10 KROKOV VÝVOJA A VÝROBY ČERPADIEL SPIRAM PODĽA ŠTANDARDOV INDUSTRY 4.0

Rýchlobežnosť

Rýchlobežnosť je bezrozmerný parameter, ktorý reprezentuje prvé kritérium tzv. hydrodynamickej podobnosti odstredivých čerpadiel. Súčiniteľ rýchlobežnosti tvorí základ pre hydraulickú klasifikáciu t.j. výber vhodného typu obežného kolesa a difúzora (špirály) pre vyžadované parametre Q a H a pre dané otáčky n, pre určenie smerných parametrov pre výpočet hydraulických tvarov čerpadla a pre určenie predbežných priebehov Q-H, Q-P a Q-η.

Vzťah pre určenie rýchlobežnosti čerpadla má nasledovný tvar:

Je zrejmé, že ide o bezrozmerné číslo, ktoré udáva akýsi pomer medzi prietokom a špecifickou energiou pri daných otáčkach pre konkrétnu hydrauliku čerpadla. Čerpadlá typu SPIRAM sa pohybujú rýchlobežnosťou medzi hodnotami 0,08 (radiálne čerpadlá) až po 0,2 (diagonálne čerpadlá). Tieto hraničné hodnoty boli zistené pokusne prostredníctvom CFD simulácií, kde bol zaznamenaný výrazný pokles hydraulickej účinnosti. Počítačové simulácie tiež dokázali potrebu výrazného zníženia guľovej priechodnosti pri rýchlobežnostiach nižších ako 0,08.

Na obrázku nižšie je uvedený príklad dvoch obežných kolies s rovnakými priemermi. Obežné koleso vľavo má vyššiu rýchlobežnosť, čo v praxi znamená, že je určené na vyšší prietok v pomer k dopravnej výške. Koleso má zároveň väčšiu guľovú priechodnosť. Koleso na obrázku vpravo má nižšiu rýchlobežnosť hraničiacu s rýchlobežnosťou pre takýto typ obežného kolesa. Pomer prietoku a dopravnej výšky je podobnejší radiálnym obežným kolesám, čo má za následok na prvý pohľad zrejmé zníženie priechodnosti takýmto obežným kolesom. Aj pri vyšších dopravných výškach napr. 40m-50m-60m... je však priechodnosť vyššia ako iné typy obežných kolies pri totožných parametroch. To všetko pri účinnostiach na úrovni 80%.

Priechodnosť (guľová)

Kľúčovou vlastnosťou čerpadiel SPIRAM s jednou skrutkovicovou lopatkou je spolu s vysokou hydraulickou účinnosťou guľová priechodnosť. Definovaná je maximálnym priemerom gule, ktorý je schopný prejsť čerpadlom od jeho sacej príruby po výtlačnú. Kritickým miestom je zvyčajne lopatkový kanál, ktorý je vopred daný prostredníctvom vhodného meridiálneho rezu a uhlov lopatky pre dosiahnutie požadovaných parametrov.

Hydraulická účinnosť

V oblasti čerpadiel pre dopravu hydrozmesí je obežné koleso so skrutkovitou lopatkou výnimočné svojou vysokou hydraulickou účinnosťou, ktorá dosahuje až 86%, čo je hodnota priraďovaná čerpadlám s viaclopatkovým obežným kolesom pre dopravu čistej vody. Vysoká hydraulická účinnosť je dosiahnutá návrhom tvaru lopatky pripomínajúcim skrutkovitú plochu. Dosiahnutie „ideálneho“ tvaru spočíva v správnom návrhu meridiálneho rezu, ďalej v optimalizovaní priebehu uhlov „stúpania skrutkovicovej plochy“, priebehu uhlov sklonu lopatky voči osi rotácie a  uhlu opásania. Niektoré ďalšie parametre však tiež vplývajú na hydraulickú účinnosť takéhoto čerpadla. Sú nimi rýchlobežnosť konkrétnej hydrauliky, ktorá je priamo previazaná aj s guľovou priechodnosťou.

Charakteristický tvar kriviek Q-H, Q-P

Čerpadlá typu SPIRAM patria do samostatnej skupiny čerpadiel, svojím rozsahom rýchlobežností sa zaraďujú okrem diagonálnych (mixed-flow) čerpadiel zároveň aj do skupiny radiálnych čerpadiel (centrifugal-flow). Tvary priebehov Q-H sú takmer lineárneho priebehu, čo značí bližšiu podobnosť s diagonálnymi čerpadlami. Podobne je to v prípade priebehu Q-P, kedy je príkonová krivka často takmer vodorovná. V prípade rýchlobežnosti nb=0,08 pre jednolopatkové skrutkovicové čerpadlá SPIRAM, sú priebehy Q-H a Q-P podobné radiálnym čerpadlám.