a szivattyútechnika alapjai - wilohu-app.wilo.com · 5 a szivattyútechnika alapjai minden...

1

A szivattyútechnika alapjai

Szivattyú-kiskáté

2

TARTALOMJEGYZÉK A szivattyútechnika alapjai 5 A szivattyútechnika története 7 Vízellátás 7 Szennyvízelvezetés 8 Fűtéstechnika 9 Szállítórendszerek 12 Nyitott vízkeringetéses rendszerek 12 Zárt fűtési rendszer 13 Közvetítő közegünk – a víz 15 Fajhő – fajlagos hőtároló-képesség 15 Térfogatnövekedés és -csökkenés 16 A víz forrási viszonyai 17 A forróvíz kitágulása és biztosítás a túlnyomás ellen 18 A nyomás 19 A kavitáció 19 Az örvényszivattyúk konstrukciója 21 Önfelszívó és normál szívású szivattyúk 21 Az örvényszivattyúk működése 22 Járókerekek 22 A szivattyúhatásfok 23 Az örvényszivattyúk teljesítményfelvétele 24 Nedvestengelyű szivattyúk 25 Száraztengelyű szivattyúk 27 Nagynyomású örvényszivattyúk 29 Jelleggörbék 31 A szivattyú-jelleggörbe 31 Rendszer-jelleggörbe 32 A munkapont 33 A szivattyúk illesztése a fűtési igényhez 35 Az időjárás ingadozásai 35 A szivattyúk fordulatszámának átkapcsolása 36 Fokozatmentes fordulatszám-szabályozás 36 Szabályzási módok 37

3

Hozzávetőleges szivattyúméretezés standard fűtési rendszerekhez 41 A szivattyú térfogatárama 41 A szivattyú szállítómagassága 41 Alkalmazási példa 42 A hozzávetőleges szivattyúméretezés kihatása 43 A szivattyúméretező szoftver 43 Az „A” és az „O” hidraulika 45 AZ elektronikusan szabályozott keringetőszivattyúk beállítása 45 Több szivattyú összekapcsolása 46 Záró gondolatok 50 Tudták volna ezt Önök? 51 A szivattyútechnika története 51 Közvetítő közegünk – a víz 52 Konstrukciós jellemzők 53 Jelleggörbék 54 A szivattyúk illesztése a fűtési igényhez 55 Hozzávetőleges szivattyúméretezés 56 Több szivattyú összekapcsolása 57 Törvényes mértékegységek, kivonat örvényszivattyúkhoz 58 Információs anyagok 59

5

A szivattyútechnika alapjai Minden embernek szüksége van szivattyúkra az élethez és a komforthoz. A szivattyúk mozgatják a folyadékokat hidegen és melegen, tisztán és szennyezetten. Mindezt kör-nyezetkímélőn és hatékonyan.

Az épületgépészetben a szivattyúk igen fon-tos szerepet töltenek be. Különböző feladat-kora alkalmazhatók. A legismertebb, és ami-vel a legjobban megbarátkoztunk: a fűtési keringető szivattyú. A következő oldalakon ez foglalja majd el a központi szerepet. Szivattyúkat ezen túlmenően a vízellátás és a szennyvízelvezetés területén is használ-nak: • nyomásfokozó telepekben, melyre mindig

szükség van, amikor a városi víznyomás nem elegendő egy épület ellátásához,

• használati melegvizet keringető szivattyúk, melyek arról gondoskodnak, hogy a csa-poknál mindig álljon rendelkezésre meleg-víz,

• szennyezett vizet átemelő szivattyúk, me-lyek akkor szükségesek, ha szennyvíz vagy fekália a visszatorlasztási szint alatt keletkezik,

• szökőkutak és akváriumok szivattyúi, • a tűzoltás szivattyúi, • szivattyúk hideg- és hűtővíz számára, • esővíz-hasznosító telepek WC-öblítéshez,

mosógépekhez, tisztításhoz és öntözés-hez.

• és még sok egyéb helyen. Itt kell megemlíteni, hogy a különböző köze-gek viszkozitása is különböző (pl. fekália vagy víz-glikol keverékek). Az országtól füg-gően bizonyos szabványokat és irányelveket kell betartani, és speciális szivattyúkat és technológiákat kell választani (pl. robbanás-védelem, ivóvízrendelet).

E kiadvány célja, hogy a képzésben, tovább-képzésben vagy átképzésben résztvevők számára alapismereteket nyújtson a szivaty-tyútechnikához. Egyszerű, világos monda-tokkal, rajzokkal és példákkal a gyakorlat számára kellő alapot ad. A szivattyúk célsze-rű alkalmazása és kiválasztása ezáltal magá-tól értetődő, mindennapos rutinná válik. A Tudták volna ezt Önök? fejezetben sza-kaszonként, kérdések előgyártott helyes és helytelen válaszok alapján történő megvála-szolásával, egyéni önvizsgáztatással végez-hető el a megszerzett tudás ellenőrzése. A tudás elmélyítésének további lehetősége-ként az Önök előtt fekvő Szivattyú-kiskátéra építve, bemutattuk az információs anyagaink kínálatát. Itt az önképzéshez is, valamint a gyakorlati képzést nyújtó szemináriumi prog-ramjainkhoz is találhatók anyagok.

Ld. még: „Információs anya-gok” fejezet, 59. oldal.

7

A szivattyútechnika története

Vízellátás

Jacob Leupold csöves szivattyúműve Ha egy szivattyúra gondolunk, akkor rögtön az eszünkbe jut, hogy az emberiség már az ősidők-től fogva kereste annak műszaki eszközeit, hogy a folyadékokat, különösen a vizet, magasabb szintre emelje. Ez a földek öntözését ugyanúgy szolgálta, mint a megerősített városok és várak körüli védőárkok töltését.

A legegyszerűbb merőeszköz az emberi kéz – és két kéz többet mer, mint egy. Így jutottak történelem előtti elődeink hamar arra az ismeretre, hogy az agyagedényeket teknő alakúra formálják. Megtörtént az első lépés a veder felfedezéséhez. Ezután több ilyen vedret kell egy láncra vagy egy kerékre tenni. Emberek vagy állatok vetik be erejüket ezen merőeszköz mozgásba hozásához és a víz emeléséhez. I.e. 1000 körüli egyiptomi, kínai régészeti leletek ta-núskodnak ilyen vedres szállítóművekről. A lenti rajz egy kínai merítőkerék rajzi rekonstrukcióját mutatja. Ez egy kerék, ráhelyezett agyagedé-nyekkel, melyek a legfelső ponton a vizet kiöntik.

Egy kínai merítőkerék

Arkhimédész (i.e. 287 – 212), az ókor talán leg-nagyobb matematikusa és tudósa, i.e. 250 körül leírja a róla elnevezett arkhimédészi csavart. Egy csőben egy spirál/csiga forgatásával lehet a vizet felemelni. Valamennyi víz mindig vissza-folyt ugyan, mert nem voltak ismertek jó tömíté-sek. Így a csavar lejtése és a térfogatáram kö-zött létrejött egy összefüggés. Üzemelés során választani lehetett a nagyobb térfogatáram vagy a nagyobb szállítómagasság között.

Az arkhimédészi csavar

Folyásirány Az időszámításunk szerinti 1724. évben zseniális előrelépés történik. Jakob Leupold (1674 – 1727) meghajlított csöveket épített be egy kerékbe. A kerék forgatásával a vizet a kerék tengelyéhez emelte. A folyóban áramló víz rögtön ennek az emelőműnek a meghajtása is. Ezen a konstrukci-ón különösen a hajlított csövek formaadása a szembetűnő. Megdöbbentő a hasonlóság a mai örvényszivattyúk járókerekeinek az alakjával.

Ismét megdöbbentő a hasonlóság a mai örvény-szivattyúk üzemvitelével. A később leírt szivaty-tyú-jelleggörbén hasonló az összefüggés a tér-fogatáram és szállítómagasság között. Különbö-ző történelmi forrásokból tudható, hogy ezek a csavarszivattyúk 37° és 45° között üzemeltek. A szállítómagasságuk 2 m és 6 m között és a ma-ximális térfogatáramuk 10 m3/h körül volt.

Vesd össze: „Járókerekek” feje-zet, 22. oldal

csiga

emeli a vizet

hajtás

8

Szennyvízelvezetés

Az emberiség számára a vízellátás mindig is a leginkább létfontosságú dolog volt, a szennyvízelvezetés azonban csak később – majdhogynem túl későn – társult ehhez. Mindenütt, ahol települések, helységek, vá-rosok jöttek létre, piszok és szenny, ürülék és szennyvíz szennyezte a mezőket, utcákat és utakat. A következmény bűz, betegségek és járvá-nyok voltak. A vizek elszennyeződtek, a talaj-víz ihatatlanná vált. Az első szennyvízcsatornákat i.e. 3000 – 2000 körül építették. Krétán a knósszoszi Mínos palotája alatt terrakotta falazott csator-nákat és csöveket találtak, melyek az esővi-zet, fürdő és szennyvizet összegyűjtötték és elvezették. A rómaiak városaikban az utcákon és alattuk szennyvízcsatornákat építettek – a legnagyobb, legismertebb és részben máig jó állapotban levő a Cloaca Maxima Rómában. Innen a vizet a Tevere (Tiber) folyóba vezet-ték (a Rajna menti Kölnben még ma is talál-hatók a római korból származó földalatti csa-tornáknak járható részei). Mivel az évszázadok során a vízelvezetés terén semmilyen előrelépés nem történt, a múlt századig a szennyvíz a patakokba, fo-lyókba, tavakba és tengerekbe tisztítatlanul került. Az iparosodással és az egyre erőseb-ben növekvő városokkal a rendezett szenny-vízelvezetés elengedhetetlenné vált.

Németországban az első központi csatorna- és tisztítórendszert 1856-ban létesítették Hamburgban. Németországban a 90-es éve-kig még sok házi fekáliatelep emésztő- és szikkasztógödörből állt. Eleinte csak törvényi rendeletek és helyi határozatok eredménye-képpen kellett ezeket a közüzemi csatornahá-lózatra csatlakoztatni. Mára szinte mindenhol közvetlenül a köz-üzemi hálózatra vannak csatlakoztatva a házi szennyvizek. Ahol ez nem lehetséges, ott átemelőrendszereket vagy nyomás alatti víz-elvezetést kell alkalmazni. Az ipari és háztartási szennyvizeket szerte-ágazó csatornázáson, tározómedencéken, derítőkön, tisztítómedencéken vezetik át, és ennek során biológiailag vagy vegyileg tisztít-ják. Ezután vezetik a regenerált vizet a ter-mészetes vízkörforgásba vissza.

Itt kerül sor a különböző szivattyúk és szivaty-tyúrendszerek alkalmazására. Ezek pl.: • átemelőtelepek • merülőmotoros szivattyúk • aknaszivattyú (vágóművel vagy a nélkül) • vízelvezető szivattyúk • keverőműves szivattyúk, stb.

9

Fűtéstechnika

Hypocaust fűtés a római időkből

Hypocaust fűtések A római időkből találtak úgynevezett hypo-caust fűtéseket. Ez a padlófűtés korai formá-ja. Egy nyitott tűz füstgázait üregekben a pad-ló alá vezették, ami azt felmelegítette. Az elvezetés a falfűtés csatornában történt. A későbbi századokban, különösen kasté-lyokban és várakban, a szintén nyitott tűzhe-lyek kéményét nem egyenesen függőlegesen a házon keresztül építették. A meleg füstgá-zokat több fordulóban vezették el a lakószo-bák mellett – ez a központi fűtés első formája volt. A pincében elfalazott kőrekeszekkel megvalósított rendszerleválasztásra is találni példát. Gőzfűtés A gőzgép elterjedésével a XVIII. sz. második felében kifejlődött a gőzfűtés. A gőzgépben nem teljesen lekondenzált gőzt hőcserélőn át irodákba és lakóhelyiségekbe vezették. Volt olyan elgondolás is többek között, hogy a gőzfűtés maradék energiájával egy turbinát lehet hajtani.

Gravitációs fűtés A következő fejlődési fokozat a gravitációs fűtés volt. A tapasztalat azt mutatta, hogy 20 °C teremhőmérséklet eléréséhez már csak kb. 90 °C-ig kell a vizet melegíteni, azaz ép-pen forráspont alá. Az igen nagy átmérőjű csővezetékekben a forró víz felemelkedett. Ha hőjének egy részét leadta (lehűlt), a Föld vonzereje következtében visszaáramlott a kazánba.

Gravitációs fűtés kazánnal, tágulási edénnyel és fűtőtest-tel.

külső fal falfűtés csatorna belső fal

padló

a padló tartóoszlopai

fűtőpince tűztér

hamueltávolítóöblítő vályú

10

A gravitációs fűtés sémája

Az eltérő súlyerők fejtik ki a víz felfelé illetve lefelé hajtó mozgását. Az ilyen gravitációs cirkuláció lassú indulása már századunk elején arra a meggondolásra vezetett, hogy egy úgynevezett áramlás-serkentőt építsenek a fűtés csővezetékébe. A villamos motorok abban az időben alkalmatlanok voltak a hajtásra, mert nyitott csúszógyűrűs forgórészük volt. Egy vizet áramoltató fűtési rendszerben emiatt jelentős balesetek történhettek volna.

Az első fűtési keringető szivattyú Csak a Gottlob Bauknecht sváb mérnök által feltalált első tokozott villanymotorok tették lehetővé áramlásserkentőként való alkalma-zásukat. Barátja, a vesztfáliai Wilhelm Opländer, kifejlesztett egy ilyen konstrukciót, melyre 1929-ben szabadalmat kapott.

Egy csőkönyökbe egy szivattyúkereket épített be egy propellerkerék formájában. A meghaj-tás egy a villanymotor által hajtott tömített tengellyel történt. Ekkor azonban ezt a serkentőt még nem hív-ták szivattyúnak. Ez a fogalom csak később alakult ki. Ezután, amint már korábban írtuk, hozzták kapcsolatba a szivattyúkat a víz-emeléssel. Ezeket a serkentőszivattyúkat kb. 1955-ig gyártották, és alkalmazásukkal a fűtővíz hő-mérsékletét mind alacsonyabbra sikerült csökkenteni. Ma igen széles a fűtési rendszerek választé-ka, melyek közül a legmodernebbek igen alacsony hőmérséklettel üzemelnek. A fűtő-berendezés szíve, azaz a fűtési keringető szivattyú nélkül ez a fűtéstechnika nem volna lehetséges.

Az első fűtési keringető szivattyú könyökös szivattyú. Gyártási év: 1929, HP Típus DN 67 / 0,25 kW

előremenő Te=90°C megfelel:

G=9,46 N

visszatérőTv=70°C megfelel:

G=9,58 N

11

A fűtési rendszerek fejlődése

kezdetben vala a tűz

római hypocaust fűtés Római Birodalom, kb. i. sz. 465-ig

középkor, kb. i. sz. 1519-ig

ipari forradalom, XIX. század

újkor, XX. század

meleglevegős fűtés

kémény fűtés

gravitációs melegvizesfűtés

serkentőszivattyú Wilhelm Opländer, 1929

kályha fűtés

gőzfűtés

kétcsöves fűtés

Tichelmann rendszer melegvíz-keringetéses fűtés

mennyezet- / fal- sugárzásos fűtés

egycsöves fűtés

padlófűtés

12

Szállítórendszerek

Nyitott vízkeringetéses rendszerek

Nyitott vízkeringetéses rendszerek

Szivattyútelep víz magasabb szintre szállításához Vesd össze: „A szi-vattyú illesztése a fűtési igényhez” fejezettel, 35. oldal.

A baloldali sematikus ábra mutatja, mely ele-mek tartoznak egy olyan rendszerbe, mely egy mélyebben fekvő előtét tartályból folya-dékot pl. egy magasabban fekvő nyomótar-tályba szállít. Ennél nem elég, ha a szivattyú teljesítménye megfelel a geodetikus emelőmagasságnak, mert az utolsó csapnál is, pl. egy szálloda legfelső emeletén, még megfelelő kifolyási nyomás is szükséges. A felszálló vezetékben fellépő csősúrlódási veszteségeket is figye-lembe kell venni. Szivattyú szállítómagasság = geodetikus emelőmagasság + kifolyási nyomás + csősúr-lódási veszteségek Karbantartási munkákhoz az egyes vezeték-szakaszoknak lezárhatóknak kell lenniük. Ez különösen a szivattyúra érvényes. mert kü-lönben javítása vagy cseréje előtt nagy víz-mennyiséget kell a felszálló vezetékből leen-gedni. A mélyebben fekvő előtét tartályban és a nyomótartályban úszószelepek vagy más szabályzóelemek szükségesek, hogy az eset-leges túlfolyást megakadályozzák. Ezen túlmenően a felszálló vezetékbe alkal-mas helyre egy nyomásérzékelőt lehet beépí-teni, mely lekapcsolja a szivattyút, ha az elvé-teli helyek zárva vannak, és nincs vízelvétel.

felszálló vezeték geodetikus emelőmagasság

hozzá-vezetés

úszószelep

nyomótartály

hozzáfolyó tartály

úszószelep szivattyú

13

Zárt fűtési rendszer

Zárt fűtési rendszer

A jobboldali ábrán a fűtési rendszer vízszállí-tási rendszerrel szembeni funkcionális kü-lönbségei láthatóak. Míg egy vízszállítási rendszer egy szabad kifolyású (pl. vízelvételi helyek vízcsapok formájában) nyílt rendszer, a fűtési rendszer egy önmagában zárt rendszer. Az elv még egyszerűbben megérthető, ha azt képzeljük el, hogy a fűtési rendszerekben a vizet a csővezetékben egyszerűen csak moz-gásban kell tartani, ill. csak keringetni kell. A fűtési rendszert a következő elemekre lehet felosztani: • hőfejlesztő • hőszállító és -elosztó rendszer • membrános tágulási edény a nyomástar-

táshoz és nyomásszabályozáshoz • hőfogyasztó • szabályzóegység • biztonsági szelep Hőfejlesztő alatt itt fűtőkazán, többek között gáz-, olaj- vagy szilárd tüzelésű, valamint keringetett vizet melegítő berendezés érten-dő. Ehhez villamos központi vízmelegítésű tárolótartály-fűtések, távfűtött hőközpontok és hőszivattyúk tartoznak. A hőszállító és -elosztó rendszer magába foglalja az összes csővezetéket, elosztó- és gyűjtőelemeket és természetesen a keringető szivattyút. A fűtési rendszerben a szivattyú teljesítményét csak a telep teljes ellenállásá-nak a legyőzésére kell méretezni. Az épület magasságát nem kell figyelembe venni, mert a szivattyú által az előremenő vezetékbe nyomott víz a visszatérő vezetékben vissza-tolja a vizet a kazánhoz.

A membrános tágulási tartály a fűtőberende-zésben az üzemi hőmérséklet függvényében változó víztérfogat kiegyenlítésére, illetve a stabil nyomás tartására való. A hőfogyasztók a fűtendő helyiségben a fűtő-felületek (radiátorok, konvektorok, felületfűté-sek stb.). A hőenergia a melegebb pontokról a hidegebb felé áramlik, mégpedig annál gyorsabban, minél nagyobb a hőmérsékletkü-lönbség. Ez a hőátvitel három különböző fizi-kai folyamat szerint történik: • hővezetés • konvekció, azaz a levegő természetes fel-

áramlása • és hősugárzás Ma már semmilyen műszaki problémát nem oldanak meg jó szabályzás nélkül. Ezért ter-mészetes, hogy minden fűtési rendszerben is találhatók szabályzóeszközök. Ez közé érten-dő a legegyszerűbb, a teremhőmérséklet állandón tartására való termosztátszelep. De a fűtőkazánokban, keverőkben és természe-tesen a szivattyúkban emellett fejlett mecha-nikus, villamos és elektronikus szabályzók is találhatók.

Keringetett rendszer egy fűtőberendezés példáján. Megjegyzés: Az épület magassá-gát nem kell figye-lembe venni, mert a szivattyú által az előremenő vezetékbe nyomott víz a vizet a visszatérő vezeték-ben visszatolja a kazánhoz. Vesd össze: „Standard fűtési rendszerek áttekintő méretezése”, 41. oldal

szivattyú

előreme

visszatérő

szabályzóberendezés

hőfogyasztó

légtelenítés

membrános tágulási tartály

15

Közvetítő közegünk – a víz Melegvizes központi fűtésekben víz szállítja a hőt a hőfejlesztőtől a fogyasztóhoz. A víz legfontosabb jellemzői: • hőtároló-képesség • térfogat-növekedés úgy melegedéskor, mint

hűléskor • a sűrűségcsökkenés térfogat növekedés és

csökkenés esetén • forrási tulajdonságok külső nyomás alatt • gravitációs felhajtóerő Ezeket a fizikai tulajdonságokat írjuk le a kö-vetkezőkben.

Fajhő – fajlagos hőtároló-képesség

Minden hőhordozó közeg fontos jellemzője a hőtároló-képessége. Ezt az anyag tömegére és a hőmérséklet-különbségre vonatkoztatják, és fajlagos hőtároló-képességnek, fajhőnek nevezik. Ennek jele c, mértékegysége: kJ/(kg • K) A fajhő az a hőmennyiség, amit a közeg (pl. víz) 1 kg-jával közölni kell, hogy 1 °C-szal melegedjen. Fordítva, lehűléskor ugyanezt az energiát adja vissza. A vízre, mint a 0 °C és 100 °C közötti átlagos fajhőre, érvényes: c = 4,19 kJ/(kg • K) vagy c = 1,16 Wh/(kg • K) A Q be- ill elvezetett hőmennyiség, J-ban vagy kJ-ban mérve a kg-ban mért m tömeg, a c fajhő és a K-ben mért ∆θ hőmérséklet-különbség szorzata.

Ez a fűtési rendszer előremenő és visszatérő hőmérsékletének a különbsége. Képlet formájában: Q = m • c • ∆θ m = V • ρ V = víztérfogat m3-ben ρ = sűrűség kg/m3 Az m tömeg a m3-ben mért V víztérfogat, szorozva a víz kg/m3-ben mért ρ sűrűségé-vel. Ezekkel a képlet a következő alakban is írható: Q = V • ρ • c • (θe- θv) A víz sűrűsége pedig a vízhőmérséklettel változik. Energetikai számításoknál azonban egyszerűsítve 4 °C és 90 °C között a ρ = 1 kg/dm3 értékkel számolnak. Az energia, munka és hőmennyiség fizikai fogalmak azonosak. A Joule átszámítása más megengedett egy-ségekbe a következő: 1 J = 1 Nm = 1 Ws ill. 1 MJ = 0,278 kWh

Megjegyzés: A fajhő az a hőmeny-nyiség, amit a közeg (pl. víz) 1 kg-jával közölni kell, hogy 1 °C-szal melegedjen. Fordítva, lehűléskor ugyanezt az energiát adja vissza. θ - teta ρ - ró

16

Térfogatnövekedés és -csökkenés

A Földön az összes anyag kitágul melege-déskor és csökkentik tágulásukat hűléskor. Az egyetlen anyag, mely ez alól kivételt ké-pez, a víz. Ezt a különleges jellemzőt úgy nevezik: a víz anomáliája. A víznek +4 °C-on a legnagyobb a sűrűsé-ge, éspedig: 1 dm3 = 1 l = 1 kg

A víz térfogatváltozása A víz térfogatváltozá-sa melegedésnél / hűlésnél. A sűrűség értéke 4 °C-on: ρmax = 1000 kg/m3

Ha a vizet erről a hőmérsékletről akár hűtik akár melegítik, növekszik a térfogata, azaz a sűrűsége kisebb lesz, fajlagosan könnyebb lesz. Egy tartályon mért túlfolyással ez jól megfi-gyelhető. A tartályban pontosan 1000 cm3 víz van +4 °C-on. Ha a vizet melegítik, egy része kifolyik a mérőpohárba. Ha a vizet 90 °C-ra melegítik, pontosan 34,7 g-nak megfelelő 35,95 cm3 lesz a mérőpohárban.

Ha a vizet +4 °C hőmérséklet alá hűtik, akkor is kitágul. A víz ezen anomáliájának köszön-hetjük, hogy a folyók és a tavak télen a felüle-tüknél kezdenek fagyni. A vízen jégtáblák úsznak, és csak így tudja a tavaszi nap a jeget újra felolvasztani. Nem tudná megtenni, ha a jég – mint fajlagosan nehezebb – a fe-nékre süllyedne. Ez a tágulási jellemző azonban veszélyeket is hord magában. Így repednek meg a járműmo-torok és vízvezetékek, ha befagynak. Ezt elkerülendő a vízhez fagyálló szert kevernek. Fűtési rendszerekben ez pl. a glikol, részará-nyát a gyártó adataiból kell venni.

1000 cm3 vízkocka 4 °C-on 1000 g

1000 cm3 vízkocka 4 °C-on 965,3 g

Melegítéskor vagy hűtéskor a víz sűrű-sége kisebb lesz, azaz fajlagosan könnyebb lesz, a térfogata növekszik.

1 g

víz

térf

ogat

a

túlfolyt mennyiség 35,95 cm3 = 34,7 g

17

A víz forrási viszonyai

A halmazállapot változása a hőmérséklet emelkedése során

hőmennyiség

A víz forráspontja a nyomás függvényében

Ha a vizet 90 °C fölé melegítik, akkor nyitott edényben 100 °C esetén forr. Ha a forrási folyamat során vízhőmérsékletet mérik, akkor az 100 °C-on állandó marad, amíg az utolsó csepp el nem gőzölög. A folyamatosan közölt hő tehát a víz teljes elgőzölögtetésére, a hal-mazállapot megváltozására fordítódik. Ezt az energiát látens (rejtett) hőnek is nevezik. Ha a melegítés tovább folytatódik, akkor a hőmér-séklet tovább emelkedik. A felrajzolt folyamat feltétele, hogy a 1013 hPa normál légnyomás (NN) uralkodjon a víz felszínén. Minden más légnyomás ese-tén a forráspont 100 °C-ról eltolódik. Az ábrázolt kísérletet 2000 m magasan (pl. a Zugspitze-n (Németország legmagasabb pontja)) megismételve azt mutatja, hogy ott a víz már 90 °C-on forr. Ennek a viselkedésnek az oka a növekvő magassággal csökkenő légnyomás. Minél kisebb a nyomás a víz felületén, annál alacsonyabb a forrási hőmérséklet. Fordítva, a víztükrön nyugvó nyomás növelésével érhe-tő el forráspont növelése. Ezt az elvet alkal-mazzák a gyorsfőző edényekben, kuktákban. A mellékelt grafikon világossá teszi, hogyan változik a forrási hőmérséklet a nyomás függ-vényében. Ismert, hogy a fűtési rendszerek túlnyomás alatt üzemelnek. Így kritikus üzemállapotban nem képződnek gőzbuborékok. Ez akadá-lyozza meg azt is, hogy kívülről levegő hatol-hasson be a vízrendszerbe.

nyomás

szilárd

szilárd ésfolyékony folyékony

folyékony és gőz

gőz

állapotváltozási hő (látens hő)

18

A forróvíz kitágulása és biztosítás a túlnyomás ellen

A melegvizes fűtéseket maximum 90 °C elő-remenő hőmérsékletig üzemeltetik. A vizet normál esetben 15 °C vízhőmérséklettel töltik fel, és aztán kitágul a felmelegítéskor. Ezen térfogat-növekedés nem járhat túlnyomással vagy a közeg megszökésével.

Fűtési rendszer ábrája beépített biztonsági szeleppel

Megjegyzés A biztonsági szelep-nek túlnyomás ese-tén nyitnia kell és le kell engednie a kitá-gult vizet.

Ha nyáron a fűtést kikapcsolják, a víz eredeti térfogatát veszi fel ismét. Ezért egy kellően nagy nyitott tágulási tartályt kell beépíteni. Ez mindig a csővezeték legfelsőbb szakasza fölött helyezkedik el. Növekvő fűtővíz-hőmérséklet esetén azaz a víz kitágulásakor a tartályban emelkedik a vízszint. A hőmér-séklet csökkenésekor pedig visszasüllyed. A mai fűtési rendszerekben membrános tágu-lási tartályt (légüst) használnak. Megnövelt rendszernyomás esetén gondos-kodni kell arról, hogy a csővezetékek és a berendezés egyéb alkatrészei ne kerüljenek meg nem engedett nyomásterhelés alá. Ezért van előírva, hogy egy fűtési rendszert bizton-sági szeleppel kell felszerelni. A biztonsági szelepnek túlnyomás esetén nyitnia kell, és le kell engedni azt a kitágult vizet, melyet a membrános tágulási edény már nem tud felvenni. Egy gondosan tervezett és karbantartott berendezésben ez az üzem-állapot soha nem szabad, hogy fellépjen.

Azt eddig nem vettük figyelembe, hogy a fű-tési keringető szivattyú a rendszernyomást tovább növeli. A maximális fűtővíz-hőmérséklet, a szivattyú kiválasztása, a szükséges membrános tágu-lási edény és a biztonsági szelep megszóla-lási pontjának az összjátékát kellő gondos-sággal kell figyelembe venni. A rendszer ele-meinek az esetleges – éppenséggel akár a beszerzési ár szempontja szerinti – kiválasz-tása nem elfogadható. Vásárlásakor az edény nitrogénnel van fel-töltve. A légüst előnyomását a fűtési rend-szerhez kell illeszteni. A fűtési rendszerben kitágult víz belép az edénybe és a gázpárnát egy membránon át összenyomja. A gázokat össze lehet nyomni, a folyadékokat ellenben nem. A változó víztérfogat kiegyenlítése a fűtési rendszerben. (1) légüst beépítési állapot

légüst előnyomás: 1,0 / 1,5 bar (2) telep feltöltve / hideg állapot

víztartalék légüst előnyomás +0,5 bar (3) a berendezés maximális előremenő hő-mérséklet esetén

vízmennyiség = víztartalék + kitágulás

szivattyú

előremenő

visszatérő

szabályzó berendezés

hőfogyasztó

légtelenítés


nitro-gén

nitro-gén

19

A nyomás

Telepnyomás, a nyomás felépülése A nyomás definíciója A nyomás légnemű és folyékony anyagoknak az atmoszféra ellenében mért statikus nyo-mása (Pa, mbar, bar).

A nyugalmi nyomás A statikus nyomás, ha a közeg nem áramlik. A nyugvó közeg nyomása = töltési magasság az adott mérési pont fölött + az előnyomás a membrános tágulási edényben.

Áramlási nyomás A dinamikus nyomás, ha a közeg áramlik. Az áramlási nyomás = dinamikus nyomás – nyomásveszteség.

Szivattyúnyomás Az örvényszivattyú nyomóoldalán üzem köz-ben létrejövő nyomás. Ez az érték a rendszer-től függően eltérhet a nyomáskülönbségtől.

Nyomáskülönbség Az örvényszivattyúban a rendszerben levő összes ellenállás legyőzésére létrehozott nyomás. Az örvényszivattyú nyomó- és szí-vóoldala között mérik. A szivattyúnyomásnak a csővezeték mentén, a kazán és a hőfogyasztó szerelvényein való veszteségek miatti csökkenése következtében a rendszer minden pontjában más üzemi nyomás uralko-dik.

Üzemi nyomás Az a nyomás, mely üzem közben egy rend-szerben, vagy annak egy szakaszában ural-kodik, vagy ott létrejöhet.

Megengedett üzemi nyomás Az üzemi nyomásnak a biztonság alapján lerögzített legmagasabb értéke.

A kavitáció

Kavitációnak a szállított közegben a járóke-rékbe való belépésnél a helyi elgőzölgési nyomás alatti depresszió által képződött gőz-buborékok (folyadéküregek) robbanásszerű összeroppanását nevezzük. Ez teljesítmény-csökkenéshez (szállítómagasság), nyugtalan járáshoz, a hatásfok csökkenéséhez, zajok-hoz és (a szivattyún belül) az anyag tönkre-meneteléhez vezet. A mikroszkopikusan kicsiny robbanások a nagyobb nyomások tartományában (pl. előre-haladott állapotban a járókerékből való kilépésnél) a kis légbuborékok kiterjedése és összeesése (robbanásszerű összeroppaná-sa) által nyomáslökéseket okoznak, melyek következménye a hidraulika károsodása ill. tönkremenetele. Egy örvényszivattyú fontos jellemzője az NPSH érték (Net Positive Suction Head). Ez adja meg a szivattyú hoz-záfolyásánál a legkisebb nyomást, melyet ez a szivattyúalak igényel, hogy kavitáció-mentesen üzemelhessen,

azaz azt a nyomástöbbletet, mely a folyadék elgőzölgésének megakadályozásához és folyadék állapotban tartásához kell. Az NPSH értéket szivattyúoldalon a járókerék alakja, a szivattyú fordulatszáma, környezeti oldalon pedig a közeghőmérséklet, vízfedés és a légköri nyomás befolyásolja.

A kavitáció elkerülése A kavitáció elkerülésére egy meghatározott hozzáfolyási magassággal kell a szállított közeget odavezetni az örvényszivattyúhoz. A hozzáfolyási magasságnak ez a minimális értéke a szállított közeg hőmérsékletétől és nyomásától függ. További lehetőségek a kavitáció elkerülésére: • a statikus nyomás növelése • a közeghőmérséklet csökkentése (a PD

gőznyomás csökkentése) • kisebb zárási magasságú (minimális hozzá-

folyási magasság, NPSH) szivattyú válasz-tása.

fűtési rendszerekben a légkörben

erózió, zaj, törés

pozitív nyomáskülönbség

negatív nyomáskülönbség

(+) túlnyomás

(-) depresszió (szívás)

abszolút nulla pont

kavitáció, zaj, összenyomódás

üzemi túlnyomás

Üzemi túlnyomás

áramlási nyomás

(dinamikus nyomás)

áramlási nyomás

(dinamikus nyomás)

áramlási nyomás

(dinamikus nyomás)

nyugalmi nyomás

(statikus nyomás)

nyugalmi nyomás

(statikus nyomás)

21

Az örvényszivattyúk konstrukciója Az szaniter-fűtés-klíma ágazat különböző területein használnak örvényszivattyúkat. Ezek konstrukciójukban és az energiaátalakítás módjában különböznek.

Önfelszívó és normál szívású szivattyúk

A szivattyú szívómagassága hs

A szívóvezeték fektetése

Szívóüzem

Az önfelszívó szivattyút arra tervezték, hogy a szívóvezetéket légtelenítse, azaz a levegőt eltávolítsa. Az üzembe helyezés során a szi-vattyút adott esetben többször fel kell tölteni. A maximális szívómagasság elméletileg 10,33 m, és a légnyomástól (1013 hPa = normál) függ. Műszaki körülmények között max. 7-8 m szí-vómagasság érhető el. Ebben az értékben nem csak a vízfelület legnagyobb mélységétől a szivattyú szívócsonkjáig levő magasság van benne, hanem a csatlakozóvezetékekben, a szivattyúban és a szerelvényekben fellépő ellenállási veszteségek is. A szivattyú méretezésénél figyelembe kell venni, hogy a meghatározni kívánt szállító-magasságba a hs szívómagasságot negatív előjellel kell bevenni. A szívóvezeték névleges átmérője egyezzen meg legalább a szivattyúcsonkéval, ha lehet-séges, legyen egy mérettel nagyobb, és lehe-tőség szerint rövid legyen. Hosszú szívóvezeték esetén a megnövekszik a súrlódási ellenállás, ami a szívómagasságot erősen befolyásolja. A szívóvezetéket a szivattyú felé folyamato-san emelkedően kell fektetni, tömlő alkalma-zásánál spiráltömlőt (tömítettség, merevség) kell előnyben részesíteni. A tömítetlenségeket feltétlen kerülni kell, mert károsodhat a szivattyú, és üzemzavarok léphetnek fel. Szívóüzemben mindig javasolt lábszelep, a szivattyú és a szívóvezeték üresjárásának a megakadályozására. Egy szűrőkosaras láb-szelep ezen túlmenően védi a szivattyút és a mögötte levő berendezéseket a durva szeny-nyeződésektől (levelek, fa, kövek, férgek, stb.) Ha lábszelep nem alkalmazható, akkor szívóüzemben egy visszacsapó szelepet vagy csappantyút kell a szivattyú elé ( a szi-vattyú szívócsonkra) tenni.

Egy normál szívású szivattyú nem képes arra, hogy a levegőt eltávolítsa a szívóvezetékből. A normál szívású szivattyúknál a szivattyú és a szívóvezeték mindig teljesen fel kell, legyen töltve. Ha pl. a szívóvezetékben levő tolózár tömszelencéjén vagy egy nem záródó lábsze-lepen keresztül levegő kerül a szivattyúba, a szivattyút és a szívóvezetéket újra fel kell tölteni.

telepítés lábszeleppel vagy visszacsapó szeleppel vagy csap-pantyúval.

a legalacsonyabb vízszint

helyes helytelen

visszacsapó szelep vagy csappantyú

lábszelep

22

Az örvényszivattyúk működése

Egy nedvestengelyű szivattyú metszete

A folyadékok szállítására és a csővezetékben az ennek során fellépő áramlási ellenállás legyőzésére szivattyúk kellenek. Eltérő folya-dékszintre dolgozó szivattyútelepek esetében emellett még a geodetikus magasságkülönb-ség is szerepel. Az örvényszivattyúk konstrukciójuk és ener-giaátalakítási módjuk szerint hidraulikus áramlástechnikai gépek. Noha nagyszámú konstrukciós forma létezik, az mindegyikben egyforma, hogy a folyadék tengelyirányban lép be a járókerékbe. Egy villanymotor hajtja meg a tengelyt, amin a járókerék ül. A szívócsonkon és a szívótorkon át a járókerékbe lépő vizet a járókerék lapátjai radiális irányba terelik. A minden folyadék-részre ható centrifugális erő hatására a lapát-téren való átáramlás során mind a nyomás, mind pedig a sebesség megnő. A járókerékből való kilépés után a folyadékot a csigaház gyűjti össze. Ennek során a ház konstrukciója révén, az áramlási sebesség ismét valamelyest csökken. Az energia átvál-tása révén a nyomás tovább nő. Egy szivattyú a következő főbb alkatrészekből áll: • szivattyúház • motor • járókerék

Járókerekek

Járókerék-alakok

Különbséget szokás tenni nyitott és zárt járó-kerék, valamit a járókerék-formák között. A mai járókerekek a szivattyúk többségénél egy 3D-s konstrukció, melyek az axiális és radiális kerekek előnyeit egyesítik.

szivattyúház

3D járókerék

A szállított közeg tengelyirány-ban lép be a járókerékbe és radiális irányba térül el.

radiális kerék 3D radiális kerék félaxiális kerék axiális kerék

23

A szivattyúhatásfok

Egy szivattyú sohasem csak egyetlen egy meghatározott ponton üzemel. Ezért a terve-zéskor ügyelni kell arra, hogy a fűtési szivaty-tyú munkapontja a legtöbb időben a szivattyú-jelleggörbe középső harmadában legyen. Ekkor dolgozik a legjobb hatásfok tartomá-nyában. A szivattyúhatásfokot a következő képlettel lehet kiszámolni:

Q • H • ρ ηP =

367 • P2

Minden gép hatásfoka a leadott teljesítmény viszonya a felvett teljesítményhez képest. Ezt a viszonyt a görög η (éta) betűvel jelölik. Mivel veszteségmentes meghajtás nem léte-zik, η mindig kisebb mint 1 (100 %). A fűtési szivattyúnál az összhatásfok az ηM motorha-tásfokból (villamos és mechanikai) és az ηP hidraulikus hatásfokból tevődik össze. E két érték szorzata vezet az ηössz összhatásfok-hoz: ηössz = ηM • ηP A különböző szivattyútípusoktól és szivattyú-mérettől függően ezek a hatásfokok igen szé-les tartományban szórnak. Nedvestengelyű szivattyúk esetében az ηössz hatásfok 5 % és 54 % (nagyhatásfokú szivattyú) közé adódik, száraz tengelyű szivattyúk esetében ηössz értéke 30 % és 80 % közötti. A szivattyú jellegmezőn belül is változik az éppen aktuális hatásfok, nulla és a maximális értéke között. Ha a szivattyú zárt szelep ellen dolgozik, ak-kor ugyan nagy szivattyúnyomás érhető el, azonban víz nem folyik, a szivattyú hatása nulla. Ugyanez érvényes egy nyitott csőnél. A nagy vízmennyiség ellenére nem épül fel nyomás, ezért nincs hatásfok.

ηP = szivattyúhatásfok Q [m3/h] = térfogatáram H [m] = szállítómagasság P2 = szivattyú tengelyteljesítmény 367 = átszámítási konstans ρ [kg/m3] = a szállított közeg sűrűsége Egy szivattyú hatásfoka (avagy a teljesítmé-nye) a konstrukciójától függ. A következő táblázatok áttekintést adnak a választott motorteljesítmény és szivattyú-konstrukció (nedves- / száraztengelyű) függ-vényében a hatásfokról.

Szivattyú-jelleggörbe és hatásfok Hatásfokok standard nedvestengelyű szivattyúknál (tájékoztató értékek)

Szivattyú motorteljesítmény P2

ηössz

100 W-ig kb. 5 % – kb. 25 %

100 … 500 W kb. 20 % – kb. 40 %

500 … 2500 W kb. 30 % – kb. 50 %

Hatásfokok száraztengelyű szivattyúknál (tájékoztató értékek)

Szivattyú motorteljesítmény P2

ηössz

1,5 kW-ig kb. 30 % – kb. 65 %

1,5 … 7,5 kW kb. 35 % – kb. 75 %

A fűtési keringető szivattyúnak a jelleggörbe középső mezőjében a legjobb a hatásfoka. A gyártó katalógusaiban ezeket az optimális munkapontokat külön meg is jelölik.

7,5 … 45,0 kW kb. 40 % – kb. 80 %

szá

llító

mag

assá

g H

[m]

térfogatáram Q [m3/h]

24

Az örvényszivattyúk teljesítményfelvétele

A motor fordulatszámának a hatása Ha a szivattyú fordulatszámát változtatjuk, egyébként változatlan rendszerfeltételek mellett, akkor a P teljesítményfelvétel közelítően az n fordulatszám harmadik hatványával arányosan változik.

P1 n1P2

≈ ( n2 )3

Ahogy korábban szerepelt, a szivattyúten-gelyt, amin a járókerék ül, egy villanymotor hajtja. A szivattyúban létrejött nyomásnöve-kedés és a szivattyún átáramló térfogatáram a villamos meghajtóenergia hidraulikai ered-ménye. A motor számára szükséges energiát a szivattyú P1 teljesítményfelvételének nevez-zük. A szivattyúk teljesítmény-jelleggörbéi Az örvényszivattyúk teljesítmény-jelleggörbéit diagramban ábrázolják: a függőleges tenge-lyen (ordináta) van feltüntetve a szivattyú P1 teljesítményfelvétele Watt-ban [W]. A vízszin-tes tengelyen, az abszcisszán, – éppen úgy, mint a majd később bemutatandó szivattyú-jelleggörbénél is – a szivattyú Q térfogatára-ma köbméter per óra [m3/h] mértékegységben szerepel.

Wilo–TOP S jelleggörbe

A szivattyú-jelleggörbe és a teljesítmény-jelleggörbe közötti összefüggés Vesd össze: „Foko-zatmentes fordulat-szám-szabályzás” 36. oldal

A teljesítmény-jelleggörbe lefutása a követke-ző összefüggéseket mutatja: A legkisebb térfogatáramnál a legkisebb a motor teljesítményfelvétele, ami a térfogat-áram növekedésével emelkedik. A teljesít-mény ennek során a térfogatáramnál lénye-gesen erősebben emelkedik.

Ezen ismerettel a szivattyút jól lehet szabályozni, és a fűtési-energiaigényhez illeszteni. Ha a fordulatszámot megkétsze-rezzük, akkor a térfogatáram is megkétsze-reződik. A szállítómagasság a négyszere-sére nő. A szükséges hajtóenergia körül-belül nyolcszoros. Ha a fordulatszám csök-ken, akkor az előbb leírt arányok szerint csökken a térfogatáram, a szállítómagas-ság a csőhálózatban és a teljesítmény-igény. Állandó fordulatszámú konstrukciók Az örvényszivattyúk megkülönböztető is-mertetőjegye az alkalmazott motor és a megadott fordulatszám által meghatározott szállítómagasság. Egy n > 1500 min-1 for-dulatszámú gyorsan járó szivattyú eseté-ben gyorsjárású, és egy n < 1500 min-1 fordulatszámú lassan járó szivattyú eseté-ben lassújárású gépről beszélnek. Mindenesetre egy lassújárású gép motor-konstrukciója valamelyest költségesebb, amivel ezen szivattyúk ára magasabb le-het. Azonban, ahol a fűtőkör viszonyai megengedik, vagy akár egyenesen igénylik a lassan járó szivattyút, ott a gyorsabb szivattyú szükségtelenül nagyobb áramfo-gyasztáshoz vezet. A fordulatszám-csökkentéshez szükséges magasabb be-ruházási költség a meghajtó energiában jelentős megtakarításra vezet. A többlet-költségek gyorsan megtakaríthatók. A fűtési igény csökkenésének megfelelő szabályozott fordulatszám-csökkentés esetén a szivattyúelektronika fokozatmen-tes szabályzása jelentős megtakarítást eredményez.

25

Nedvestengelyű szivattyúk

Szivattyús fűtési rendszerek

Nedvestengelyű szivattyú beépítésével, akár az előremenő, akár a visszatérő ágba, a vizet gyorsan és intenzíven lehet mozgatni. Ilyen esetben kisebb csőkeresztmetszetű csőveze-téket lehet alkalmazni. A fűtési rendszer költ-ségei így kisebbek lesznek. A fűtési rend-szerben ezzel lényegesen kevesebb víz lesz. A fűtés gyorsabban tud a hőmérséklet-ingadozásokra reagálni, és jobban szabá-lyozható. Jellegzetességek Az örvényszivattyú járókerekének jellemzője, hogy a vizet radiálisan gyorsítja. A járókereket hajtó tengely nemesacél. E tengely csapágyai szinterezett szén vagy kerámia anyagúak. A tengelyen levő motor a szállított közegben forog. A víz keni a csapágyat és hűti a motort. A motor áramot vezető állórészét egy válasz-tócső választja el. Ez nem-mágnesezhető nemesacélból vagy szénszálas anyagból készül, falvastagsága 0,1 … 0,3 mm. Különleges célokra (pl. vízszállító rendsze-rekben) állandó fordulatszámú motorokat használnak. Ha a nedvestengelyű szivattyút pl. egy fűtési rendszerben használják, azaz a fűtőtestek hőenergiával való ellátására, akkor illeszteni kell a ház változó hőigényéhez. A külső hő-mérséklet és idegen hőforrás függvényében különböző fűtővíz-mennyiségre van szükség. A térfogatáramot a fűtőtestek elé beépített termosztátszelepek határozzák meg.

A nedvestengelyű szivattyúk motorjait ezért több fordulatszám-fokozatba lehet kapcsolni. Ezt a fordulatszám-átkapcsolást manuálisan, kapcsolókkal vagy dugaszokkal lehet megva-lósítani. Ezt automatizálni lehet külső kapcso-ló- vagy szabályzórendszerekkel, melyek az idő, a nyomáskülönbség vagy a hőmérséklet függvényében szabályoznak. 1988 óta létezik beépített elektronikájú konst-rukció, mely a fordulatszámot fokozatmente-sen szabályozza. A nedvestengelyű szivattyúk villamos beköté-se mérettől és a szükséges szivattyúteljesít-ménytől függően 1~230 V egyfázisú vagy 3~400 V háromfázisú hálózatra lehetséges. A nedvestengelyű szivattyúk nagyon nyugodt járásukkal tűnnek ki, és konstrukciójuknál fogva nincs bennük tengelytömítés. A nedvestengelyű szivattyúk mai generációja az építőelem elv szerint épülnek fel. Mind-egyik típus méretének és a szükséges szivattyúteljesítményének megfelelően változ-tathatóan van összeállítva. Ezzel az esetleg szükségessé váló szivattyújavítás alkatrész-cserével egyszerűen kivitelezhető. Ennek a konstrukciónak fontos sajátossága az önlégtelenítésre való képessége az üzem-be helyezés során.

Előnyök: kisebb csővezeték-keresztmetszetek, kisebb víztartalom, a hőmérsékletingado-zásra való gyors reakcióképesség, kisebb telepítési költségek.

Az első teljesen elektronikus nedvestengelyű szivattyú beépített fokozatmentes fordu-latszám-szabályzással.

szivattyú

előremenő

visszatérő

szabályzóberendezés

hőfogyasztó

légtelenítés


szivattyúház

választócső 3D járókerék

forgórész tekercselés

26

Nedvestengelyű szivattyúk beépítési

helyzetei (kivonat)

nem megengedett

korlátozás nélkül megengedett fokozatmentesen szabályozható szivattyúknál

korlátozás nélkül megengedett 1, 3 ill 4 fordulatszámú szivattyúknál

Beépítési helyzetek A nedvestengelyű szivattyúkat R1¼ csatlako-zó névleges méretig csőcsavarzatos szivaty-tyúként szállítják. A nagyobb szivattyúk kari-más csatlakozással készülnek. Ezeket a szi-vattyúkat alapozás nélkül vízszintesen vagy függőlegesen a csővezetékbe lehet beépíteni. Mint már említettük, a keringetőszivattyú csapágyait a szállított közeg keni. A közeg ezenkívül a motor hűtését is szolgálja. Ezért biztosítani kell, hogy a választócső körül fo-lyamatosan fennmaradjon a cirkuláció. A szivattyútengelynek továbbá mindig vízszin-tesnek kell maradnia (nedvestengelyű szi-vattyúk, fűtés). Függőlegesen felfelé vagy lefelé álló tengellyel való beépítés instabil üzemviszonyokhoz vezet, és a szivattyú ha-mar tönkremegy. A beépítési helyzetekre vonatkozó pontos utasításokat a Beépítési és üzemeltetési uta-sításból kell venni. Az itt leírt nedvestengelyű szivattyúknak konstrukciójuknál fogva jó a futási viselkedé-sük. Ezeket összehasonlíthatóan előnyös áron lehet gyártani.

27

Száraztengelyű szivattyúk

Egy száraztengelyű szivattyú felépítése

szellőző burkolat normmotor közdarab csúszógyűrűs tömítésjárókerék járókerék-anya

szivattyúház

Jellegzetességek Nagyobb térfogatáramok szállítására száraz-tengelyű szivattyúkat alkalmaznak. Hűtővíz vagy agresszív közegek szállítására is alkal-masabbak a száraztengelyű szivattyúk. A nedvestengelyű szivattyúkkal ellentétben itt a szállított közeg nem kerül érintkezésbe a motorral. A nedvestengelyű szivattyúval szembeni to-vábbi különbség a vizet terelő szivattyúház és tengely valamint az atmoszféra közötti tömí-tés. Ez tömszelencés vagy csúszógyűrűs tömítéssel történik. A standard száraztengelyű szivattyúk motorjai normál háromfázisú motorok adott alapfordu-latszámmal. Szabályozásuk rendszerint külső elektronikus fordulatszám-változtatással való-sítható meg. Ma már léteznek beépített elekt-ronikus fordulatszám-szabályozású száraz-tengelyű szivattyúk, melyek a technika fejlő-désével mind nagyobb motorteljesítményre állnak rendelkezésre. A száraztengelyű szivattyúk összhatásfoka lényegesen jobb a nedvestengelyű szivattyú-kénál. A száraztengelyű szivattyúknál alapvetően három eltérő konstrukciós kivitelt lehet meg-különböztetni: Inline szivattyúk Ha a szívócsonk és a nyomócsonk egy ten-gelybe esnek, és azonos a névleges átmérő-jük, akkor Inline (egyenes csővezetékbe épít-hető) szivattyúnak nevezik őket. Az Inline szivattyúkon léghűtésű, peremes normmotor van. Az épületgépészetben a nagyobb teljesítmé-nyekre ez az alak terjedt el. Ezeket a szivaty-tyúkat közvetlenül a csővezetékbe lehet épí-teni. Lehet egyrészt a csővezetéket konzolok-kal tartani, vagy másrészt lehet a szivattyút egy alapra vagy saját konzolra szerelni. Blokkszivattyúk A blokkszivattyúk egyfokozatú alacsonynyo-mású örvényszivattyúk blokk kivitelben, lég-hűtésű normmotorral. A csigaházon a szívó-csonk axiális, a nyomócsonk radiális elrende-zésű. A szivattyúkat sorozatkivitelben könyök-támasszal vagy motorlábbal szerelik fel.

Normszivattyúk Ezeknél az axiális belépésű örvényszivaty-tyúknál a szivattyú, a tengelykapcsoló és a motor egy közös alaplemezre van szerelve, és így csak alapozásra telepíthető. A szállított közegtől és az üzemi feltételektől függően csúszógyűrűs vagy tömszelencés tömítéssel vannak felszerelve. A szivattyú névleges méretét a függőlegesen álló nyomó-csonk határozza meg. A vízszintes szívó-csonk egy névleges mérettel nagyobb szokott lenni.

Vesd össze: „Tengelytömítések” fejezet. 28. oldal

28

Megjegyzés: A csúszógyűrűs tömítések kopó alkatrészek. A szárazonfutás nem megengedett és a tömítőfelületek tönk-remeneteléhez vezet.

Tengelytömítések Mint korábban említettük, a tengely tömítése az atmoszféra felé történhet csúszógyűrűs vagy tömszelencés tömítéssel (választhatóan, különösen a normszivattyúknál). A követke-zőkben mindkét tömítési lehetőséget köze-lebbről bemutatjuk.

Száraztengelyű szivattyú csúszógyűrűs tömítése

Csúszógyűrűs tömítések A csúszógyűrűs tömítések alapkonstruk-ciója két gyűrűből áll, melyek tömítőfelületei igen finoman polírozottak. Ezeket egy rugó nyomja össze és üzem közben egymással szemben futnak. A csúszógyűrűs tömítések dinamikus tömíté-sek, és a közepestől a nagy nyomásokig használják őket. A csúszógyűrűs tömítés tömítőrésze két síkba csiszolt, alig kopó felület (pl. szilíci-umkarbid vagy szén gyűrűk), melyeket axiális erő nyom össze. A csúszógyűrű (dinamikus) forog a tengellyel, míg az el-lengyűrű (statikus) a házban áll. A két csúszófelület között egy vékony víz-film képződik, ez szolgál kenésül és hűté-sül. Üzem közben többféle súrlódás is kiala-kulhat a csúszófelületeken: vegyes súrló-dás, határsúrlódás, szárazsúrlódás, aholis az úgynevezett szárazsúrlódás (nincs ke-nőfilm) azonnali tönkremenetelhez vezet. Az élettartamok (üzemidő) az üzemi viszo-nyok (pl. a szállított közeg összetétele, hőmérséklete) függvénye. Tömszelencék A tömszelencék anyagai szintetikus fona-lak, mint pl. Kevlar® vagy Twaron®, PTFE, expandált grafit fonalak, szintetikus ásvá-nyi szálas fonalak valamint természetes szálfonatok mint kender, gyapot vagy rámifonal. A tömítés anyaga méteráruként vagy előre alakra sajtolt gyűrűk formájában szállítható, szárazon vagy az alkalmazási célnak megfelelő impregnálással. Méteráru esetén először egy gyűrűt kell levágni és kialakítani. Ezután a tömszelence-gyűrűt a szivattyútengely köré kell helyezni és ösz-sze kell nyomni a tömszelence nyomóhü-vellyel.

ellengyűrű csúszógyűrű gumiharang rugó (főtömítés) (főtömítés) (melléktömítés)

29

Beépítési helyzetek Megengedett beépítési helyzetek • Az inline szivattyúkat a közvetlen csőveze-

tékbe való vízszintes vagy függőleges be-építésre alakították ki.

• A motor, közdarab és a járókerék kiszere-léséhez kellő szabad helyet kell hagyni.

• A szivattyú szerelésénél a csővezetéknek feszültségmentesnek kell lennie, és a szi-vattyút adott esetben a szivattyútalppal kell megtámasztani.

Nem megengedett beépítési helyzetek • Nem megengedett az olyan beépítés, ami-

kor a motor és a kapocsdoboz alul van. • Egy bizonyos motorteljesítmény fölött a

vízszintes szivattyútengellyel való beépítést a gyártónál meg kell kérdezni.

Specialitások a blokkszivattyúknál • A blokkszivattyúkat kellő alapozásra vagy

konzolra kell helyezni. • A blokkszivattyút nem megengedett alul

levő motorral és kapocsdobozzal a beépí-teni.

A beépítési helyzetekre vonatkozó pontos utasításokat a Beépítési és üzemeltetési uta-sításból kell venni.

Nagynyomású örvényszivattyúk

Nagynyomású örvényszivattyú metszete

Nagynyomású örvényszivattyú jelleggörbe

Ezeknek a szivattyúknak tipikus ismertető jegye a tagosított konstrukció járókerekekkel és fokozatkamrákkal. Egy szivattyú szállítóteljesítménye többek között a járókerék méretétől függ. A nagy-nyomású örvényszivattyúk megfelelően nagy szállítómagasságát több, egymás után sorba helyezett járókerék / vezetőkerék hozza létre. Itt a mozgási energiát részben a járókerék részben pedig a mögékapcsolt vezetőkerék alakítja át nyomássá. A több fokozat teszi lehetővé, hogy a nagy-nyomású örvényszivattyúk olyan nyomásszin-teket érhessenek el, melyeket egyfokozatú alacsonynyomású örvényszivattyúkkal nem lehet megcélozni sem. A nagyon nagy típusok akár 20 fokozatúak is lehetnek. Ezek akár 250 m szállítómagassá-got is elérhetnek. A leírt nagynyomású ör-vényszivattyúk szinte kizárólag a szárazten-gelyű szivattyúk családjába tartoznak. A leg-utóbbi időkben sikerült ezeket is nedves ten-gelyű motorral felszerelni.

Példa: nagynyomású örvényszivattyú nedvestengelyű motorral

járókerekek

31

Jelleggörbék A szivattyú-jelleggörbe

Szivattyú-jelleggörbék A szivattyú nyomásnövekedését szállítóma-gasságban fejezzük ki. A szállítómagasság definíciója A szivattyú H szállítómagassága a szivattyú-ról a szállított folyadékra átadott hasznos mechanikai munka, a szállított folyadék súlyá-ra vonatkoztatva, a helyi gravitációs gyorsu-lásnál.

E H = G [m]

E = hasznos mechanikai energia [N • m] G = súlyerő [N] Itt a szivattyú által létrehozott nyomásnöve-kedés és a szivattyún átáramló térfogatáram függenek egymástól. Ezt a függést diagram-ban ábrázolva adódik a szivattyú jelleggörbé-je. A függőleges tengelyen, az ordinátán van a szivattyú H szállítómagassága méterben [m] feltüntetve. Más tengelyskálázás is lehetsé-ges. Az átváltások a következők:

10 m = 1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa A vízszintes tengelyen, az abszcisszán talál-ható skálázás köbméter per órában [m3/h] a Q térfogatáram számára. Más skálázás, pl. (l/s), is lehetséges. A jelleggörbe lefutása a következő összefüg-géseket mutatja: A szivattyú a villamos hajtás energiáját (figyelembevéve az összhatásfo-kot) átalakítja a nyomásnövelés és mozgás hidraulikai energiaformáiba. Ha a szivattyú zárt szelep ellenében dolgozik, akkor keletke-zik a legnagyobb szivattyúnyomás. Ezt a szi-vattyú H0 zárási szállítómagasságának neve-zik. Ha a szelepet lassan nyitják, akkor a szál-lított közeg áramlani kezd. Ezáltal a meghaj-tás energiájának egy része mozgásba alakul. az eredeti nyomást tovább nem lehet tartani. A szivattyú jelleggörbéjének lefutása csökke-nő. Elméletileg a jelleggörbe metszheti a tér-fogatáram tengelyt, ahol a víznek már csak mozgási energiája van, és nyomás már nem épül fel.

A szivattyú-jelleggörbe alakja A következő ábra a szivattyú-jelleggörbék különböző meredekségeit mutatja, melyek pl. a fordulatszám függvényében jöhetnek létre.

A meredekség és a munkapont megváltozása függvényében különböző térfogatáram- és szállítómagasság-változások adódnak: • laposan futó jelleggörbe

− nagy térfogatáram-változás, de kis nyo-másváltozás

• meredeken futó jelleggörbe − kis térfogatáram-változás, de nagy nyo-

másváltozás

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


elméleti lefutás

szivattyú-jelleggörbe

zárási szállítómagasság H0

meredek (pl. 2900 1/min)

lapos (pl. 1450 1/min)

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


32

Rendszer-jelleggörbe

A belső súrlódási ellenállás a szállított közeg-ben a teljes hossznak megfelelő nyomásvesz-teséget okoz. A nyomásveszteség ezen túl-menően függ az áramló közeg hőmérsékleté-től, a viszkozitásától, az áramlási sebesség-től, a szerelvényektől, a gépcsoportoktól, és a csősúrlódási ellenállástól, mely a csőátmérő, a csőfal érdessége és a csőhossz függvénye. Ez egy rendszer-jelleggörbét ad, amit ugyan-abba a diagramba rajzolunk, mint a szivattyú-jelleggörbét.

Rendszer-jelleggörbe

A jelleggörbe lefutása a következő össze-függéseket mutatja: A csősúrlódási ellenállás oka a víz súrló-dása a csőfalon, a vízcseppek közötti súr-lódás és az irányváltások az alakos tes-tekben. A térfogatáram változásakor, pl. a termosztátszelepek nyitásakor vagy zárá-sakor, megváltozik a vízsebesség is, és ezzel a csősúrlódási ellenállás is. Mivel a változatlan csőkeresztmetszet mint átáramlott felület veendő figyelembe, az ellenállás négyzetesen változik. Ebből lerajzolva egy parabola alak áll elő. Matematikailag a következő összefüggés adódik:

H1 Q1H2

= ( Q2)2

Felismerés Ha a csőhálózatban a térfogatáram megfe-leződik, akkor a szállítómagasság a ne-gyedére csökken. Ha a térfogatáram meg-kétszereződik, akkor a szállítómagasság megnégyszereződik. Példaként álljon itt a víz kifolyása egy csapból. 2 bar előnyomás esetén, ami kb. 20 m szivattyú szállítómagasságnak felel meg, egy DN ½ csapból 2 m3/h térfogat-áram áramlik ki. A térfogatáram megkét-szerezéséhez az előnyomást 2 bar-ról 8 bar-ra kell növelni.

Kifolyás csapból különböző előnyomások esetén

Előnyomás 2 barkifolyás 2 m3/h

Előnyomás 8 barkifolyás 4 m3/h

33

A munkapont

Az önmagától beálló munkapont Ott, ahol a szivattyú-jelleggörbe és a rend-szer-jelleggörbe metszik egymást, van a fűté-si vagy a vízellátó rendszer aktuális munka-pontja. Ez azt jelenti, hogy ebben a pontban áll fenn az egyensúly a szivattyú teljesítménykínálata és a csőhálózat teljesítményigénye között. A szivattyú szállítómagassága mindig akkora, mint amekkora a rendszer átáramlási ellenál-lása. Ebből adódik az a térfogatáram, amit a szivattyú szállítani tud. Itt figyelembe kell venni, hogy egy bizonyos minimális térfogatáram alá nem szabad en-gedni a rendszert. Ez ugyanis a szivattyútér-ben túlmelegedéséhez, és ezen keresztül a szivattyú tönkremeneteléhez vezethet. A gyártó által előírt adatokat be kell tartani. A szivattyú-jelleggörbén kívüli pont a motor károsodásához vezet. A térfogatáram üzem közbeni változásával a munkapont is folyamatosan változik. A terve-ző kell, találjon olyan méretezési munkapon-tot, mely a maximális követelményeknek megfelel. Fűtési keringető szivattyúknál ez az épület hőigénye, nyomásfokozó telepeknél csúcsátfolyás az összes vízelvételi helyre. Az összes egyéb, a gyakorlati üzem közben beálló munkapont ettől a tervezési munka-ponttól balra van. A két jobb oldali ábra mutatja, hogy maga a munkapont-változás az átáramlási ellenállás változásából adódik. A méretezési munkaponttól balra elmozdulva a szivattyú szállítómagassága kényszerítetten megnő. Ez a szelepekben áramlási zajt kelt. A szállítómagasság és a térfogatáram illesz-tése az igényhez szabályozott szivattyúk be-építésével történik. Ezzel egyidejűleg az üzemi költségek is jelentősen csökkennek.

mind a két termosztátszelep nyitva van

csak egy termosztátszelep van nyitva


szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


metszéspont= munkapont


metszéspont= új munkapont

rendszer-jelleggörbe

új rendszer-jelleggörbe(állító)

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]

35

A szivattyúk illesztése a fűtési igényhez A mi éghajlati viszonyaink között négy évszak van, ezért a külső hőmérsékletek jelen-tősen ingadoznak. A nyári 20 °C … 30 °C hőmérsékletekről télen a hőmérő mínusz 15 °C … 20 °C-ra, vagy még mélyebbre esik. Ezeket az ingadozásokat azonban a lakó-terek belsejében nem lehet beengedni. Kezdetben vala a tűz, mely a barlangokat mele-gítette. Később fűtőrendszereket fejlesztettek ki, ahogy e kiskáté első fejezete leírja.

Az időjárás ingadozásai

A külső hőmérséklet az évszak függvé-nyében

A jobboldali ábrán a függőleges vonalkázás világossá teszi, hogy az évszakonként változó külső hőmérsékletek esetén milyen mennyi-ségű fűtési energia szükséges. Amikor az erre használt energia (fa, szén, kezdetben az olajfűtés, de pl. az államilag szubvencionált fűtés is még a régi NDK-s időkben) igen olcsó volt, mindegy volt, meny-nyit fűtünk el. Legrosszabb esetben kinyitot-tuk az ablakot. Ezt a szabályzási technikát tréfásan kétpont szabályzásnak nevezhetjük – ablak nyit / ablak csuk. 1973-ban, az első olajválsággal ismertük fel a takarékos energiafelhasználás szükségessé-gét. Időközben az épület jó hőszigetelése önma-gától értetődővé vált. A törvényi előírásokat folyamatosan illesztették az építőipari fejlesz-tésekhez. Magától értetődik: a fűtéstechnikai fejlesztések ezzel párhuzamosan történtek. Először a termosztátszelepek terjedtek el széles körben a piacon, melyekkel a helyiség hőmérsékletét megfelelően illeszteni lehet a lakók kívánságaihoz.

A fűtővíz mennyiségének ezzel történő fojtá-sa megnövelte az állandó fordulatszámú szivattyú nyomását (a szivattyú-jelleggörbe mentén) és ezzel áramlási zajokat keltett a szelepekben. Ezért vezették be és építették be a túláram-szelepet, hogy ezt a túlnyomást levezesse.

A vonalazott területet fűtési energiával kell megtölteni Vesd össze az „A munkapont” fejezettel.

külső

hőm

érsé

klet

[°C

]

júl aug szep okt nov dec jan feb már ápr máj jún júl hónap

36

A szivattyúk fordulatszámának át-kapcsolása

Fokozatmentes fordulatszám-szabályozás

A szivattyúgyártók a nedvestengelyű szivaty-tyúkat kézzel átkapcsolható fordulatszám-fokozatokkal kínálják. Mint az előző fejeze-tekben szerepelt, a fordulatszámmal csökken – a termosztátszelep és szabályzószelep átbocsátásához illeszkedve – a térfogatáram. Ezzel a keringető szivattyú közvetlenül tud a helyiséghőmérsékletre reagálni.

A Wilo-TOP-S jelleggörbe

Wilo-TOP-S nedvestengelyű szivattyú 3 átkap-csolható fordulat-szám-fokozattal

Ezek a szivattyúk különböző tekercsekkel a belsejükben készülnek. Amikor kevesebb víz folyik át a fűtési csöveken, akkor kisebb cső-vezetéki ellenállás épül fel, így a szivattyú kisebb szállítómagassággal dolgozhat. Egyi-dejűleg jelentősen csökken a felvett villamos teljesítmény. Eközben a fordulatszám-fokozatok kapcsolá-sához számos szabályzókészüléket fejlesztet-tek ki. Ezekkel a keringető szivattyú közvetle-nül tud a helyiséghőmérsékletre reagálni. A túláram-szelep ezért kiesik. A szabályzóké-szülékek a fordulatszámot automatikusan változtatják a következők függvényében: • idő • vízhőmérséklet • nyomáskülönbség • egyéb, a rendszertől függő befolyásoló

tényezők

Már a 80-as évek első felében sikerült a nagy motorteljesítményű száraztengelyű szivattyúkat fokozatmentesen illeszteni a fűtési igényhez. Ehhez a szabályzáshoz elektronikus frekvenciaváltókat alkalmaz-tak. E technika megvilágítására utalni kell az áram ismert 50 Hz-es (Hertz) frekvenciájá-ra. Ez azt jelenti, hogy az áram másodper-cenként 50-szer vált a pozitív és a negatív pólus között. Az ennek megfelelő sebes-séggel mozog a szivattyúmotor forgórésze. Elektronikus alkatrészekkel sikerült az áram frekvenciáját változtatni, azaz a frek-venciát pl. 100 Hz és 0 Hz között fokozat-mentesen beállítani. Motortechnikai alapok miatt a fűtési rend-szerekben a frekvenciát mégse szabályoz-zák 20 Hz alá, azaz a maximális fordulat-szám 40 %-ánál kisebbre. Mivel a maximá-lis fűtési teljesítményt csak a leghidegebb napokra méretezték, a motoroknak csak különleges esetekben kell a maximális frekvencián üzemelniük.

37

Wilo-Stratos jellegmező Míg ehhez 20 évvel ezelőtt igen nagy frek-venciaváltó egységek voltak szükségesek, mára azonban sikerült ezeket a frekvenciavál-tókat olyan méretűvé tenni, hogy közvetlenül a szivattyú kapcsolódobozába beépítve tud-nak működni, mint pl. egy Wilo-Stratos eseté-ben. Egy beépített fokozatmentes, nyomáskülönb-ségtől függő fordulatszám-szabályzás gon-doskodik arról, hogy az egyszer beállított szállítómagasság maradjon állandón tartva, mindegy, hogy az időjárástól és a felhaszná-lástól függően mekkora térfogatáram szállítá-sára van szükség. 2001 óta egy új műszaki fejlesztés került be a nedvestengelyű technikába. A legújabb, nagyhatásfokú szivattyú néven is ismert ge-neráció, a legújabb ECM technológia (Electronik Commutated Motor, más néven állandó mágneses forgórészű motor) előnyei révén óriási árammegtakarítást ér el kiemel-kedő hatásfok mellett.

Kis szivattyúknál a fordulatszám fokozatmentesen szabályozott illesztése már 1988 óta lehetséges volt, mindazonáltal egy más elektronikai technológiával. Az akkor arra kifejlesztett elektronika, a fázishasítás volt, amely, a világítás területén a fényerő-szabályozásos világítással (dimmer) hasonlítható össze.

Fokozatmentes fordulatszám-szabályzás a Wilo-Stratos nagyhatásfo-kú szivattyúnál Vesd össze az „Nedvestengelyű szivattyúk” fejezettel.

Szabályzási módok

A ma a piacon található elektronikusan szabályozott szivattyúknál különböző üzemmódokat és szabályozási módokat lehet beállítani.

Itt különbséget teszünk szabályzási módok (melyeket a szivattyú egymaga képes megva-lósítani), és üzemmódok között, melyeknél a szivattyú nem önmagában szabályoz, hanem külső parancsokkal egy meghatározott mun-kapontra állítódik be. Áttekintésként a leggyakoribb szabályzási módok és üzemmódok álljanak itt. További kiegészítő vezérlő- és szabályzó-készülékekkel sokszorta több adat feldolgoz-ható és átvihető.

38

A szabályozási módok jelleggörbéi A választható szabályozási módok:

Nyomáskülönbség állandó: ∆p-c

Nyomáskülönbség változó: ∆p-v

Nyomáskülönbség állandó/változó: ∆p-cv

Hőmérsékletvezérelt nyomáskülönbség-szabályzás: ∆p-T az emiatt megváltozó térfogatáram függvé-nyében

∆p-c – állandó nyomáskülönbség A szivattyú által létesített nyomáskülönbséget az elektronika állandó értéken, a beállított HS nyomáskülönbség alapjelen tartja, a térfogat-áram megengedett tartományában a maximá-lis jelleggörbéig. ∆p-v – változó nyomáskülönbség Az elektronika a szivattyú által tartandó nyo-máskülönbség-alapjelet változtatja, pl. HS és ½ HS között lineárisan. A H nyomáskülönbség alapjel a térfogatárammal nő vagy csökken. ∆p-cv – állandó/változó nyomáskülönbség Ebben a szabályozási módban a szivattyú által létesített nyomáskülönbséget az elektro-nika egy meghatározott térfogatáramig állan-dó értéken tartja (HS 100 %). Ha a térfogat-áram tovább süllyed, akkor az elektronika megváltoztatja a szivattyú által tartandó nyo-máskülönbséget pl. HS 100 % és HS 75 % között lineárisan. ∆p-T – hőmérsékletvezérelt nyomáskülönb-ség-szabályzás Ebben a szabályozási módban a szivattyú által tartandó nyomáskülönbség-alapjelet az elektronika a mért közeghőmérséklet függvé-nyében változtatja. Ennél a szabályozásnál kétféle beállítás le-hetséges: • Pozitív hatásirányú (emelkedő) szabályzás.

A szállított közeg hőmérsékletének növe-kedésével a nyomáskülönbség-alapjel a Hmin és Hmax értékek között lineárisan nő. Alkalmazása pl. standard kazánoknál van, kötetlen előremenő hőmérséklet esetén.

• Negatív hatásirányú (emelkedő) szabályzás. A szállított közeg hőmérsékletének növekedésével a nyomáskülönbség-alapjel a Hmax és Hmin értékek között lineárisan csökken. Alkalmazása pl. kondenzációs kazánnál van, melyeknél egy bizonyos minimális visszatérő-hőmérsékletet tartani kell, hogy a fűtőközeg lehető legnagyobb hőhasznosítási fokát el lehessen érni. Itt a szivattyút feltétlen a rendszer visszatérő ágába kell beépíteni.


szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


szál

lítóm

agas

ság

H [m

]

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]

Halapjel

nszabályzott

Halapjel-min

nmax

nmax

nszabályzott

½ Halapjel

Halapjel

Halapjel-min

nmax

Hmin

Hmax

Hmin

poz. hatásirány

neg. hatásirány


39

A választható üzemmódok: Az üzemmódok jelleggörbéi

Automatikus csökkentés (Autopilot) Az új elektronikusan szabályzott szivattyúk mind rendelkeznek egy csökkentett üzem automatikával (Autopilot). Az előremenő hő-mérséklet csökkenése esetén a szivattyú egy csökkentett állandó fordulatszámon jár (csök-kentett üzem, fuzzy logikával). Ez a beállítás biztosítja, hogy a szivattyú energiafogyasztá-sa a minimumra csökkenjen és a legtöbb esetben ez az optimális beállítás. Az Autopilot csökkentett üzemet csak akkor szabad engedélyezni, ha a rendszer hidrauli-kus kiegyenlítése el lett végezve. Ennek fi-gyelmen kívül hagyása esetén a rendszer kevésbé ellátott részei fagy esetén befagy-hatnak. Kézi állítás Ez a lehetőség elektronikusan szabályzott szivattyúknál egy bizonyos motorteljesítmény fölött áll rendelkezésre. A szivattyú fordulat-számát egy nmin és nmax közötti állandó fordu-latszámra lehet az elektronika-modulon beállí-tani. A kézi állítás üzemmód kikapcsolja a modulon a nyomáskülönbség-szabályzást. DDC (Direct Digital Control) és bekötés épü-letautomatika rendszerbe Ezeknél az üzemmódoknál a szivattyú elekt-ronikája a megfelelő épületvezérlésen keresz-tül kapja meg alapjelét. Az alapjelet egy pa-rancsolt érték/mért érték összehasonlításon keresztül veszi át az épületautomatikától, és 0-10 V vagy 0-20 mA ill. 2-10 V vagy 4-20 mA analóg jel, vagy pedig digitális jel formájában (PLR vagy LON interfész a szivattyún) hasz-nálja.

üzemmód: automati-kus csökkentés (Autopilot) üzemmód: kézi állítás üzemmód: DDC ill. analóg vezérlés

Halapjel

Halapjel-min

nmax

nmin

KI

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]sz

állít

ómag

assá

g H

[m]

n [1

/min

]

1 1,5 3 10 u [V]



nmax = áll.

nmin = áll.

41

Hozzávetőleges szivattyúméretezés standard fűtési rendszerekhez A térfogatáram, melyet egy fűtési szivattyúnak szállítania kell, a fűtendő épület hőigé-nyétől függ. A szállítómagasságot ezzel szemben a jelenlevő csősúrlódási ellenállás határozza meg. Egy fűtés új telepítése esetén ezek a befolyásoló tényezők könnyen számíthatók számítógépes programokkal, melyeknek ma igen jó a minőségűk. Megle-vő fűtési rendszerek felújításakor mindez már nehezebb. A szükséges szállítandó mennyiségek maghatározásához különböző hozzávetőleges számítási módszerek al-kalmazhatók.

A szivattyú térfogatárama A szivattyú szállítómagassága

Ha egy fűtési rendszerbe új keringető szivaty-tyú kell beépíteni, méretét a térfogatáram alapján a következő képlettel lehet meghatá-rozni:

QN QPU = 1,163 • ∆θ [m3/h]

A szivattyúnak az összes ellenállás összegét le kell győznie ahhoz, hogy a szállított köze-get a fűtés minden pontjára eljuttathassa. Mivel a csövezés útja és a lefektetett névle-ges átmérők igen nehezen állapíthatók meg, a szállítómagasság hozzávetőleges meghatá-rozására a következő képlet használható:

R • L • ZFHPU = 10.000 [m]

QPU = QN = 1,163 = ∆θ =

a szivattyú térfogatárama a mé-retezési pontban [m3/h]-ban A fűtendő felület hőigénye [kW]-ban fajhő [Wh/kgK]-ben méretezési hőmérsékletkülönb-ség (hőfoklépcső) a fűtési elő-remenő és visszatérő ág között [K]-ben. Ennél 10 – 20 K-t lehet alapul venni standard rendsze-reknél.

R = L = ZF = 10.000 =

csősúrlódási veszteség egye-nes csőben [Pa/m] Itt standard rendszereknél 50 Pa/m … 150 Pa/m vehető alapul (a ház építésének évétől függően. Régebbi házaknál az alkalmazott nagyobb névleges átmérők miatt kisebb, 50 Pa/m a nyomásveszteség.) a legkedvezőtlenebb fűtési körben az előre- és visszatérő ág hossza [m], vagy: (a ház hosszúsága + a ház szélessé-ge + a ház magassága) x 2. idomok, szerelvények ≈ 1,3 termosztátszelepek ≈ 1,7 Ha egyebek között ezek az alkatrészek vannak beépítve, akkor ZF-et 2,2-re lehet beállí-tani. idomok, szerelvények ≈ 1,3 termosztátszelepek ≈ 1,7 keverő/gravitációs fék ≈ 1,2 Ha egyebek között ezek az alkatrészek vannak beépítve, akkor ZF-et 2,6-ra lehet beállí-tani. m – Pa átszámítási tényező

42

Alkalmazási példa

Egy régebbi építésű társasházban a számítás vagy dokumentáció szerint 50 kW a hőfejlesztő teljesítménye. Ha ∆θ hőmérsékletkülönbség 20 K (θelőremenő = 90 °C és θvisszatérő = 70 °C ) ebből ez adódik:

50 kW QPU = 163 • 20 K = 2,15 m3/h

Ha az épületet kisebb, pl. 10 K hőfoklépcső-vel kell fűteni, akkor a keringetőszivattyúnak kétszeres, azaz 4,3 m3/h térfogatáramot kell tudni szállítania, hogy az igényelt hőenergiát a hőfejlesztőtől a hőfogyasztókhoz eljuttassa. A csősúrlódási veszteség legyen példánkban 50 Pa/m. a csővezetékhossz az előremenő és visszatérő ágban legyen 150 m és, mivel nincs beépítve keverő és gravitációs fék, a szorzótényező legyen 2,2. Ezzel adódik a H szállítómagasság:

50 • 150 • 2,2

HPU = 10.000 = 1,65 m

A munkapont a szivattyú jelleggörbe-mezejében változó térfogatáram esetén

A konstrukciós jellemzők fejezetből ismert már a szivattyú-jelleggörbe mentén a ha-tásfok lefutása. Ha ezt a hatásfok-lefutást figyelembe vesszük a szivattyú kiválasztá-sánál, felismerhető, hogy a középső jelleg-görbe-harmad adja az energetikailag leg-kedvezőbb méretezési tartományt. Tehát a változó térfogatáramú rendszerek eseté-ben a méretezési pontnak a jobboldali harmadba kell esnie, mivel a fűtési kerin-gető szivattyú munkapontja a középső harmadba vándorol, és üzemidejének 98 %-ban ott található. A rendszer-jelleggörbe az ellenállások növekedése esetén, pl. a termosztátszelepek zárásakor, merede-kebb lesz. A számított adatokból így adódik ki a H szállítómagasság és Q térfogatáram.

A Wilo-EasyStar jelleggörbéi

• I. tartomány (bal

harmad) kisebb szivattyút kell választani, ha a munkapont ebbe a tartományba esik.

• II. tartomány (kö-zépső harmad) a szivattyú üzem-idejének 98 %-ában az optimális üzemi tartományá-ban jár majd.

• III. tartomány (jobboldali harmad) A szabályozott szi-vattyú csak a mé-retezési pontban (az év legmele-gebb/leghidegebb napja) fog a leg-kedvezőtlenebb tartományban dol-gozni, azaz üzem-idejének 2%-ában.

A munkapont a II. tartományban (középső harmad-ban) változik.

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


43

A hozzávetőleges szivattyúméretezés kihatása

Fűtőtest üzemi diagram Ha az ismeretlen csővezeték-rendszerű épü-let hőigényét egy hozzávetőleges számítással lehet csak meghatározni, akkor felmerül a kérdés ennek kihatásairól. A jobboldali ábra egy fűtőtest tipikus teljesítménygörbéjét mu-tatja. Ebben a diagramban a következő összefüg-gések ismerhetők fel: Ha a Q térfogatáram 10 %-kal lecsökkent, akkor a fűtőtest hőteljesítménye csak 2 %-kal csökken. Ugyanez érvényes, ha a térfogatáram mint-egy 10 %-kal megnő. Ekkor a fűtőtestek csak mintegy 2 %-kal több fűtési energiát tudnak leadni. A térfogatáram megkétszerezésétől önmagában a fűtőteljesítmény csak mintegy 12 %-ot emelkedik! Ennek oka az, hogy a vízsebességek a fűtő-testekben közvetlen kapcsolatban állnak a térfogatárammal. Nagyobb átáramlási sebes-ség tehát rövidebb tartózkodási időt jelent a víz számára a fűtőtestben. Kisebb átáramlási sebességnél a szállított közeg számára több idő marad a hő leadására.

Abszolút hibás tehát a szivattyút a szük-ségesnél nagyobbra méretezni, mondván: a biztonság felé térünk el. Egy jelentős alulméretezés önmagában csak hasonlóan kis következményekkel jár: 50% térfogatáram esetén a fűtőtestek a fűtési energia még kb. 83 %-át tudják a helyiségnek átadni.

Példa: fűtőtest üzemi diagram, 90/70 °C, teremhőmérséklet 20 °C.

A szivattyúméretező szoftver

Egy szivattyúméretező szoftverrel, mint a Wilo-Select, egy teljes és hatékony tervezési szolgáltatást kapunk. A számítástól kezdve a szivattyúk méretezéséig és a hozzátartozó dokumentációkig az Önök rendelkezésére állnak az ezekhez szükséges adatok. A Wilo-Select Classic egy tervezési rendszer szivattyúk, rendszerek és komponensek szá-mára. A következő menüpontokkal lehet ben-ne a gyakorlatban dolgozni: • számítás • méretezés • katalógus és cikk-keresés • szivattyúcsere • dokumentáció • áramköltségek és amortizáció számítása • élettartam-költségek (Life Cycle Costs) • adatmentés Acrobat PDF, DXF, GAEB,

Datanorm, VDMA, VDI, CEF formátumok-ban

• automatikus frissítés az Internetről

fűtő

telje

sítm

ény

[%]

térfogatáram Q [%]

44

Egy fűtési rendszer sematikus ábrázolása, hidraulikus kiegyenlítési lehetőséggel

légtelenítő tartály a strang legmagasabb pontján töltő-ürítő szelep

termosztátszelep (TV)

visszafolyás-gátló

tolózár

villamos állító-hajtómű

visszafolyás-gátló nyomáskülönbség sza-bályzó (DV) keringető szivattyú szivattyú-szabályzással

gravitációs fék

3-utú keverő

szennyfogó

membrános tágulási tartály KV és töltő-ürítő szelep

biztonsági szelep

víztelenítés

A szivattyú hatékony működéséhez hozzátar-tozik a hidraulikus ki-egyenlítés.

3. emelet túl alacsony hőellátás

földszint túl nagy hőellátás

visszatérő

előre-menő

45

A hidraulika alfája és omegája A hidraulika Α-ja és Ω-ja A hidraulika α-ja és ω-ja A hidraulika α-ja és Ω-ja Hidarulika Α és Ω

A lehető legcsendesebb és optimális hőelosztás céljának ez eléréséhez hidraulikus kiegyenlítés szükséges. A hidraulikus kiegyenlítés egyúttal a fogyasz-tók alul- vagy túlzott ellátását is meg kell aka-dályozza. A csőrendszerbeli szivattyú a strangok ellátá-sára a névleges térfogatáramot szállítja. A fogyasztók (pl. fűtőtestek) azonban csak egy részteljesítményt igényelnek, mely a fűtőtest méretétől és teljesítményétől, valamint a ter-mosztát – és a szabályzószelep – beállításá-tól függ. Annak érdekében, hogy minden egyes fo-gyasztó a megfelelő térfogatárammal és nyomással legyen ellátva, előre beállított nyomáskülönbség-szabályozók, strangszabályozók, termosztát- és szabályzó szelepek, vagy beállítható visszatérő szele-pek építhetők be.

A szelepeken és a szabályzókon a gyártó adatainak megfelelően (méretezési nyomás-különbség 40 és 140 mbar között) a fogyasz-tó számára állíthatók a beállítások. Mindemel-lett a fogyasztókat a túl nagy szivattyúnyomás ellen biztosítani kell. Pl. a termosztátszelepek előtt a szivattyúnyomás nem lépheti túl 2 m-t. Ha a rendszer ezt a nyomást túllépi, akkor nyomáskülönbség-szabályzó kell a felszálló strangokba, melyek ezt a határértéket betart-ják.

Vesd össze: „Alkalmazási példa”, 42. oldal.

AZ elektronikusan szabályozott keringetőszivattyúk beállítása

A mai elektronikus fordulatszám-szabályzású keringetőszivattyúk igen egyszerű lehetősé-get kínálnak az ismeretlen rendszerhez szük-séges szállítómagasság beállítására. • Előfeltétel, hogy a csőstrangok gondosan ki

legyenek egyenlítve, és a rendszer ki le-gyen légtelenítve. Az összes szabályzósze-lepet ki kell nyitni.

• A szállítómagasság beállításához a szivaty-tyúk elektronikáján beállítógombok vannak, gyártó szerint skálázással vagy a nélkül. A legkisebb szállítómagasság-beállítással kell kezdeni. A teljes fűtési rendszer legkedve-zőtlenebb fűtőtesténél legyen egy munka-társ, telefonnal.

• Az első bejelentkezés után, miszerint ebben a távoli pontban nincs meleg fűtővíz, a beál-lító gombon a szállítómagasságot lassan emelni kell. Itt a rendszer tehetetlenségét figyelembe kell venni.

• Amikor a legkedvezőtlenebb fűtőtest is el van látva fűtési energiával, a beállítás befe-jeződött.

46

Több szivattyú összekapcsolása

Alkalmazási példa: több szivattyúkör (szivattyúk soros kapcsolásban) Nagy fűtési rendszerekben szabályo-zástechnikai okok miatt több fűtőkört létesítenek. Esetenként több kazánt is telepítenek.

Példa több fűtőkörös rendszerre

Minden eddigi fejtegetés egy db örvényszivattyú esetére vonatkozott. A gyakorlatban fordulnak azonban elő olyan üzemi helyzetek, amikor egy szivattyú egyedül nem képes a rá szabott felada-tot ellátni. Ilyen esetekben két vagy több szivattyút telepíte-nek. Az alkalmazási célnak megfelelően a szi-vattyúkat sorba vagy párhuzamosan kapcsolják. Mielőtt ennek üzemi viszonyaiba részleteiben belemennénk, felhívjuk a figyelmet egy alapvető, mégis gyakori hibára: téves azt mondani, hogy általában két azonos szivattyú soros kapcsolás-ban megkétszerezi a szállítómagasságot, és két azonos szivattyú párhuzamos kapcsolásban megkétszerezi a térfogatáramot. Ez, noha elméletileg lehetséges, konstrukciósan és a rendszer keretei között elérhetetlen. Szivattyúk soros kapcsolásban Ha két szivattyút egymás után építenek be, ak-kor a szivattyúk jelleggörbéi összeadódnak, az-az, ha zárt tolózár ellenében járnak, akkor ösz-szeadódóik a létesített nyomás. Így két azonos szivattyú zárási szállítómagassága megkétsze-reződik. A másik extrém pontot tekintve, azaz nyomás-mentes szállításkor, a két szivattyú nem tud na-gyobb folyadékmennyiséget szállítani, mint csak egy szivattyú.

Szivattyú-jelleggörbe soros kapcsolásnál

Két azonos szállító-teljesítményű szivaty-tyú egy házban sorba kapcsolva – a szállí-tómagasságok az azonos térfogatára-mú pontokban ösz-szeadódnak.

A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a hidraulikus munka mindkét része növekszik. • A jelleggörbe-diagram függőleges tengelyén –

azaz a H szállítómagasságra – érvényes, hogy a szállítómagasság növekedése nagyobb egy meredekebb rendszer-jelleggörbe esetén

• azaz a Q térfogatáramra érvényes, hogy alig növekszik az eredő jelleggörbével.

A használati melegvíz (HMV) készítés szivattyúi és az FK1 és FK2 fűtési körök szivattyúi egymástól függetlenül dol-goznak. A keringető szivattyúkat a saját rendszerük ellenállásának a legyőzésé-re méretezték. E három szivattyú mind-egyike sorban van a kazánszivattyúval. Ennek feladata a már a kazánkörben fellépő ellenállások leküzdése. Az eddigi elméleti fejtegetések azonos méretű szivattyúkból indult ki. A fenti sémához hasonló esetekben azonban az egyes szivattyúk szállítóteljesítmény adatai egymástól eltérőek is lehetnek. Ennél a telepítésnél nagy a veszélye annak, ha a szállítóteljesítmények nin-csenek egymással gondosan össze-hangolva. Ha a kazánszivattyú túl nagy nyomást hoz létre, akkor az összes elosztószivattyú túl nagy nyomást kap a szívócsonkjára. Ettől fogva nem szivaty-tyúként, hanem turbinaként dolgoznak (generátoros üzemmód). A jelleggörbén letolódnak. Ezáltal nagyon gyorsan üzemzavarok és szivattyúhibák lépnek fel. (A hidrauli-kai csatolás problémáinak megoldása ezen kiadvány kereteibe nem fér bele.)

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


HMV FK1 FK2

kazán 1

47

Szivattyú-jelleggörbe párhuzamos kapcso-lásnál

Alkalmazási példa: párhuzamos üzem Amikor a fűtési energiaigény eléri maximális értékét, a két szivattyú (I és II) párhuzamos üzemben együtt járnak. Az ehhez szükséges szabályzókészülékek modern szivattyúknál a rádugaszolható modulokban ill. az elektroni-kamodulokban a megfelelő tartozékokkal benne vannak. Mivel az ikerszivattyúba összeépített mind-egyik egyes-szivattyú több fokozatba kap-csolható vagy fokozatmentesen szabályozha-tó, igen széles spektrum adódik a szivattyú fűtési igényhez való illesztésében. Ezt mutatja a következő jelleggörbe. A szag-gatott vonal a két szivattyú közül az egyik jelleggörbéje egyes-szivattyú üzemben. A fekete folytonos vonal a közös szivattyú-jelleggörbe párhuzamos (összeadó) üzem-ben.

A Wilo-Stratos D jelleggörbéje

Szivattyúk párhuzamos kapcsolásban Ha két szivattyút egymással párhuzamosan építünk be, akkor a szivattyú-jelleggörbék összeadódnak, azaz ha nyomás nélkül, va-gyis nyitott csővezetékben működnek, akkor összeadódik a térfogatáram. Így két azonos szivattyú maximális térfogatárama megkét-szereződik. Már utaltunk arra, hogy ez a jelleggörbepont csak egy elméleti határérték. A másik extrém pontot tekintve, azaz a zárási szállítómagasságnál, a két szivattyú nem tud nagyobb szállítómagasságot elérni, mint csak egy szivattyú. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a hidrauli-kus munka mindkét része növekszik. • A jelleggörbe-diagram vízszintes tengelyén

– azaz a Q térfogatáramra – érvényes, hogy a növekedés annál erősebb, minél in-kább jobbra található a jelleggörbe.

• A jelleggörbe-diagram függőleges tenge-lyén – azaz a H szállítómagasságra – érvé-nyes, hogy a növekedés legerősebben a jelleggörbe közepén jelentkezik.

Egy szivattyú kiesésekor még a térfogatáram több, mint 50 %-a rendelkezésre áll. A fűtő-test üzemi diagramja szerint a fűtési teljesít-ménynek még mindig több, mint 83 %-át le tudja adni a fűtőtest.

Mindkét szivattyú üzemel. Két azonos teljesít-ményű szivattyú párhuzamos kapcso-lásban.

Két azonos teljesít-ményű szivattyú párhuzamos kapcso-lásban – ténylegesen nő a térfogatáram. Vesd össze: „A hozzávetőleges szivattyúméretezés kihatása”, 43. oldal.

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]térfogatáram Q [m3/h]

48

Az I vagy a II szivaty-tyú üzemel.

Alkalmazási példa: fő- és tartalék szivattyú A fűtés értelme, hogy a hideg évszakokban a lakásokat melegítse. Ezért javasolt, hogy zavar esetére minden fűtési rendszerben legyen tartalék szivattyú. Ez érvényes pl. társasházakra, kórházakra és nyilvános létesítményekre. A másfelől, egy második szivattyú beépítése a hozzá szükséges szerelvények és a sza-bályzás miatt a telepítés költségeinek jelentős növekedésével jár együtt. Jó kompromisszu-mot képeznek az ipar által ajánlott ikerszivaty-tyúk. Két járókerék a hajtómotorjaikkal egy házba van összeépítve. Tartalék üzemben a két szivattyú (I vagy II) időben váltakozva (pl. minden 24 órában) jár. A másik szivattyú áll. A szállított közeg visz-szaáramlását az álló szivattyún keresztül a sorozatkivitelben egy beépített visszacsapó csappantyú akadályozza meg. Amennyiben, mint ezen fejezet elején már szerepelt, az egyik szivattyú kiesne, automa-tikus zavareseti átkapcsolás történik az üzemkész szivattyúra.

Csúcsterhelés üzem több szivattyúval Nagy térfogatáramú rendszerekben több részterhelésű egyes-szivattyút is lehet telepíteni, pl. egy kórházban, 20 épülettel és egy központi kazánházzal. A következő példában nagy, beépített elektronikával felszerelt száraztengelyű szivattyúk vannak egymással párhuzamo-san telepítve. A követelmének szerint ilyen csúcsterhelés rendszerek két vagy több egyforma nagy szivattyúból állhatnak. A szabályozás egy jeladóval összekötve a teljes szivattyúnyomást tartja állandó érté-ken (∆p-c). Teljességgel érdektelen, hogy mekkora térfogatáramot engednek át a termosztátszelepek az egyes fűtőtesteken, és hogy a négy szivattyú közül hány van éppen üzemben. Ha egy így létesített rendszer hidrauliku-san kiegyenlített, ezeket a kapcsolásokat arra is használják, hogy egy gyengepont-kiértékeléssel az ellátást biztosítsák. Ennél – mint már a neve is kifejezi – a jeladót a rendszer leggyengébben ellátandó pontjá-ra telepítik. A jeladó jelét ekkor a kapcso-lókészülékbe vezetik, és ott a rendszer adottságaihoz és tehetetlenségéhez illesz-tik. Ekkor a vezérlőkészülék a csatlakozta-tott szivattyúkat a példában szereplő be-épített elektronikájukon keresztül ennek megfelelően vezérli.

49

Fokozatmentesen szabályozott többszivattyús telep.

A példában szereplő teljes rendszer szabály-zása a következő: A beépített elektronikával felszerelt PH alap-terhelés vagy fő szivattyú az n = 100 % ma-ximális és n = 40 % minimális fordulatszáma között fokozatmentesen van szabályozva, a DDG nyomáskülönbség jeladó alapján. Ezál-tal a részterhelés térfogatáram kötetlenül változik a QT1 <= 25 % tartományban. Ha QT > 25 % térfogatáram válik szükségessé, bekapcsol az első, szintén beépített elektroni-kával rendelkező PS1 csúcsterhelés szivattyú, teljes fordulatszámmal. A PH alapterhelés szivattyú továbbra is fokozatmentes szabály-zással működik, úgy, hogy hatására a teljes térfogatáram 25 % és 50 % között az igény-nek megfelelően áll be. Ez a folyamat ismétlődik a PS2 és PS3 beépí-tett elektronikával felszerelt részterhelés szi-vattyúkkal, mindig teljes fordulatszámmal. Az egész kórház teljes hőenergia-igénye le van fedve, amikor mind a négy szivattyú maximá-lis teljesítményen jár – ekkor szállítják a VV teljes terheléshez tartozó térfogatáramot. Ugyanilyen módon csökkent hőigény esetén a beépített elektronikával felszerelt PS3 … PS1 csúcsterhelés szivattyúk újra lekapcsolnak.

Annak érdekében, hogy az összes keringető szivattyú lehetőség szerint azonos üzemidőt érjen el, a szabályozott főszivattyú feladatát napi váltásban, sorban egymás után adják át a szivattyúk egymásnak. A legalsó rajzra vetett pillantás mutatja, hogy a mindenkori szivattyútól függően mekkora megtakarítások célozhatók meg, a teljesít-ményfelvételnél is. Nagy telepeknél a hosszú éveken át tartó kisebb üzemi költségek előnye fontosabb a kis beruházási költségeknél. Négy kisebb szivattyú beépített elektronikával többe kerül-het ugyanis, mint egy nagy, szabályozás nél-kül. Ha azonban példaként egy 10 éves üzemidőt tekintünk, a vezérlésre és a beépí-tett elektronikával felszerelt szivattyúkra szánt beruházási költség többszörösen behozható a megtakarításokkal. További eredmény a telep jobb ellátása, kisebb zajjal és nagyobb gaz-daságossággal, a fogyasztók jobb ellátása által. Ez akár a primer energia jelentős meg-takarításához vezethet.

Jelmagyarázat: PH = főszivattyú PS = csúcsterhelés

szivattyú VV = teljes terhelés

térfogatáram PV = teljes terhelés

teljesítmény-felvétel

PT = részterhelés teljesítmény-felvétel

szál

lítóm

agas

ság

H [m

]


telje

sítm

ényi

gény

P [%

]

nyomáskülönbség jeladó

szabályzó készülék

50

Záró gondolatok A „Szivattyútechnika alapjai” című kiskátéban a korai idők fejlesztéseivel és a legegy-szerűbb összefüggésekkel kezdve, és igen igényes példákkal folytatva egy áttekintést adtunk, hogyan és hol lehet és kell szivattyúkat alkalmazni. Megvilágosodtak a szivattyúüzem összetett összefüggései, és, hogy ma elektronikus szabályzással milyen javítások lehetségesek az üzemvitelben. Egy épületben, a fűtési rendszerre vonatkoztatva, méreténél és beszerzési értékénél fogva a keringető szivattyú a teljes rendszer egyik legkisebb eleme. De mindenekelőtt ő gondoskodik arról, hogy az összes többi rendszerelem rendeltetésszerűen működ-hessen. Az emberi testtel összehasonlítva ezek szerint mondható: A szivattyú a rend-szer szíve!

51

Tudta volna? Ha valakit érdekel, a „Szivattyútechnika alapjai” terén elért tudásszintjét ellenőrizheti a következő kérdésekkel.

A szivattyútechnika története

Kérdések a következő tématerületekhez: • vízellátás • vízelvezetés • fűtéstechnika

1. kérdés: • Már az ókorban ismerték a szivattyú-

kat. • A szivattyúkat a fűtéshez találták fel. • Szivattyúkkal csak víz szállítható. 2. kérdés: • Arkhimédész találta fel a

merítőkereket. • A kínaiak találták fel az

örvényszivattyút. • Az arkhimédészi csavar meredeksé-

ge meghatározza a térfogatáramot. 3. kérdés: • 1856-ban építették az első szenny-

vízcsatornákat. • A Cloaca Maxima Rómában volt. • Minden elvezetésbe kell

átemelőtelep. 4. kérdés: • A germánok már ismerték a központi

fűtést. • A rómaiak mér készítettek padlófű-

tést. • A XVII. sz.-ban gőzgépek fűtötték a

házakat. 5. kérdés: • A gravitációs, nehézségi erőn alapuló

fűtésekbe nehéz, erős szivattyúkat építenek be.

• A gőzfűtések 90 °C és 100 °C között üzemelnek.

• A keringetőszivattyúk tették először lehetővé az alacsonyhőmérsékletű fűtési rendszereket.

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

6. kérdés: Szivattyúkat évszázadok óta használ-nak: • víz szállítására • gőzfűtéseknél • gravitációs fűtéseknél 7. kérdés: Az 1929-ban szabadalmaztatott kerin-gés-serkentő • egy gyakran használt keringető-

szivattyú továbbfejlesztése • volt az első csőbe épített szivattyú

fűtések számára 8. kérdés: A fűtési keringető szivattyúk az emberi testben megfelelnek a • karoknak • szívnek • fejnek 9. kérdés: A fűtési keringetőszivattyú előnyei a következők • alacsony telepítési költség • illesztett üzemi költségek • illeszthető szabályozás • az összes fenti kijelentés

(1) (2) (3) (1) (2) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (4)

52

Közvetítő közegünk – a víz

Kérdések a következő tématerületekhez: • hőtároló képesség • térfogat-növekedés és -csökkenés • nyomás

1. kérdés: A víz kitágul • 0 °C fölé melegítéskor • 0 °C alá hűléskor • +4 °C-ról való melegedéskor vagy

hűléskor 2. kérdés: A következő fogalmak azonosak: • munka, teljesítmény, hatásfok • munka, energia, hőmennyiség • munka, kedély, szeszély 3. kérdés: A víz melegítésnél • fajlagosan könnyebb lesz. • fajlagosan nehezebb lesz • tartja a sűrűségét 4. kérdés: A forrás elérésénél • a vízhőmérséklet tovább emelkedik • a vízhőmérséklet marad a forráspon-

ton • a vízhőmérséklet ismét csökken 5. kérdés: A kavitáció elkerülhető • kisebb zárási szállítómagasságú

szivattyú választásával • a statikus nyomás csökkentésével • A PD gőznyomás növelésével.

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

6. kérdés: A vízben levő hőenergia függ: • a víz tárolókapacitásától • a mozgatott víz tömegétől • az előremenő és visszatérő ág

hőmérsékletkülönbségétől • a három megnevezett mennyiség-

től együttesen 7. kérdés: A gravitációs fűtések jobban mű-ködnek: • kis csősúrlódási ellenállásnál • nagy csősúrlódási ellenállásnál. 8. kérdés: A biztonsági szelep • a rendszer légtelenítésére és

szellőztetésére szolgál • véd a rendszerbeli nem megen-

gedett nyomásterhelésektől • elektronikus szivattyú beépítésé-

nél nincs jelentősége

(1) (2) (3) (4) (1) (2) (1) (2) (3)

53

Konstrukciós jellemzők

Kérdések a következő tématerületekhez: • önfelszívó és normál szívású szivattyúk • nedvestengelyű szivattyúk • száraztengelyű szivattyúk

1. kérdés: A szívómagasság… • függ a légnyomástól • elméletileg 10,33 m • befolyással van a szállítómagasság-

ra. 2. kérdés: Önfelszívó szivattyúkra igaz az állítás: • Képesek a szívóvezetéket légtelení-

teni. • A szívóvezeték lehetőleg rövid le-

gyen. • Üzembe helyezés előtt fel kell tölteni őket.

• Mindegyik előző pont helyes 3. kérdés: A nedvestengelyű szivattyúk választó-cső-terében a fűtési víz: • szolgál hűtésül és kenésül. • növeli a szállítómagasságot. • tulajdonképpen egyáltalában nem

lenne szükséges. 4. kérdés: A nedvestengelyű szivattyú előnyei: • jó hatásfok. • magas fűtési kör hőmérsékletek. • nyugodt járás és hogy nem kell kar-

bantartani. 5. kérdés: A száraztengelyű Inline szivattyú java-solt beépítési helyzetei: • függőleges tengellyel. • vízszintes tengellyel • tetszőleges helyzetben beépíthető,

kivéve: motor alul.

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

6. kérdés: Száraztengelyű szivattyúkat használnak • kis térfogatáramokra • nagy térfogatáramokra • ha nincs motorkenés 7. kérdés: A szivattyú hatásfok a következők vi-szonya: • a nyomócsonk a szívócsonkhoz. • a hajtási teljesítmény a leadott telje-

sítményhez. • a leadott teljesítmény a felvett telje-

sítményhez 8. kérdés: Az örvényszivattyú legjobb hatásfokú pontjának helye a jelleggörbén a: • baloldali harmadban • középső harmadban • jobboldali harmadban 9. kérdés: A csúszógyűrűs tömítések… • szintetikus szálakból vagy kenderből

van • tengelycsapágyak • száraztengelyű szivattyúknál alkal-

mazzák őket

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

54

Jelleggörbék

Kérdések a következő tématerületekhez: • szivattyú-jelleggörbe • rendszer-jelleggörbe / csővezetéki jel-

leggörbe • munkapont

1. kérdés: A villamos meghajtó energia • nagy nyomásba alakul át • nyomásnövekedésbe és mozgásba

alakul át • a hidraulikai energiából nyerhető 2. kérdés: A jelleggörbe tengelyein a következők szerepelnek: • függőlegesen a szállítómagasság,

vízszintesen a térfogatáram • függőlegesen a térfogatáram, víz-

szintesen a szállítómagasság • függőlegesen az energia, vízszinte-

sen a közeg 3. kérdés: A rendszer jelleggörbéje a következőt mutatja • az ellenállás növekedését a térfo-

gatárammal. • A térfogatáram növekedését a nyo-

mással • a térfogatáram változását a vízse-

bességgel 4. kérdés: A csősúrlódási ellenállás változása • lineáris a térfogatárammal • négyzetes a térfogatárammal • köbös a térfogatárammal.

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

5. kérdés: A fűtési keringető szivattyú szállí-tómagasságát a következőkre kell méretezni: • az épület magassága • a csőhálózat vesztesége • mindkét előbb említett jellemzőre 6. kérdés: A fűtési keringető szivattyú térfo-gatáramát a következőkre kell mé-retezni: • átlagos külső hőmérsékletre • a kívánt belső hőmérsékletre • a számított hőigényre

(1) (2) (3) (1) (2) (3)

55

A szivattyúk illesztése a fűtési igényhez

Kérdések a következő tématerületekhez: • az időjárás ingadozásai • a szivattyúk fordulatszámának szabályzása • fokozatmentes fordulatszám-szabályzás • szabályozási módok

1. kérdés: Egy épület fűtési igénye • mindig állandó • az évszakokkal változik • évről évre nő 2. kérdés: Megváltozott fűtési igény esetén • a termosztátszelepek szabályoznak • az ablakok szabályoznak:

nyitva / csukva • szabályozódik a rendszernyomás 3. kérdés: A szivattyúk fordulatszáma változik: • hogy illeszkedjen a szükséges térfo-

gatáramhoz. • hogy tehermentesítse a túláram-

szelepet. • hogy korrigálja a hibás szivattyúmére-

tezést 4. kérdés: A szivattyú fordulatszámának változta-tása • mindig kézzel történik • mindig automatikusan történik • a felszereltségtől függően kézzel

vagy automatikusan történik. 5. kérdés: A fokozatmentes fordulatszám-szabályozás • jobb, mint a fokozatkapcsolás • rosszabb, mint a fokozatkapcsolás • eredménye ugyanaz, mint a fokozat-

kapcsolásé. 6. kérdés: Elektronikusan szabályozott keringetőszivattyúknál • be lehet állítani a hőigényt • be lehet állítani az élettartamot • be lehet állítani a szállítómagasságot

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

7. kérdés: ∆p-c = állandó nyomáskülönbség sza-bályzás • a térfogatáram állandó fordulatszám-

mal növelik • a fordulatszám a térfogatáram-

igényhez igazodik • a légüstben az előnyomás zárt rend-

szerben mindig állandó marad 8. kérdés: A csökkentett üzem automatikát (Autopilot) • egy időkapcsoló óra vezérli • a szobahőmérséklettől függ • csak hidraulikusan kiegyenlített rend-

szerben szabad engedélyezni 9. kérdés: A legújabb ECM (nagyhatásfokú) szi-vattyú technológia • a forgórész egy állandó mágnesből áll • a szokványos szivattyúkhoz képest az

üzemi költségek akár 80 %-át is meg-takaríthatja

• a forgórész forgatása elektronikus kommutációval jön létre (frekvencia-váltó)

• az 1 – 3 válaszok adják az ezidő sze-rint legtakarékosabb nedvestengelyű szivattyút.

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (4)

56

Hozzávetőleges szivattyúméretezés

Kérdések a következő tématerületekhez: • szivattyú térfogatáram • szivattyú szállítómagasság • szivattyú méretezés • hidraulikus kiegyenlítés

1. kérdés: Egy fűtési keringető szivattyú kiválasz-tásának alapja • a megadott névleges méret • az ár szempontok • a teljesítményadatok figyelembevé-

tele 2. kérdés: A térfogatáram 100 %-kal való emelé-sével • kb. 2 %-kal csökken a fűtési teljesít-

mény • kb. 12 %-kal nő a fűtési teljesítmény • a fűtési teljesítmény nem változik 3. kérdés: A fűtési szivattyú méretezésénél két-ség esetén • a kisebb szivattyút kell választani. • a nagyobb szivattyút kell választani • az olcsóbb szivattyút kell választani 4. kérdés: Egy vízszállító rendszerben a szivattyú szállítómagasságát a következőre kell méretezni • a geodetikus magasság • a maradó kifolyási nyomásra • a csősúrlódási ellenállásra • az 1 … 3 mennyiségek összegére 5. kérdés: Egy fűtési rendszerben a szivattyú szállítómagasságát a következőre kell méretezni • a geodetikus magasság • a maradó kifolyási nyomásra • a csősúrlódási ellenállásra • az 1 … 3 mennyiségek összegére

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4)

6. kérdés: Miért kell a fűtési rendszereket ki-egyenlíteni? • Az optimális hőelosztás elérése

érdekében • a rendszer zajtalanul kell, hogy

üzemeljen • a fogyasztókat védeni kell a túl

kevés vagy túl nagy hőellátás el-len

• mind a három fenti válasz helyes és fontos

7. kérdés: Hogyan kell ismeretlen szállítóma-gasság-igény esetén helyesen beál-lítani az elektronikus szivattyút? • a legjobb egy másik ember segít-

ségével • gondos légtelenítés és hidraulikai

kiegyenlítés után • a szivattyú legalacsonyabb beállí-

tási értékével kell kezdeni • úgy, hogy a legkedvezőtlenebb

fűtőtest is kellően el legyen látva fűtési energiával

• a beállítás akkor ér véget, amikor mind a négy pont teljesült

(1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (5)

57

Több szivattyú összekapcsolása

Kérdések a következő tématerületekhez: • sorosan kapcsolt szivattyúk • párhuzamosan kapcsolt szivattyúk • csúcsterhelés üzem több szivattyúval

1. kérdés: Két szivattyú sorba kapcsolva • megkétszereződik a szállítómagas-

ság • megkétszereződik a térfogatáram • a változások a rendszer-jelleggörbe

helyzetétől függenek 2. kérdés: Szivattyúk sorba kapcsolásánál fennáll a veszély • generátoros üzem amikor a szivattyú

turbinaként üzemel • a szivattyúteljesítmények kiegyenlí-

tődnek • a rendszer hőellátása lecsökken 3. kérdés: Két szivattyú párhuzamosan kapcsolva: • megkétszereződik a szállítómagas-

ság • megkétszereződik a térfogatáram • a változások a rendszer-

jelleggörbétől függenek 4. kérdés: Ikerszivattyúk a következőképpen üze-meltethetők: • főleg tartalék üzemben • főleg párhuzamos üzemben • választhatóan mindkét üzemmódban. 5. kérdés: Nagy rendszerekben a szükséges szi-vattyúteljesítmény több szivattyúra való felosztása • csökkenti az üzemeltetési költséget • megnöveli a szivattyúk élettartamát • Az 1 és 2 kijelentések igazak

(1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)

6. kérdés: Hogyan nevezik azt a szabályozási mó-dot, amikor a jeladót a kapcsolókészü-léktől távol helyezik el a rendszerben? • súlyponti szabályzás • nehézkes szabályzás • gyengeponti szabályzás 7. kérdés: Mire kell ügyelni a szivattyúk vezérlőké-szülékkel ellátott párhuzamos kapcsolá-sa esetén? • a szivattyúk legyenek egyforma na-

gyok • csak lassú járásúak lehetnek • csak gyors járásúak lehetnek

(1) (2) (3) (1) (2) (3)

nyomáskülönbség jeladó

szabályzó készülék

58

Törvényes mértékegységek, kivonat örvényszivattyúkhoz

törvényes mértékegységek fizikai mennyiség

betűjel SI mértékegysé-gek

egyéb törvényes mértékegységek(nem teljes)

nem megengedett mértékegysé-gek

javasolt mértékegy-ségek

megjegyzések

hossz l m méter km, dm, cm, mm, µm

m alapegység

térfogat V m3 dm3, cm3, mm3, liter (1 l = 1 dm3)

köbméter, köb-deciméter

m3

térfogatáram Q V

m3/s m3/h, l/h m3/s, l/s

idő t s szekundum másodperc

s, ms, µs, ns, … min, h, d

s alapegység

fordulatszám n 1/s 1/min, (min-1) 1/min, (min-1) tömeg m kg kilogramm g, mg, µg,

tonna (1 t = 1 000 kg)

font, mázsa kg alapegység Kereskedelmi áru tömegét súlynak is nevezik.

sűrűség ρ kg/m3 kg/dm3 kg/m3, kg/dm3

a „fajsúly” kifejezés nem használandó, mert kétértelmű

erő F N Newton (=kg m/s2)

kN. mN, µN kp, Mp, … N 1 kp = 9,81 N. A súlyerő az m tö-meg és a helyi g nehézségi gyorsu-lás

nyomás p Pa Pascal (= N/m2)

bar (1 bar = 105 Pa)

kp/cm2, at, m v.o., torr, …

bar 1 at = 0,981 bar =9,81 • Pa

energia, munka hőmennyiség

W, Q

J Joule (= Nm = Ws)

kJ, Ws, kWH, … 1 kWh = 3600 kJ

kp m, kcal, cal

J és kJ 1 kp m = 9.81 J 1 kcal = 4,1868 kJ

szállító-magasság

H m méter m folyadék oszlop

m A szállítómagas-ság a szállított közeg tömegegy-ségébe vezetett munka J = Nm-ben, ezen tömeg-egység súlyára vonatkoztatva.

teljesítmény P W Watt (= J/s = N m/s)

MW, kW kp m/s, LE kW 1 kp m/s = 9,81 W 1 LE = 736 W

Hőmérsék-letkülönbség

T K Kelvin °C °K, fok K alapegység

59

Információs anyagok

rendszerismeret

tervezési segédletek

termékkatalógusok

szemináriumok

alapismeretek

Ezeket az információs anyago-

kat a következő oldalakon szereplő megrendelő űrlapok

kitöltésével igényelheti.

63

A Wilo AG nagy gondossággal dolgozta ki az ebben a dokumentumban sze-replő szöveget. Hibák mindazonáltal nem zárhatók ki. A kiadó felelőssége, bármilyen okból is, ki van zárva. Copyright 2005 WILO AG, Dortmund Ez a dokumentum és minden része szerzői jogvédelem alatt áll. A WILO AG engedélye nélkül a szerzői jogi törvény szűk korlátain kívüli bármilyen fel-használása nem megengedett és büntethető. Ez különösen érvényes a sok-szorosításra, fordításra, mikrofilmre vitelre, egyéb módon való feldolgozásra, úgymint elektronikus rendszerben való tárolás és szerkesztés. Ez érvényes egyedi ábrák kivételére és szövegek kivonatos alkalmazására. 4. átdolgozott és aktualizált kiadás

Wilo

árli

sta

2011

.

Érvényes: 2011. augusztus 1-től visszavonásig

Áraink ÁFA nélküli listaárak

Árlista 2011.

Szivattyúk, szivattyúrendszerekés tartozékok fűtés, hűtés, klíma, vízellátás és szennyvíz berendezések

Pumpen Intelligenz.Pumpen Intelligenz.

K/Wilo Árlista 2011. 8. 1.

Budapest, Pest megye Dunától keletre eső része Szerényi Zoltán Ld: Észak-Magyarországi Iroda

Budapest, Pest megye Dunától nyugatra eső része Fekete Béla Ld: Északnyugat-Magyarországi Iroda

Észak-Magyarországi Iroda Budapest, Pest megye Dunától keletre eső része Nógrád- és Heves- megye Szerényi Zoltán Tel: 30/229-6317 E-mail: [email protected]

Északkelet-Magyarországi Iroda Borsod-Abaúj-Zemplén, Hajdú-Bihar,

Szabolcs-Szatmár-Bereg megye4034 Debrecen, Félegyházi T. u. 23.Andorkó ZoltánTelefon: 30/919-8766 Fax: 52/535-657E-mail: [email protected]

Délkelet-Magyarországi Iroda Jász-Nagykun-Szolnok, Csongrád-, Békés- és Bács-Kiskun megye 2310 Szigetszentmiklós, Géza F. u. 23/a. Kosina Péter Telefon: 30/919-8767 Fax: 23/889-599 E-mail: [email protected]

WILO Magyarország Kft. Központ és Közép-Magyarországi régió 2045 Törökbálint, Torbágy u. 14. www.wilo.hu • E-mail: [email protected] Tel: +36 23 889 500 Telefax: +36 23 889 599

Déldunántúli Iroda Somogy-, Tolna és Baranya megye 7624 Pécs, Besenyő u. 3/3. Kirsching Gábor Telefon: 30/655-5098 Fax: 72/785-580 E-mail: [email protected]

Nyugat-Magyarországi Iroda Zala-, Vas-, és Győr-Moson-Sopron megye (90.. ir. sz. kivételével) 8900 Zalaegerszeg, Tüttő Gy. u. 3. Kovács Sándor Telefon: 70/932-5388 Fax: 92/316-373 E-mail: [email protected]

Északnyugat-Magyarországi Iroda Budapest, Pest megye Dunától nyugatra eső része Komárom-Esztergom, Veszprém-, Fejér- és Győr-Moson-Sopron megye (90.. ir. sz.) 2890 Tata, Jázmin u. 4. Fekete Béla Telefon: 30/919-2121 Fax: 34/479-325 E-mail: [email protected]

a szivattyútechnika alapjai - wilohu-app.wilo.com · 5 a szivattyútechnika alapjai minden...

Documents