítani, és az ehhez szükséges munka a leálláskor csak részben térül vissza. Ha a gép kútból szív vagy hosszú nyomóvezetékre dolgozik, akkor a káros nyomáslengések elkerülése érdekében a gépet követő elzárószerkezetet csak lassan nyitják ki, ill. zárják be, és ezért a gép egy ideig fojtva jár. Ha a szivattyút indulás előtt egy légtelenítő szivattyúval légtelenítjük, akkor a légtelenítő szivattyú energiafogyasztása is hozzájárul a szakaszos szabályozás hatásfokának romlásához. A túlságosan gyakori ki- és bekapcsolás tehát erősen ronthatja az összhatásfokot ezért a nagy lépcsőkben való szabályozás előnyét látszik igazolni. A nagy lépésekben történő szabályozás viszont a tározó méreteit (pl. víztorony) növeli meg, aminek beruházási költség vonzata jelentkezik.

A szakaszos szabályozás természetesen nem csupán egy gépre vonatkoztatható, hanem a szivattyúk csoportjából kialakított szivattyútelepre is. A szivattyútelepek szakaszos szabályozása többféle módon valósítható meg.

A legegyszerűbb az üzemidő szabályozása, amikor a szivattyúegység rövidebb-hosszabb ideig tart üzemet, ahogy azt a közepes fogyasztás megkívánja. A két üzemi szakasz közötti üzemszünetben a tároló látja el a fogyasztást. Amikor a tároló adott mértékben kiürül, a gép újra indul és feltölti azt. A tároló lehet egy medence vagy nyomás alá helyezett légüst is.

A szakaszos szabályozás egy másik módja a gépváltás. Ez a módszer egyaránt használható a szállítómagasság és folyadékszállítás ingadozása esetén is. E szabályozási módnak az a lényege, hogy az idő folyamán fellépő minden jellegzetes üzemi követelményre van a szivattyútelepen egy gép, és mindig éppen az a szivattyú dolgozik, amely a pillanatnyi üzemi követelményeknek megfelel. Az üzemi követelmény megváltoztatásánál ezt a gépet leállítjuk, és az új követelményhez tartozó gépet indítjuk el. Hátránya hogy a gépi berendezés igen drága, hiszen minden üzemi követelményhez külön gép kell. Hátránya az is, hogy a szabályozás végrehajtása minden esetben egy gép indítását és egy másik gép egyidejű leállítását jelenti, ami a gépkiszolgálás szempontjából kedvezőtlen. Ezzel szemben igen jó hatásfokú üzemet biztosít.

A szállítómagasság nagymértékű ingadozása esetén a gépek sorba kapcsolásával oldható meg a feladat. A gépváltással ellentétben az egyes szivattyúk itt nem függetlenek egymástól, hanem olyan rend-szert alkotnak, hogy sorba kapcsolásukkal a kívánt és különböző üzemi követelmények kielégíthetők. A soros üzemeltetést az előző fejezetben taglaltuk.

A folyadékszállítás ingadozása esetén a feladat a gépek párhuzamos üzembe állításával is megoldható. Az egyes szivattyúk ebben az esetben olyan rendszert alkotnak, hogy a párhuzamos üzem variálásával a kívánt üzemi követelmények kielégíthetők. A párhuzamos üzemmel az előző fejezetben foglalkoztunk. Az öntöző szivattyútelepek többsége ezt a szabályozási módszert alkalmazza összekapcsolva egyéb szabályozásokkal is.

A szakaszos szabályozás során a gépet tulajdonképpen csak ki-, ill. bekapcsoljuk. Az előző fejezetekben leírtakhoz hasonló szabályozásról itt nem lehet szó. A gépeket voltaképpen nem szabályozzuk. Ezzel az egyes gépek jó hatásfokú üzeme biztosítható ugyan, de nem szabad megfeledkezni a szükséges tárolók, irányító, elzáró és egyéb berendezések beruházási költségeiről sem. A jó hatásfok ára: a viszonylag drága berendezés.

Önellenőrző kérdések

  1. Ismertesse a szivattyúk indításának külső és belső feltételeit!

  2. Mi a lábszelep feladta?

  3. Mi a tengelytömítések feladata?

  4. Milyen tengelytömítések ismeretesek?

  5. Jellemezze a tömszelencés tengelytömítést!

  6. Jellemezze a csúszógyűrűs tengelytömítést!

  7. Hogyan oldható meg az örvényszivattyúk hajtása?

  8. Ismertesse a villamos motorral történő hajtást!

  9. Ismertesse a belsőégésű motorral történő hajtást!

  10. Rajzolja le, és ismertesse a szivattyúk soros kapcsolását!

  11. Rajzolja le, és ismertesse a szivattyúk párhuzamos kapcsolását!

  12. Sorolja fel az örvényszivattyúk szabályozásának lehetőségeit!

  13. Rajzolja le, és ismertesse a szivattyúk szabályozását fojtással!

  14. Rajzolja le, és ismertesse a szivattyúk szabályozását fordulatszám-változtatással!

  15. Ismertesse a szivattyúk szakaszos szabályozását!