ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΝΤΛΙΩΝ

Transcript

1 ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΝΤΛΙΩΝ (Από Β.Μ.Π. Ευγενίδου Ιδρύματος, Αθήνα 2015) Επιμέλεια : Ράπτης Κων/νος Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π. Ασπρόπυργος 2018 Σελίδα 1 από 8

2 ΑΝΤΛΙΕΣ 1. Γενικά Η ροή ενός ρευστού προϋποθέτει ενεργειακές απαιτήσεις. Η ροή του νερού από το υψηλότερο στο χαμηλότερο σημείο πραγματοποιείται λόγω διαφοράς της δυναμικής ενέργειας, ενώ η αντίστροφη πορεία επιτυγχάνεται αν προσδώσουμε την απαιτούμενη δυναμική ενέργεια. Αντλίες ονομάζονται τα μηχανήματα που καταναλώνοντας μηχανικό έργο πραγματοποιούν μεταφορά ενός υγρού από ένα χώρο σε ένα άλλο. Δηλαδή οι αντλίες είναι μηχανήματα τα οποία αναρροφούν υγρό από ένα χώρο (αναρρόφηση) και το καταθλίβουν με πίεση σε άλλο. Για να πραγματοποιήσουν το σκοπό τους καταναλώνουν μηχανικό έργο και δημιουργούν δυναμική ή κινητική ενέργεια στο υγρό, το οποίο το οδηγεί με αγωγούς σε άλλο χώρο μεγαλύτερου υψομέτρου, ενώ χωρίς την αντλία η ροη ήταν αδύνατη. Η χρήση της αντλίας είναι απαραίτητη για ύπαρξη ροής υγρού από χαμηλότερη προς υψηλότερη ενεργειακή στάθμη και για την αύξηση της παροχής σε υπάρχουσα ροή. Η αντλία παρεμβάλλεται στη σωλήνωση και απορροφά ρευστό από τη μία πλευρά και καταθλίβοντας το στην άλλη πλευρά. 2. Κατάταξη Αντλιών Οι αντλίες των ναυτικών εγκαταστάσεων και γενικότερα κατατάσσονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες : Αντλίες Θετικής Μετατόπισης Το υγρό μετακινείται από την αναρρόφηση προς την κατάθλιψη με μηχανική μεταβολή του όγκου σε ένα ή περισσότερους θαλάμους και είναι : α. Παλινδρομικές : Ένα έμβολο μηχανικά κινούμενο παλινδρομεί μέσα στον κύλινδρο του υγρού. Τα είδη των παλινδρομικών αντλιών που υπάρχουν είναι οι : Εμβολοφόρες & Διαφράγματος. Η λειτουργία τους στηρίζεται στην παλινδρόμηση του εμβόλου ή του διαφράγματος μέσα στο θάλαμο άντλησης με δυο βαλβίδες (εισαγωγής εξαγωγής) ελέγχουν την αναρρόφηση και κατάθλιψη. Οι παλινδρομικές αντλίες είναι περισσότερο κατάλληλες για μικρές ποσότητες υγρών, έχουν μεγάλο ύψος αναρρόφησης και κατάθλιψης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παχύρευστα υγρά. β. Περιστροφικές: Το υγρό συμπιέζεται μέσα στον κύλινδρο ή το κέλυφος της α- ντλίας από κατάλληλα περιστρεφόμενους λοβούς ή έμβολα. Καλύπτουν μεγάλο φάσμα διάφορων τύπων αντλιών και είναι κατάλληλες για μεσαίου μεγέθους ποσότητες υ- γρών, όχι πολύ παχύρευστα και για υγρά που δεν έχουν μεγάλο ύψος αναρρόφησης. Τα είδη των περιστροφικών αντλιών που υπάρχουν είναι οι : Γραναζωτές, με σύρτες, με λοβούς & με κοχλία. Δυναμικές Αντλίες (Φυγοκεντρικές) Με τη βοήθεια των πτερυγίων αποδίδουν κινητική ενέργεια στο ρευστό το οποίο εξέρχεται από την αντλία αυξάνοντας τη στατική του πίεση. Οι φυγοκεντρικές αντλίες διαιρούνται, σε : Ακτινικής, Αξονικής & Μικτής ροής. Σελίδα 2 από 8

3 Οι φυγοκεντρικές αντλίες χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων υγρών που έχουν μεγάλη ρευστότητα (χαμηλό ιξώδες) και μικρό ύψος αναρρόφησης. Διακρίνονται σε οριζόντιες και κάθετες ανάλογα το σκοπό που προορίζονται. 3. Εμβολοφόρες Αντλίες Είναι οι αντλίες που αποτελούνται από ένα ή περισσότερους κυλίνδρους μέσα στον καθένα από τους οποίους παλινδρομεί ένα έμβολο. Με την κίνηση του εμβόλου άλλοτε εισρέει ή αναρροφάται το υγρό στον κύλινδρο και άλλοτε εξωθείται ή καταθλίβεται έξω από αυτόν (σχήμα 1 &2). Σχήμα 1 4. Αντλίες Διαφράγματος Σχήμα 2 Εργάζονται με παρόμοιο τρόπο με τις αντλίες με έμβολο. Στη θέση του εμβόλου υπάρχει μια εύκαμπτη πλάκα (μεμβράνη, διάφραγμα) από ελαστικό ή πλαστικό. Είναι κατάλληλες για άντληση υγρών που περιέχουν στερεά τεμάχια με μέγεθος ίσο με τη σωλήνα αναρρόφησης (σχήμα 3). Είναι τύπου SIMPLEX ή MULTIPLEX. Οι αντλίες διπλού διαφράγματος είναι κατάλληλες για άντληση υγρών θερμοκρασίας μέχρι 100 ο C και σε ειδικές περιπτώσεις μέχρι 120 ο C. Μεταφέρουν συγκεκριμένη ποσότητα υγρού σε κάθε εμβολισμό και δεν έρχεται σε επαφή το αντλούμενο υγρό με τα άλλα μέρη της αντλίας εκτός από το διάφραγμα και τις βαλβίδες και με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η χημική διάβρωση των στοιχείων της αντλίας. Τα πλεονεκτήματα των αντλιών διαφράγματος είναι : Δεν απαιτούν ανακουφιστικές βαλβίδες ή by pass για προστασία από υπερπίεση, διότι σταματά όταν η πίεση κατάθλιψης εξισωθεί με την πίεση εισόδου του αέρα. Έχουν ελάχιστη ανάγκη συντήρησης. Σελίδα 3 από 8

4 Η παροχή τους ρυθμίζεται με τη ρύθμιση του αέρα. Δεν υπερθερμαίνονται. 5. Περιστροφικές Αντλίες Σχήμα 3 Οι περιστροφικές αντλίες ονομάζονται και ογκομετρικές διότι εγκλωβίζουν το υγρό και το αναγκάζουν να ρέει υπό πίεση εκτοπίζοντας το. Αποτελούνται από το κέλυφος και το στροφείο που περιστρέφεται και τα διάκενα των στροφείων ή κινητών μερών μεταξύ τους και μεταξύ κελύφους πολύ μικρά με υψηλούς β.α. και πιέσεις. Η μείωση της απόδοσης τους είναι μεγαλύτερη όταν οι αντλίες χρησιμοποιούνται για άντληση ρευστών χαμηλού ιξώδους. α. Γραναζωτές Αντλίες Είναι οι αντλίες που χρησιμοποιούνται κυρίως για μετατόπιση ποσότητας υγρού από ζώνη χαμηλής πίεσης σε υψηλότερης. Αποτελούνται από ωοειδές περίβλημα και μέσα κινούνται δυο οδοντωτοί τροχοί παράλληλων αξόνων (σχήμα 4). Σχήμα 4 Η σχέση των τροχών είναι 1:1 & στο περίβλημα υπάρχουν δυο ανοίγματα στα οποία καταλήγουν οι δυο σωλήνες αναρρόφησης και κατάθλιψης. Το διάκενο μεταξύ περιβλήματος και γραναζιών είναι μικρό. β. Αντλίες με Σύρτες Έχουν ένα στροφείο κυλινδρικού σχήματος που είναι τοποθετημένο έκκεντρα με πτερύγια ορθογωνικού σχήματος (σχήμα 5). Σελίδα 4 από 8

5 Κατά την κίνηση τα πτερύγια ολισθαίνουν ακτινικά φυγοκεντρικά μέχρι να ακουμπήσουν στο περίβλημα και κατά την κίνηση παγιδεύουν το υγρό και το οδηγούν στην κατάθλιψη. Λειτουργούν στις 1000 rpm και είναι κατάλληλες για χαμηλό ιξώδες. Σχήμα 5 γ. Αντλίες Λοβού Η αρχή λειτουργίας είναι ίδια με της εξωτερικής οδόντωσης και αντί για γρανάζια υπάρχουν δυο ή περισσότεροι λοβοί. Τα μεταλλικά κινητά μέρη δεν έρχονται σε άμεση επαφή, επειδή οι λοβοί είναι καλυμμένοι με επιθέματα και γιαυτό παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή από τις οδοντωτές (σχήμα 6). Αντλούν υγρά που περιέχουν αξιόλογες ποσότητες αιωρούμενων στερεών και δεν παρουσιάζουν καλή απόδοση στην άντληση υγρών χαμηλού ιξώδους. Το μέγεθος των διακένων προσδιορίζεται από το ιξώδες και τα χαρακτηριστικά του ρευστού για το οποίο προσδιορίζεται η αντλία. Η χρήση αυτών ως αντλίες μετάγγισης ή άντλησης δεξαμενών με ρευστά μεγάλου ιξώδους και ιδιαίτερα όπου απαιτείται μεγάλη καταθλιπτική ικανότητα. Στα σύγχρονα πλοία χρήση γίνεται στα δίκτυα πετρελαίου ή λίπανσης, αλλά και στα δίκτυα απάντλησης κυτών σε πετρελαιοφόρα. Σχήμα 6 δ. Κοχλιωτές Αντλίες Η αρχή λειτουργίας είναι παρόμοια με αυτή του Κοχλία Αρχιμήδη. Ο κοχλίας περιστρέφεται στο κέλυφος, οι ταχύτητες και οι πιέσεις που αναπτύσσονται είναι πολύ μεγάλες. Χρησιμοποιούνται για την άντληση μειγμάτων υγρών στερεών και παχύρευστων υγρών (σχήμα 7, 8 & 9). Σελίδα 5 από 8

6 H αντλία δίνει μια παροχή που ο όγκος είναι ομαλός χωρίς αυξομειώσεις και όλα τα περιστρεφόμενα μέρη έχουν σχετικά μικρές ακτίνες και είναι ζυγοσταθμισμένα ώστε να υπάρχει μία ήρεμη και σχεδόν αθόρυβη λειτουργία έως τις 3000 rpm. Σχήμα 7 Σχήμα 8 Όλη η ισχύς παρέχεται από την κινητήρια άτρακτο με μεγάλη ικανότητα αναρρόφησης και μεγάλο ύψος κατάθλιψης και είναι κατάλληλες για υγρά με μεγάλο ιξώδες. Οι κοχλιωτές αντλίες μπορούν να λειτουργήσουν σε μεγάλες ταχύτητες περιστροφής (3.500 rpm) και επιτρέπουν την άμεση σύνδεση τους με Η/Κ. Το κέλυφος κατασκευάζεται από χυτοσίδηρο και οι άξονες από σκληρό χάλυβα. Για υγρά με διαβρωτικές ικανότητες είναι ορείχαλκος (κέλυφος) και ανοξείδωτος χάλυβας (άξονες) 6. Φυγοκεντρικές Αντλίες Σχήμα 9 Οι φυγοκεντρικές αντλίες ονομάζονται και περιστροφικές (σχήμα 10). Χαρακτηρίζονται από τελείως διαφορετική δράση από αυτή των εμβολοφόρων και εκτοπίσεως. Εκείνες εκτοπίζουν το υγρό με έμβολο, τροχούς ή λοβούς και αναπτύσσουν στατική δράση, ενώ οι φυγοκεντρικές προσδίδουν στην αρχή κινητική ενέργεια και στη συνέχεια αναπτύσσουν δυναμική δράση. Σελίδα 6 από 8

7 Σχήμα 10 Μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια που λαμβάνει από τον Η/Κ σε κινητική (ταχύτητα) και στη συνέχεια σε δυναμική ενέργεια (πίεση). Αυτό επιτυγχάνεται από το περιστρεφόμενο τμήμα (στροφείο) μέσα στο οποίο εισέρχεται το υπό μετάγγιση υγρό και από το κατάλληλο διαμορφωμένο σταθερό τμήμα της (κέλυφος) (σχήμα 11). Το υγρό εισέρχεται από το κέντρο του στροφείου και καταλαμβάνει τους χώρους μεταξύ των κυρτών πτερυγίων του. Με την περιστροφή του στροφείου το υγρό εκτινάσσεται προς την περιφέρεια από τη φυγόκεντρο δύναμη και κινείται κατά τη διεύθυνση της ακτίνας, ενώ το κενό που δημιουργείται έρχεται να καλύψει άλλη ποσότητα υγρού. Σχήμα 11 Οι φυγοκεντρικές αντλίες βρίσκουν εφαρμογή στη μεταφορά μεγάλων όγκων υγρών μικρού ιξώδους. Είναι κατασκευασμένη από ένα τροχό με πτερύγια στερεωμένα σταθερά στην περιφέρεια που λέγεται πτερωτή και κυκλικό συλλέκτη (κέλυφος). Οι φυγοκεντρικές αντλίες μπορεί να έχουν μία ή περισσότερες πτερωτές και τις ονομάζουμε μονοβάθμιες διβάθμιες ή πολυβάθμιες (σχήμα 12). Σκοπός είναι η αύξηση της πίεσης του υγρού στην κατάθλιψη για μεγάλα ύψη. Σχήμα 12 Σελίδα 7 από 8

8 7. Επιλογή Αντλιών Στις περιπτώσεις που υπάρχει διχογνωμία ως προς το είδος της επιλεχθησόμενης αντλίας κυρίως μεταξύ φυγοκεντρικών και παλινδρομικών, υπάρχουν στοιχεία οριοθέτησης. Τα μεγέθη επιλογής είναι: Η παροχή Q σε m 3 /h. Το μανομετρικό ύψος Η σε m. Η ταχύτητα των κινητήρων σε στροφές (r.p.m.). Ο βαθμός απόδοσης (%). α. Φυγοκεντρικές Η ροή είναι σταθερή και δεν υπάρχει όριο Q. Το μέγεθος του μανομετρικού ύψους Η δεν είναι περιοριστικός παράγοντας για τη χρήση πολλών βαθμίδων. Η συνήθης περιοχή στροφών από rpm. Υπάρχουν και > rpm. Ο β.α. εξαρτάται από τη σχέση Q/H. Όσο ο λόγος είναι μικρός είναι μικρή και η απόδοση. Αν η σχέση μεγαλώνει η απόδοση φθάνει εκείνη των παλινδρομικών & μειώνεται αν το υγρό είναι παχύρευστο ή περιέχει αιωρούμενα σωματίδια. β. Παλινδρομικές Η παροχή δεν ξεπερνά τα 200 m 3 /h. Αντιμετωπίζουν αποτελεσματικά μεγάλα ύψη και με μικρές ταχύτητες σχετικά μικρές παροχές. Περιοχή στροφών από rpm. Αν η κινητήρια μηχανή είναι Η/Κ απαιτείται μειωτήρας. Ο β.α. είναι ανεξάρτητος από τη σχέση Q/H και είναι πολύ υψηλός εφόσον οι αντλίες εφόσον οι αντλίες αντλούν κάποιο υγρό κατάλληλο για συγκεκριμένο τύπο αντλιών. Σελίδα 8 από 8