Szivattyúzási és keverési alapelvek

Source : http://www.szivattyu.hu/2011/03/08/alapelvek.html

Alapfogalmak

A szivattyú a folyadék energiatartalmát növeli, miközben valamilyen energiát fogyaszt ehhez és fedezni kell az energiaátalakítással járó veszteségeket.

A szivattyúban 1 kg folyadék 1 mkg energiatartalom növekedése 1 m folyadékoszlop emelőmagasságot hoz létre. Ezt szorozva a G folyadéksúly árammal (kg/s), megkapjuk a folyadék teljesítménynövekedését.

P=GH/0,102 (W)

A szivattyú ηsz (éta) energiaátalakítási hatásfokát bevezetve, a szivattyú hajtásához szükséges Ph (hasznos) teljesítmény:

Ph=P/ ηsz

Az energiaátalakítási hatásfokot röviden hatásfoknak nevezzük. A hajtáshoz szükséges teljesítmény például villamos hajtásnál a motor tengelyén átadott mechanikai teljesítmény (tengelyteljesítmény). A szivattyúból és a motorból álló gépcsoport összhatásfoka a szivattyú hatásfok és ηm motor hatásfok szorzata:

ηsö=ηsz ηm

És a motor kapcsain igényelt villamos kapocsteljesítmény

PK=Ph/ ηsz=P/ ηsz ηsz=P/ ηsz

Ha az energiát nem villamos energia formájában vezetjük a szivattyúkhoz, hanem más formában (belső égésű motor, gőz- vagy gázturbina,folyadékenergia,sűrített levegő stb…), akkor a motor hatásfokot a hajlítás hatásfokaként értelmezhetjük.

Alapelvek

A folyadékkal energiát közölni úgy lehet, ha a Bernoulli egyenlet valamelyik vagy több tényezőjét meg tudjuk növelni és ezt folyamatosan vagy szakaszosan végezzük valamilyen időegység alatti folyadéktérfogattal.

1. alapelv

A Bernoulli egyenlet tényezői szerint a folyadékot például adagonként megemelhetjük (gémeskút esete), miáltal a folyadékadag Z szintje megnövekszik.

2. alapelv

A megemeléssel egyenértékű, ha egy folyadékadagot egy kisebb nyomású térből egy nagyobb nyomásúba tolunk át(pl.: egy hengerben mozgó dugattyú segítségével). Ezáltal a folyadék p/ρg nyomásmagassága emelkedik.

3. alapelv

A harmadik lehetőség, hogy a folyadék sebességét növeljük meg a c2/2g sebességmagasság megnövelése érdekében. Mivel azonban rendszerint a folyadék tényleges megemelése vagy nyomásának növelése a szivattyúzás célja, a sebességmagasság formájában közölt energiát még vissza kell alakítani nyomássá. Mivel nem csak a csőben, hanem a szivattyúkban is a sebességmagassággal arányosak a veszteségek, az így közölt energia átalakítási energia hatásfoka mindig rosszabb, mint az előző formáké.

4. alapelv

A nyomásmagasság létrehozásának különleges formája, amikor a folyadék sűrűségét csökkentjük, például gázbevezetéssel, miáltal a ρ/ρg érték is megemelkedik.

5. alapelv

Az energiatartalom növelésnek kombinált formája, amikor egy centrifugális vagyis forgó erőtérbe juttatjuk a folyadékot, miáltal sugárirányban kifelé haladva egyre nagyobb nyomású térbe is kerül, közben sebessége is növekedhet. Ezek a centrifugálszivattyúk.

A felsorolt szivattyúzási elvek további kombinációi is lehetségesek, ezeket azonban nem tárgyaljuk.

Keverés

Grundfos keverők

A keverők azért foglalnak el különleges helyet a szivattyúk között, mert nincsen statikus emelőmagasságuk és csak a sebesség létrehozása a céljuk, így a szivattyúk egyik határesetei.

Maga a keverő egy olyan szárnylapátos szivattyúhoz hasonló propellerkerék, amely a saját környezetében nagy sebességű folyadéksugarat hoz létre, amely azután a környező folyadéknak impulzuscserével adja át fokozatosan az energiáját, így a keverési folyamatban hasonlít a sugárszivattyúhoz is.

A keverőknél létrehozunk G folyadéksúlyáramot (kg/s) valamilyen, a folyadékba bevezetett Ph (W) energiával, ami egy adott V (m3) térfogatú medencében létrehoz olyan sebességeloszlást, hogy annak sarkaiban se legyen kiülepedés, áramlási holttér.

A hatásfok helyett értékelő számként a keverésfenntartására fordított, térfogategységre eső

vf= Ph / V (W/m3)

fajlagos teljesítménysűrűséget használjuk, illetve ennek a motor hatásfokkal korrigált értékét, amikor is a Pk kapocsteljesítményre vonatkoztatjuk azt:

V=Pk / V = Ph/V ηm