Čerpadlo

Rozbalit box

Obsah boxu

Čerpadlo je stroj nebo mechanické zařízení určené k dopravě tekutin (kapalin, plynů, kapalin s pevnými částicemi – suspenzí) z jednoho místa na druhé. Čerpadla fungují na principu přeměny dodávané energie (nejčastěji mechanické) na energii hydraulickou, která se projevuje zvýšením tlaku a/nebo rychlosti proudění dopravovaného média. Jsou nezbytnou součástí nesčetných technologických procesů, systémů zásobování vodou, průmyslových aplikací i běžných domácích spotřebičů.

Činnost čerpadla je založena na vytvoření tlakového rozdílu. Na sací straně čerpadla vzniká podtlak, který umožňuje nasátí tekutiny do pracovního prostoru, zatímco na výtlačné straně je vytvářen přetlak, který tekutinu vytlačuje do potrubí.

📜 Historie

Historie čerpadel sahá až do starověku. Jedním z nejstarších známých zařízení je Archimédův šroub, vynalezený ve 3. století př. n. l. Archimédem ze Syrakus, který se používal k zavlažování a odvodňování dolů. Přibližně ve stejné době sestrojil řecký vynálezce Ktesibios v Alexandrii první pístové čerpadlo, které sloužilo jako vodní pumpa a hasičská stříkačka.

Významný rozvoj čerpadel nastal během průmyslové revoluce v 18. století. V roce 1712 zkonstruoval Thomas Newcomen první komerčně úspěšný parní stroj, který poháněl čerpadlo pro odvodňování dolů. Jeho práci později zdokonalil James Watt.

V 19. století došlo k vývoji nových typů čerpadel. V roce 1851 si britský vynálezce John Appold nechal patentovat odstředivé čerpadlo se zakřivenými lopatkami, které je předchůdcem moderních odstředivých čerpadel. S rozvojem elektřiny a elektromotorů na přelomu 19. a 20. století se čerpadla stala menšími, účinnějšími a dostupnějšími pro široké spektrum aplikací.

⚙️ Princip funkce

Základním principem každého čerpadla je vytvoření tlakového gradientu mezi sacím a výtlačným hrdlem. Tímto způsobem je tekutina nucena proudit z oblasti nižšího tlaku do oblasti vyššího tlaku.

1. Sací fáze: V pracovním prostoru čerpadla (např. válec u pístového čerpadla nebo komora u odstředivého čerpadla) se vytvoří podtlak. Tento podtlak je nižší než tlak v sacím potrubí (často atmosférický tlak), což způsobí, že tekutina je "nasávána" do čerpadla. 2. Transportní fáze: Tekutina je uzavřena v pracovním prostoru a mechanicky přemísťována od sací strany k výtlačné. 3. Výtlačná fáze: Pracovní části čerpadla (píst, lopatky, zuby) působí na tekutinu silou, zvyšují její tlak a vytlačují ji do výtlačného potrubí.

Energie dodaná čerpadlu se přeměňuje na:

Tlakovou energii: Zvyšuje tlak tekutiny.
Kinetickou energii: Zvyšuje rychlost proudění tekutiny.
Polohovou energii: Umožňuje zvednout tekutinu do vyšší úrovně.

🔧 Dělení čerpadel

Čerpadla se dělí do dvou hlavních kategorií podle způsobu, jakým předávají energii čerpané kapalině: objemová (hydrostatická) a proudová (hydrodynamická).

Objemová (hydrostatická) čerpadla

Tato čerpadla pracují na principu cyklického uzavírání a vytlačování pevně daného objemu kapaliny. Tlak kapaliny je zvyšován přímým působením pracovního členu. Jsou vhodná pro vysoké tlaky, viskózní kapaliny a přesné dávkování.

Pístová a plunžrová čerpadla: Kapalina je nasávána a vytlačována přímočarým vratným pohybem pístu nebo plunžru ve válci. Jsou schopna dosahovat velmi vysokých tlaků. Používají se například v hydraulických lisech nebo vysokotlakých čističích.
Membránová čerpadla: Místo pístu se používá pružná membrána, která odděluje kapalinu od mechanických částí. Jsou ideální pro čerpání agresivních, toxických nebo abrazivních kapalin.
Zubová čerpadla: Dvě ozubená kola v těsném pouzdře se otáčejí proti sobě, unášejí kapalinu v mezerách mezi zuby a vytlačují ji na výstupu. Používají se v hydraulických systémech, mazacích systémech motorů nebo pro čerpání olejů a paliv.
Vřetenová čerpadla: Jedno nebo více vřeten (šroubů) se otáčí v tělese čerpadla a posouvá kapalinu v axiálním směru. Vyznačují se plynulým a nepulsujícím tokem. Jsou vhodná pro viskózní kapaliny, např. v potravinářství.
Lamelová (křídlová) čerpadla: V excentricky uloženém rotoru jsou posuvně umístěny lamely (křídla), které se otáčením vysouvají a přitlačují ke statoru, čímž unášejí kapalinu.
Peristaltická (hadičková) čerpadla: Kapalina je posouvána stlačováním pružné hadičky pomocí rotujících kladek. Kapalina nepřichází do styku s mechanickými částmi čerpadla, což je ideální pro sterilní aplikace v lékařství a biotechnologii.

Proudová (hydrodynamická) čerpadla

Tato čerpadla předávají energii kapalině kontinuálně pomocí rychle rotujícího oběžného kola s lopatkami. Kapalině je nejprve udělena vysoká kinetická energie, která se následně ve spirální skříni nebo difuzoru přemění na energii tlakovou. Jsou vhodná pro velké průtoky a nižší až střední tlaky.

Odstředivá (radiální) čerpadla: Nejběžnější typ čerpadla. Kapalina vstupuje do středu oběžného kola v axiálním směru a je odstředivou silou vrhána do stran (radiálně) do spirální skříně. Používají se pro zásobování vodou, v topných systémech, v chemickém průmyslu atd.
Diagonální čerpadla: Kombinují princip radiálních a axiálních čerpadel. Kapalina opouští oběžné kolo pod úhlem mezi axiálním a radiálním směrem.
Axiální (vrtulová) čerpadla: Kapalina proudí skrz čerpadlo v podstatě rovnoběžně s osou otáčení, podobně jako u lodní vrtule. Jsou určena pro velmi velké průtoky při malé dopravní výšce, např. pro odvodňování nebo zavlažování.
Proudová čerpadla (injektory, ejektory): Nemají žádné pohyblivé části. Využívají kinetické energie primárního proudu tekutiny (pára, voda, vzduch) k nasátí a dopravě sekundární tekutiny. Příkladem je parní injektor pro napájení parních kotlů.

Ostatní typy čerpadel

Mamutí čerpadlo (mamutka): Využívá stlačený vzduch, který je vháněn do spodní části potrubí ponořeného pod hladinu. Vzniklá směs kapaliny a bublin má nižší hustotu a je vytlačována hydrostatickým tlakem okolní kapaliny.
Vakuová pumpa (vývěva): Speciální typ čerpadla určený k odčerpávání plynů z uzavřeného prostoru za účelem vytvoření vakua.

📊 Klíčové parametry

Výkon a vhodnost čerpadla pro danou aplikaci se hodnotí podle několika klíčových parametrů:

Průtok (Q): Objem tekutiny, který čerpadlo dopraví za jednotku času. Udává se v jednotkách jako m³/s, m³/h nebo l/min.
Dopravní výška (H): Celková energie předaná jednotce hmotnosti kapaliny, vyjádřená jako výška sloupce této kapaliny. Skládá se z geodetické výšky (převýšení), tlakové výšky a ztrát v potrubí. Udává se v metrech (m).
Příkon (P): Mechanický výkon na hřídeli čerpadla potřebný k jeho pohonu. Udává se ve wattech (W) nebo kilowattech (kW).
Účinnost (η): Poměr mezi hydraulickým výkonem (který čerpadlo předá kapalině) a příkonem. Vyjadřuje se v procentech (%) a je klíčovým ukazatelem hospodárnosti provozu.
Sací výška (H_s): Maximální vertikální vzdálenost, ze které je čerpadlo schopno nasát kapalinu. Je omezena atmosférickým tlakem a tlakem nasycených par kapaliny (riziko kavitace).

🌍 Využití a aplikace

Čerpadla jsou všudypřítomná a jejich aplikace zasahují do téměř všech oblastí lidské činnosti:

Zásobování vodou: Doprava pitné a užitkové vody do domácností a průmyslu, odvodňování, čištění odpadních vod.
Průmysl: Čerpání chemikálií, ropy, paliv, chladicích kapalin, barev a potravinářských produktů.
Energetika: Napájecí čerpadla pro kotle v tepelných a jaderných elektrárnách, chladicí okruhy, doprava paliva.
Zemědělství: Zavlažování polí, postřiky, doprava tekutých hnojiv.
Stavebnictví: Čerpání betonu, odvodňování stavebních jam.
Doprava: Palivová a olejová čerpadla v automobilech, lodích a letadlech, hydraulické systémy.
Domácnost: Oběhová čerpadla v topných systémech, čerpadla v pračkách a myčkách, zahradní čerpadla.
Lékařství: Infuzní pumpy pro dávkování léků, umělé srdce, dialyzační přístroje.

💡 Pro laiky

Představte si čerpadlo jako mechanické srdce pro potrubní systém. Stejně jako vaše srdce pumpuje krev do celého těla, čerpadlo tlačí vodu, olej nebo jinou tekutinu tam, kde je potřeba.

Nejjednodušší princip si lze představit na pití brčkem. Když z brčka vysajete vzduch, vytvoříte v něm podtlak. Tlak vzduchu, který působí na hladinu nápoje v kelímku, je najednou větší než tlak v brčku a "vytlačí" tekutinu nahoru do vašich úst. Čerpadlo dělá v podstatě totéž, ale mechanicky a nepřetržitě.

Například běžné zahradní odstředivé čerpadlo má uvnitř rychle se točící "vrtulku" (oběžné kolo). Ta vodu, která do ní přitéká, roztočí a odstředivou silou ji odhodí ke stěnám čerpadla. Tím na jedné straně (uprostřed) vzniká sání a na druhé straně (na obvodu) se zvyšuje tlak, který vodu vytlačuje ven do hadice.

Šablona:Aktualizováno