Objemová čerpadla

U objemových čerpadel mechanická energie dodávaná motorem se mění v tlakovou energii tím, že pracující část čerpadla tlačí přímo na kapalinu. Čerpadlo nasaje určitý objem kapaliny do pracovního prostoru a následně jej vytlačí, tzn. střídá se nasávání s výtlakem.

Podle pohybu pracovních částí rozdělujeme objemová čerpadla:

• s kmitavým pohybem – čerpadla pístová, membránová, radiální a axiální,

• rotační - čerpadla zubová, lamelová a vřetenová.

Pístová čerpadla

Podle způsobu práce rozdělujeme pístová čerpadla:

• jednočinná,

• dvojčinná,

• diferenciální,

• zdvižná.

Čerpadlo jednočinné viz. obr: 1, nasává a vytlačuje jen jednou stranou pístu. Používá se hladký broušený píst tzv. plunžr, který prochází ucpávkou v tělese čerpadla.

Při pohybu pístu vzhůru se otevře samočinně podtlakem sací ventil a kapalina se nasaje do pracovního prostoru. Při pohybu dolů přetlak uzavře sací ventil a otevře výtlačný. Nasátý objem se vytlačí do vzdušníku k výtlačnému hrdlu a odtud do výtlačného potrubí.

Nestejnoměrnost chodu klikového mechanismu čerpadla se vyrovnává setrvačníkem a nestejnoměrnost v čerpání kapaliny sacím a výtlačným vzdušníkem. Vzdušník je z části naplněn vzduchem, který vyrovnává výkyvy tlaku při vytlačování.

Obr. 1: Jednočinné pístové čerpadlo

1 – sací hrdlo, 2 – výtlačné hrdlo, 3 – sací ventil, 4 – výtlačný ventil, 5 – sací vzdušník, 6 – výtlačný vzdušník, 7 – píst, 8 – pracovní prostor

Čerpadlo dvojčinné viz. obr: 2, oproti jednočinnému čerpadlu nasává a vytlačuje oběma stranami pístu, tzn., že má dva pracovní prostory a čtyři ventily, dva sací a dva výtlačné. Chod dvojčinného čerpadla je stejnoměrnější než jednočinného, proto nepotřebuje tak velký setrvačník a vzdušník.

Obr. 2: Dvoučinné pístové čerpadlo

1 – sací hrdlo, 2 – výtlačné hrdlo, 3 – sací ventil, 4 – výtlačný ventil, 5 – sací vzdušník, 6 – výtlačný vzdušník, 7 – píst, 8 – pracovní prostor

Čerpadlo diferenciální viz. obr: 3, nasává kapalinu jako čerpadlo jednočinné, ale vytlačuje při obou zdvizích tak, že část kapaliny nasáté při sacím zdvihu se při druhém zdvihu vytlačí a zbytek přeteče na druhou stranu pístu a vytlačí se při sacím zdvihu.

Obr. 3: Diferenciální pístové čerpadlo

1 – sací hrdlo, 2 – výtlačné hrdlo, 3 – sací ventil, 4 – výtlačný ventil, 5 – sací vzdušník, 6 – výtlačný vzdušník, 7 – píst, 8 – pracovní prostor

Síla působící na píst je při obou zdvizích přibližně stejná, proto může mít diferenciální čerpadlo pro stejný objemový průtok menší rozměry. Diferenciální pístové čerpadlo má menší počet ventilů než dvojčinné, ale dosahuje stejného stejnoměrného chodu. Objemový průtok je však stejný, jako u jednočinného čerpadla.

Čerpadlo zdvižné má výtlačný ventil přímo v pístu. Nasátá kapalina se přetlačuje z prostoru pod pístem nad píst a při dalším sacím zdvihu se kapalina pístem zdvihá k výtlačnému hrdlu. Objemový průtok je stejný jako u jednočinného čerpadla.

Obr. 4: Zdvižné čerpadlo

1– sací hrdlo, 2– výtlačné hrdlo, 3– sací ventil, 4– výtlačný ventil, 5– píst

Membránové čerpadlo viz. obr. 4, se nejčastěji používá pro čerpání znečištěných kapalin. Pístem je pryžová membrána, která je ruční pákou nebo jiným pohonem, táhlem a třmenem prohýbána střídavě vzhůru a dolů. Sací ventil je u sacího hrdla, výtlačný ventil je umístěný přímo v membráně. Při pohybu membrány nahoru se kapalina nasává do prostoru mezi sací ventil a membránu, při pohybu dolů se vytlačuje nad membránu a odtud do výtlačného hrdla. Jednoduchá membránová čerpadla se používají pro čerpání paliva u spalovacích motorů.

Obr. 5: Membránové čerpadlo

1– membrána, 2– sací hrdlo, 3– výtokový žlab, 4– sací ventil, 5– výtlačný ventil

Radiální pístové čerpadlo viz. obr: 5, je vhodné pro tlaky až 36 MPa a výkony od 0,5 do 500 kW. Má malé rozměry a jeho výhodou je jednoduchá regulace průtoku od nuly do maxima s vysokou účinností. Radiální čerpadlo nemá sací a výtlačné ventily. Průtok se reguluje změnou zdvihu pístu L při neměnných otáčkách hnacího elektromotoru a to změnou výstřednosti rotoru e.

Obr. 6: Radiální pístové čerpadlo

1– stator, 2– rotor, 3– písty, 4– výtlačný otvor, 5– sací otvor

Axiální čerpadlo viz. obr: 6, je vhodné pro tlaky do 30 MPa a průtoky 50 dm³/s. Rotor čerpadla má na roztečné kružnici otvory, v nichž se pohybují písty. Axiální pohyb pístů je zajištěn vedením po unášecí desce, nebo jsou písty spojeny s unášecí deskou ojnicemi a kulovými čepy. Tyto čerpadla mají menší rozměry než radiální, menší hmotnost, jsou však náročnější na výrobu.

Obr. 7: Axiální čerpadlo

1– stator, 2– rotor, 3– píst, 4– unášecí deska, 5– rozváděcí deska,

6– výtlak, 7- sání

Rotační čerpadla

Podle konstrukce a principu rozdělujeme rotační objemová čerpadla:

• zubová,

• vřetenová,

• lamelová.

Rotační zubové viz. obr: 7, čerpadlo je konstrukčně i technologicky nejjednodušší a nejspolehlivější, proto se nejčastěji používají v hydraulických soustavách pro tlaky do 16 MPa a pro průtoky do 0,02 m³/s. Zubové čerpadlo dopravuje kapalinu uzavřenou v mezerách mezi zuby a tělesem čerpadla a při záběru zubů ozubeného soukolí se kapalina vytlačuje.

Obr. 8: Zubové čerpadlo

1– těleso čerpadla, 2– hnací ozubené kolo, 3– hnané ozubené kolo,

4– sání, 5– výtlak

Rotační zubové čerpadlo je vhodné k čerpání olejů, protože dopravovaným olejem se čerpadlo zároveň maže. Poháněno je přes hřídel jednoho kola pomocí např. elektromotoru a druhé kolo se otáčí záběrem s kolem prvním.

Rotační vřetenové viz. obr: 8, čerpadlo pracuje plynule, protože kapalina se dopravuje v prostoru mezi závity několika vřeten a skříní. Jedno vřeteno je poháněno hnacím motorem a druhé vřeteno se otáčí při záběru s prvním. Vřetenová čerpadla se používají v citlivých hydraulických regulačních soustavách. Jsou velmi náročná na výrobu, což brání jejich většímu uplatnění.

Obr. 9: Vřetenové čerpadlo se třemi rotory

1– těleso čerpadla, 2– vřetena, 3– sání, 4– výtlak

Rotační lamelové čerpadlo viz. obr: 9, má lamely uloženy suvně v drážkách rotoru, který je poháněn elektromotorem. Lamely při otáčení sledují válcovou dutinu statoru, posouvají se v drážkách a vytvářejí prostory pro dopravu kapaliny. Stator je radiálně přestavitelný vůči ose rotoru od kladné výstřednosti do záporné, což umožňuje změnu směru toku čerpané kapaliny. Při kladné výstřednosti se prvním hrdlem kapalina nasává a druhým vytlačuje. Při záporné výstřednosti dojde k obrácení toku čerpané kapaliny.

Obr. 10: Rotační lamelové čerpadlo

Zdroje

• Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Leinveber, Jan., Vávra, Pavel. Strojnické tabulky. 1. vydání. Praha: Scientia, spol. s r. o., pedagogické nakladatelství, 1996. 578 s. ISBN 80-7183-008-9.
• Mičkal, Karel. Strojnictví - Části strojů pro učební a studijní obory SOU a SOŠ. 1. vydání. Praha: Sobotáles, 1995. 220 s. ISBN 80-85920-01-8.

Obrázky:

• Obr. 1: Jednočinné pístové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 2: Dvoučinné pístové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 3: Diferenciální pístové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 4: Zdvižné čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 5: Membránové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 6: Radiální pístové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 7: Axiální čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 8: Zubové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 9: Vřetenové čerpadlo se třemi rotory. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 10: Rotační lamelové čerpadlo. Doleček, Josef., Holoubek, Zdeněk. Strojnictví II pro SOU. 3. vydání. Praha: SNTL – NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY, 1989. 165 s. ISBN 80-03-00036-X.
• Obr. 11: Membránové čerpadlo Shurflo Trail King Junior, www.karavan.cz, [online], © 2013 [cit. 2014-12-04], Dostupné z: http://www.karavan.cz/_300_111-membranove-cerpadlo-shurflo-trail-king-junior-12v-tlakove--7-litru-min.htm
• Obr. 12: Radiální pístové čerpadlo, automatizace.hw.cz, [online], © 1997-2014 [cit. 2014-12-04], Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/principy-prumyslovych-cerpadel-5dil-rotacni-pistova-cerpadla
• Obr. 13: Axiální pístové čerpadlo, automatizace.hw.cz, [online], © 1997-2014 [cit. 2014-12-04], Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/principy-prumyslovych-cerpadel-5dil-rotacni-pistova-cerpadla
• Obr. 14: Zubové čerpadlo ZUS Sigma, www.georgia.cz, [online], © 2014 [cit. 2014-12-04], Dostupné z: http://www.georgia.cz/zus-sigma
• Obr. 15: Vřetenové čerpadlo, www.aqa-cerpadla.cz, [online], © 2014 [cit. 2014-12-04], Dostupné z: http://www.aqa-cerpadla.cz/vretenova-cerpadla