Instalacje klimatyzacyjne wymagają nośników do transportowania ciepła i wykorzystują pompę obiegową do poprawy warunków wymiany ciepła i uzyskiwania krótszych czasów regulacji. W poniższym artykule przedstawiona zostanie charakterystyka pracy pomp wirnikowych w układzie zasysania. Pompy zdolne są do zasysania dzięki ciśnieniu działającemu na lustro cieczy w zbiorniku na ssaniu pompy. W zbiornikach otwartych jest to ciśnienie atmosferyczne. Jego średnia wartość na wysokości poziomu morza wynosi pb = 101320 N/m2 (1,0132 bara) i odpowiada ciśnieniu słupa wody o wysokości 10,33 m w temperaturze 4°C. Zgodnie z tym normalne ciśnienie powietrza powinno zapewnić pompie możliwość zassania wody z głębokości ok. 10 m. Rzeczywista osiągalna geodezyjna wysokość zasysania HSgeo jest jednak znacznie mniejsza. Przyczyny tego są następujące:
* Ciecz wrze, gdy osiągnięta zostanie zależna od jej temperatury wartość ciśnienia nasycenia pD [N/m2]. W najwyższym miejscu zassanego słupa cieczy ciśnienie może więc spaść tylko do tej wartości.
* W przewodzie ssawnym powstają różnice ciśnienia wskutek różnicy prędkości przepływu – vS2/2g [m], oraz na skutek tarcia cieczy, zmian kierunku jej przepływu i zmian przekroju poprzecznego przewodu HVS [m].
Dodatkowa strata ciśnienia powstaje wskutek tarcia i zmian prędkości przepływu podczas napływu cieczy do kanałów utworzonych przez łopatki wirnika. Aby uniknąć tworzenia się pary, całkowita wielkość energii (statyczna wysokość ciśnienia plus wysokość prędkości przepływu vS2/2g) w przekroju poprzecznym przewodu dolotowego pompy musi być zatem większa o pewną wartość od wysokości ciśnienia pary tłoczonej cieczy. Ta różnica energii określana jest angielskim wyrażeniem NPSH [m], skrót od „Net positiv suction head“ i jest tożsama z wcześniejszym powszechnym określeniem „Wysokość ciśnienia utrzymania HH”. Przy ustawieniu pompy powyżej poziomu zasysanej wody z otwartego zbiornika różnica ciśnienia HSgeo nie może być, większa niż HSgeo= pb/(g * ρ) – pD/(g * ρ) – HVS – NPSH [m] gdzie, g jest z przyspieszeniem ziemskim wyrażonym w m/s2, a ρ gęstością w kg/m3. Gdy zbiornik jest zamknięty, to w miejsce pb/(g * ρ) podstawia się bezwzględną wysokość ciśnienia w zbiorniku (pl + pb)/(g * ρ), przy czym „pl” określa nadciśnienie w zbiorniku. Przy zastosowaniu jednostki ciśnienia [bar], gęstości ρ [kg/dm3] i g = 9,81 [m/s2] równanie przyjmuje następującą postać ogólną: HSgeo = [10,2 * (pb + pl – pD)]/ρ – HVS – NPSH [m] W przypadku podciśnienia w zbiorniku wielkość pl przyjmuje znak minus. Wymagane wartości Najmniejsza wartość NPSH, przy której można eksploatować pompy przy zadanych parametrach pracy (liczba obrotów, przepływ, wysokość podnoszenia, rodzaj tłoczonej cieczy) może zostać odczytana z charakterystyk podanych w katalogach. Tak zdefiniowana wartość NPSH określana jest także skrótem NPSHR (NPSH wymagane). Nie jest to wielkość stała, lecz rośnie wraz ze zwiększającym się przepływem. Gdy porówna się pompy wirnikowe o różnej prędkości obrotowej, to okaże się, że wartość NPSH rośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej. Zdolność zasysania pompy zatem spada. Pompy o większych prędkościach obrotowych wirnika mają, także w przypadku zimnej wody, niższe wysokości zasysania lub mogą być eksploatowane tylko z napływem cieczy. Poprawa zdolności zasysania jest możliwa przez zmniejszenie prędkości obrotowej; odbywa się to jednak kosztem ekonomiczności instalacji. Rzeczywiste wartości W przypadku istniejącej lub projektowanej instalacji wartość NPSHA w przekroju poprzecznym otworu wlotowego pompy może zostać wyznaczona z równania: NPSHA = [10,2 * (pb + pl – pD)]/ρ – HVS – HSgeo [m] Gdy poziom cieczy znajduje się ponad pompą, to zamiast HSgeo stosowana jest geodezyjna wysokość napływu HZgeo a równanie ma postać: NPSHA = [10,2 * (pb + pl – pD)]/ρ – HVS – HZgeo [m] * Przy projektowaniu instalacji pompowej zaleca się, aby dobierać pompę, której NPSHR jest co najmniej 0,5 m mniejsze niż dana wartość NPSHA. * W przypadku pompy znajdującej się w ruchu wartość NPSHA wyznacza się w wyniku pomiaru ciśnienia p1 w króćcu ssawnym pompy z równania: NPSHA = [10,2 * (pb + pl – pD)]/ρ + v12/2g – HSgeo [m] z wcześniej podanymi jednostkami ciśnienia i gęstości. Gdy mamy do czynienia z podciśnieniem, to wartość p1 ma znak minus. Wielkość v1 stanowi średnią prędkość przepływu we wlotowym przekroju poprzecznym A1 pompy; v1 = Q/A1, przy czym Q w m3/s i A1 w m2. Wpływ ciśnienia atmosferycznego Wysokość ciśnienia atmosferycznego ma znaczny wpływ na zdolność zasysania pompy. Pomijając wahania, związane z warunkami atmosferycznymi, w granicach ± 5% lokalnej wartości średniej, spadek ciśnienia atmosferycznego następuje wraz ze wzrostem wysokości położenia (tabela). Wpływ temperatury cieczy Przy tłoczeniu wody gorącej istotną rolę odgrywa wielkość ciśnienia nasycenia pary. Gdy ciecz znajduje się w stanie wrzenia, to wielkości pI + pb = pD oraz HSgeo są ujemne. Wymagana jest zatem wysokość napływu HZgeo. Wtedy równanie upraszcza się do postaci NPSHA = HZgeo – HVS [m] Także w warunkach temperatury poniżej stanu wrzenia, zdolność zasysania pompy jest zmniejszona i w tym przypadku może już być wymagana odpowiednia wysokość ciśnienia na dopływie. Przyjmuje się, że pompa przy temperaturze wody wynoszącej 20 °C może pokonać geodezyjną wysokość zasysania HSgeo = 6 m. Wraz ze wzrostem temperatury wody, a więc przy wzroście ciśnienia pary następuje spadek wielkości HSgeo i przy temperaturze wody TW ≈ 87 °C przechodzi ona w wielkość ciśnienia dopływu, która po osiągnięciu stanu wrzenia ma stałą wartość średnią HZgeo = 4 m.
Stanisław Sowa                                                    Ilustracje z archiwum firmy Wilo.

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf


Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij