Pompa obiegowa

Pompa obiegowa – maszyna robocza, która wywołuje przepływ cieczy (wody lub wodnych roztworów, najczęściej glikoli) w obiegach (pierwotnych lub wtórnych) w instalacjach grzewczych lub chłodzących.

Pompy obiegowe

Jako pompy obiegowe stosowane są wyłącznie pompy wirowe.

HistoriaEdytuj

Pierwszy urządzeniem wykorzystywanym do wymuszania obiegu wody w instalacji grzewczej był, opatentowany w 1929 roku przez inżyniera Wilhelma Opländera, przyspieszacz obiegu tzw. pompa kolanowa - typu HP, DN 67/0,25 kW.  Konstrukcja ta wykorzystywała zamknięty silnik elektryczny, który napędzał wirnik (w postaci śmigła) umieszczony bezpośredni w kolanie rurociągu. 

 
NaNxNaNpx

BudowaEdytuj

Pod względem konstrukcyjnym i przemian energetycznych pompy wirowe zalicza się do hydraulicznych maszyn przepływowych. Wspólną cechą wielu wariantów pomp wirowych jest osiowy dopływ cieczy do wirnika. Silnik elektryczny obraca wał pompy z nasadzonym na nim wirnikiem. Napływająca osiowo przez króciec ssawny do wirnika ciecz jest przez łopatki wirnika odchylana w  kierunku promieniowym, a wywierana przez nie na ciecz siła odśrodkowa powoduje zwiększenie prędkości przepływu i ciśnienia. Z wirnika ciecz przepływa do spiralnej obudowy, w której dzięki jej konstrukcji, prędkość przepływu spada, a w wyniku przemian energetycznych wzrasta ciśnienie.

Pompa składa się z następujących, głównych elementów:

  • obudowy (korpusu),
  • silnika,
  • wirnika.

Ze względu na budowę pompy wirowe możemy podzielić na dwie grupy, pompy dławnicowe oraz pompy bezdławnicowe.  

  • Pompa obiegowa dławnicowa – rodzaj pompy wirowej, w której elektryczny silnik napędowy jest całkowicie oddzielony od pompowanej cieczy. W tym przypadku przejście wału wirnika pompy przez jej korpus uszczelnione jest za pomocą dławnicy lub uszczelnienia mechanicznego. Element uszczelniający smarowany jest przez pompowaną ciecz. Silnik napędowy pompy chłodzony jest powietrzem, a łożyska jego wirnika wymagają smarowania.
 
Budowa elektronicznej pompy obiegowej dławnicowej.


  • Pompa obiegowa bezdławnicowa (mokrobieżna) – W tej konstrukcji wszystkie obracające się części wewnątrz silnika o biegunach dzielonych są zanurzone w przetłaczanym medium. Nie jest

konieczne uszczelnianie wału za pomocą dławnicy lub uszczelnienia mechanicznego, które jest niezbędne w przypadku standardowych konstrukcji pomp. Przetłaczana ciecz smaruje łożyska wału i chłodzi elementy silnika. Elektryczna część silnika pompy (stojan z uzwojeniem) oddzielona jest od tak zwanej mokrej komory za pomocą hermetycznej kartuszy silnika (w pompach z silnikiem asynchronicznym) lub za pomocą tulei uszczelnionej pierścieniami o-ring. Dzięki zastosowanej zwartej hermetycznej konstrukcji, praca wirowych pomp bezdławnicowych charakteryzują się znacznie mniejszym poziomem hałasu niż ma to miejsce w pompach o konstrukcji dławnicowej. Hermetyzacja mokrej komory wirnika ma bezpośredni wpływ na sprawność urządzenia z uwagi na wielkość szczeliny między stojanem a wirnikiem  oraz oporność magnetyczną materiału, z którego wykonana jest wybrana tuleja. Straty spowodowane przez tuleje oddzielającą wpływały na niższe sprawności pomp bezdławnicowych w porównaniu do pomp o konstrukcji dławnicowej.

  • Wysokosprawne pompy obiegowe bezdławnicowe - Na rynku istnieje wiele energooszczędnych pomp obiegowych. Najlepszą stosowaną przy produkcji silników jest technologia ECM, zapewniająca doskonałą sprawność pomp. EC (Electronically Commutated) oznacza silnik komutowany elektronicznie. Jego podstawę stanowi silnik synchroniczny z wirnikiem z magnesu stałego. Wirujące pole magnetyczne stojana wytwarzane jest przez komutację elektroniczną. Oznacza to, że uzwojenia stojana są odpowiednio sterowane w celu uzyskania pożądanego wzajemnego oddziaływania biegunów magnetycznych i elektrycznych.

Redukcji szczeliny powietrznej oraz tuleja oddzielająca wykonana z materiału nowej generacji charakteryzującego się mniejszymi stratami przepływu strumienia magnetycznego pomiędzy stojanem a wirnikiem, wpłynęły na zasadnicze zwiększenie sprawności pomp obiegowych o konstrukcji bezdławnicowej. Cicha praca oraz zwarta konstrukcja powodują iż pompy o konstrukcji bezdławnicowej są najpopularniejszym rozwiązaniem do instalacjigrzewczych i klimatyzacyjnych.

 
Pompa obiegowa bezdławnicowa.


  • Pompa obiegowa bezdławnicowa o wysokiej sprawności – pompa napędzana synchronicznym silnikiem elektronicznie komutowanym z wirnikiem w formie magnesu trwałego (silnik ECMang. Electronically Commutated Motor).

Zasada działaniaEdytuj

Energia mechaniczna dostarczona do p.o. przez silnik przekazywana jest za pośrednictwem wirnika do strumienia cieczy, powodując przyrost jej ciśnienia (energii potencjalnej) i prędkości (energii kinetycznej). Przyrost energii cieczy następuje tylko w wirniku pompy obiegowej, jako jedynym elemencie przekazującym energię. W pozostałych elementach p.o. następuje tylko zamiana jednej formy energii na inną, np. energii kinetycznej na energię ciśnienia. Na przykład w spiralnie ukształtowanym korpusie p.o. następuje zamiana części energii kinetycznej w energię potencjalną, co powoduje dalszy przyrost ciśnienia cieczy. Ciśnienie wytwarzane przez p.o. zostaje wykorzystane do pokonania oporów przepływu cieczy przez obieg grzewczy lub chłodzący. Podczas pracy pompy obiegowej w centralnej części wirnika następuje spadek ciśnienia cieczy, co powoduje napływ cieczy przez króciec ssawny. W przypadku nadmiernego spadku tego ciśnienia w niektórych częściach wirnika ciśnienie może być niższe niż ciśnienie nasycenia, odpowiadające temperaturze pompowanej cieczy, co jest przyczyną tzw. kawitacji, tj. odparowania cieczy. Aby temu zapobiec ciśnienie cieczy w króćcu ssawnym (na dopływie do p.o.) powinno być wyższe niż ciśnienie nasycenia odpowiadające temperaturze cieczy o tzw. wymaganą nadwyżkę antykawitacyjną (ang. Net Positive Suction Head – NPSH).

ParametryEdytuj

Parametrami pomp obiegowych są:

W praktyce korzysta się z graficznych zależności między wielkościami Q, ∆ p(∆H), P i η, które noszą nazwę charakterystyk pomp. Są one wyznaczane w wyniku badań, których metodyka jest znormalizowana. Charakterystyki te wyznaczane są przy pompowaniu wody o gęstości 1000 kg/m³ i lepkości kinematycznej = 1 mm²/s. Gdy p.o. używana jest do pompowania cieczy o innej gęstości i lepkości, to charakterystyki pompy należy przeliczyć. Charakterystyki pomp obiegowych podawane są w katalogach i dokumentacji techniczno-ruchowej, przy czym ich przebieg stanowi przedmiot gwarancji producentów pomp.

Zobacz teżEdytuj

BibliografiaEdytuj

  • Instalacje, gazowe, ogrzewcze, wentylacyjne i wodno-kanalizacyjne w budownictwie, praca zbiorowa pod redakcją M. Rubika, Wydawnictwo Forum Sp. z o.o., Poznań 2005, rozdz. 5.14
  • Rubik M., Pompy obiegowe w instalacjach c.o. i c.w.u.