Vodné čerpadlo s vysokým tlakom: princíp činnosti, typy, pravidlá výberu a prevádzky

Obyvatelia vidieckych osád, ktorých územia nie sú napojené na centrálne vodovodné siete, riešia otázku dodávky vody vybudovaním autonómnych systémov. Pri realizácii tejto úlohy zohráva kľúčovú úlohu vodné čerpadlo s vysokým tlakom. Jeho hlavnou úlohou je stabilizovať tlak v systéme.

Povieme vám, aký sortiment vodných čerpadiel ponúka trh a podľa akých kritérií vyberať zariadenie. Zoznámime vás s poprednými výrobcami v segmente. U nás sa dozviete o konštrukčných vlastnostiach techniky, ktoré sú základom rozdelenia na typy.

Pre názorné vnímanie informácií sme text doplnili užitočnými schémami, výbermi fotografií a video návodmi.

Účel a typy agregátov

Bez ohľadu na to, odkiaľ sa voda odoberá – z najbližšej vodnej plochy, špeciálne vybudovanej studne, vrtu – automatické dodávanie vody na pozemok možno uskutočniť pomocou bežného čerpadla.

Pre normálnu prevádzku domácich spotrebičov musí byť tlak vody v systéme najmenej 2,5 atmosféry a zároveň nesmie presiahnuť 6 atmosfér. A tento parameter možno dosiahnuť iba vytvorením systému na udržiavanie konštantného tlaku. Na tento účel sa používajú rôzne varianty čerpadiel s vysokým tlakom na vodu.

Kedy je potrebné čerpadlo s vysokým tlakom?

Zariadenie na zvýšenie a udržanie tlaku vody v autonómnom systéme sa používa vtedy, keď je tlak taký nízky, že nie je možné používať vodu na prevádzku domácich spotrebičov.

Inštalácia čerpadla je prípustná, ale nie zvlášť odporúčaná na stabilizáciu parametrov tlaku v bytovom okruhu, ak obyvatelia pociťujú skutočný nedostatok vody.

Tento typ vodných čerpadiel je určený na zvýšenie tlaku v individuálne vybavenom vodovode, ak na zabezpečenie normálneho tlaku nestačí výkon vodného čerpadla.

Použitie zariadenia bude aktuálne, ak tlak v systéme nie je vyšší ako 1 – 1,5 atmosféry. Malý rozmerový prístroj je možné inštalovať ako na hlavné potrubie, tak aj na výstup k samostatnému domácemu spotrebiču. Napríklad pripojením k potrubiu, ktoré privádza vodu do ohrievača alebo práčky.

V prvom prípade bude potrebné zakúpiť výkonné zariadenie s dobrými prevádzkovými vlastnosťami, v druhom prípade sa možno zaobísť inštaláciou malého nízkopríkonového automatického čerpadla.

Fungovanie zariadenia môže prebiehať prostredníctvom:

• Ručného ovládania – predpokladá nepretržitú prevádzku zariadenia bez ohľadu na to, či sa práve uskutočňuje dodávka vody, ale za predpokladu, že vypnutie zariadenia sa vykonáva nútene ručne. Používa sa pri zriaďovaní „podlahového vykurovania“, kde je neustále potrebné udržiavať tlak vo vykurovacích okruhoch na požadovanej úrovni.
• Automatického režimu – zapnutie zariadenia vykonáva automatický systém, napríklad pri otvorení kohútika. Prevádzku reguluje špeciálny prietokový senzor: v momente zatvorenia kohútika sa fungovanie čerpadla zastaví.

Hlavnou funkciou regulačného systému je zapnúť zariadenie pri poklese tlaku a vypnúť, keď dosiahne nastavený parameter. Veď pokles tlaku v potrubí a jeho nadmerné zvýšenie ničí potrubné spoje a škodlivo ovplyvňuje prevádzku domácich spotrebičov.

Alternatívne opatrenia na zvýšenie tlaku

Avšak inštalácia čerpadla, ktoré má stimulovať tlak, bude úplne zbytočná v prípade, ak má zdroj malú vydatnosť. Nepomôže ani vtedy, ak sa systém občas uzatvára. Optimálnym riešením v takejto situácii bude použitie samonasávacej čerpacej stanice.

Čerpacia stanica je vybavená na základe rovnomennej kategórie čerpadiel, vybavených injektormi alebo bez nich. Okrem toho je doplnená hydroakumulátorom, určeným na zásobu vody. Navonok sa podobá bežnej nádrži, len vnútri je uložená gumová membrána so vzduchom. Súbor zariadení a príslušenstva riadi tlakové relé vody.

Počas prevádzky stanice v období nepretržitej dodávky vody čerpadlo napĺňa zásobnú nádrž vodou, odkiaľ sa následne spotrebúva.

Inštalácia samonasávacej čerpacej stanice je účinná aj v prípade, keď je v suteréne domu normálny tlak, ale na vyšších poschodiach už nie je vôbec.

Akumulovanú vodu je možné neskôr spotrebovať bez ohľadu na to, či je v systéme voda, čo je obzvlášť dôležité pri častých výpadkoch dodávky. Významnou nevýhodou takýchto zariadení je rozmernosť konštrukcie kvôli prítomnosti hydraulického zásobníka a hlučnosť zariadenia počas prevádzky.

Namiesto hydraulického zásobníka možno použiť bežnú akumulačnú nádrž, v ktorej sa bude akumulovať voda počas dodávky s normálnym tlakom. Je možné ju umiestniť na vysokej estakáde alebo na streche domu a počas výpadkov využívať zásobu.

Jednou z možností riešenia problému nedostatku tlaku je inštalácia akumulačnej nádrže. Umiestňuje sa na čo najvyššom možnom mieste, najčastejšie na zateplenej povale.

Typy a činnosť čerpadiel s vysokým tlakom

Pred rozhodnutím nainštalovať stimulačné čerpacie zariadenie by ste mali posúdiť stav potrubia. Nie je vylúčené, že nedostatok tlaku je spôsobený upchatými trubkami usadeninami. Ak sa z tejto ťažkej situácie možno dostať len inštaláciou zariadenia, potom by ste sa mali podrobnejšie oboznámiť s jeho technickými špecifikáciami.

Princíp fungovania čerpadiel s vysokým tlakom je rovnaký bez ohľadu na variant pracovného orgánu a typ konštrukcie. Zariadenie počas fungovania pracovného uzla vytvára vnútri dutiny vákuový priestor, vďaka ktorému dochádza k nasávaniu vody.

Vďaka vytvoreniu vákuového priestoru je voda „nasávaná“ zo zdroja do komory a potom je pod vplyvom vysokého tlaku pretláčaná cez výstupnú prípojku.

V predaji sú modely univerzálneho typu, vhodné pre vodu akejkoľvek teploty, a tie, ktoré možno použiť len v studenom alebo len v horúcom prostredí.

V závislosti od spôsobu chladenia pracovného motora sú agregáty dvoch typov: so suchým a s mokrým rotorom.

Agregáty so suchým rotorom

Modifikácie so suchým rotorom je ťažké zameniť s mokrými náprotivkami. Majú asymetrický tvar s výrazným prevahom na stranu silovej časti zariadenia. Je to preto, že jeho motor je vybavený lopatkovým chladiacim zariadením, pretože nie je počas prevádzky omývaný vodou.

Kvôli asymetrickému tvaru a posunu osi smerom k motoru sú „suché“ modely vybavené konzolovými prípravkami na dodatočné upevnenie na stenu.

Prečerpávacie zariadenia vybavené suchým rotorom sa vyznačujú vysokou úrovňou výkonnosti a využívajú sa pri potrebe zásobovania vodou veľkých plôch.

Vďaka tomu, že motor je v takýchto modeloch oddelený od hydraulickej časti na konci hriadeľa upchávkovým tesnením, slúžia oveľa dlhšie ako “mokré”. Pravda, tesnenie, ako aj ložisko, má tendenciu opotrebovávať sa a potrebuje pravidelnú výmenu.

Z tohto dôvodu agregáty vybavené suchým rotorom vyžadujú častejšiu údržbu a pravidelné mazanie trecích častí. Ďalšia nevýhoda – “suché” zariadenia sú hlučné, preto miesto na ich inštaláciu treba dôkladne premyslieť.

Prístroje s mokrým rotorom

Prietokové agregáty predpokladajú chladenie pomocou čerpanej vody. Pritom je rotor zariadenia umiestnený vo vodnom prostredí a izolovaný vodotesnou prepážkou od statora.

Agregáty s mokrým rotorom sa vyznačujú nízkou úrovňou vytváraného hluku. Cirkulačné čerpadlá s mokrým rotorom sú určené na vybavenie vykurovacích systémov, ale často sa používajú pre systémy zásobovania vodou pri vykurovaní obytných priestorov.

Zariadenia tohto typu majú modulárnu konštrukciu, vďaka čomu sa dajú bez problémov rozobrať na jednotlivé časti pri potrebe výmeny samostatného prvku.

Použité kĺzné ložiská v konštrukcii nevyžadujú dodatočnú údržbu. Avšak “mokré” čerpadlá majú kratšiu životnosť a strácajú voči “suchým” agregátom v parametroch vytváraného tlaku. Existujú obmedzenia smeru montáže – je možné len horizontálne.

Závažným nedostatkom čerpadiel tohto typu je zraniteľnosť pri práci so špinavou vodou, ktorej cudzie prímesi môžu zariadenie poškodiť.

Rozdelenie podľa spôsobu vytvorenia vákuovej komory

Mechanizmus práce tohto typu zariadení je založený na reakcii vytláčania. Proces odsávania sa uskutočňuje pôsobením zmeny veľkosti pracovnej komory. Veľkosť vznikajúceho vákua priamo závisí od stupňa tesnosti pracovnej komory.

Veľkosť vákua sa dá regulovať. Vďaka tomu sa môže tlak na niektorých miestach systému zvyšovať, alebo naopak znižovať.

Vákuové čerpadlá majú vo väčšine konfigurácií tvar valca, vo vnútri ktorého je zabudovaný hriadeľ vybavený obežným kolesom alebo impeler.

Hriadeľ je hlavný pracovný nástroj mechanizmu. Obežné koleso vybavené lopatkami vykonáva rotačné pohyby. Pôsobením lopatiek pohybujúcich sa po kruhu dochádza k zachytávaniu kvapaliny nachádzajúcej sa v pracovnej komore. Počas otáčania vzniká odstredivá sila. Tá potom vedie k vytvoreniu kvapalinového prstenca. Nevyplnený priestor vytvorený vo vnútri prstenca predstavuje vákuum.

V závislosti od spôsobov, akými sa vytvára vákuová komora, môžu byť vysokotlakové čerpadlá na vodu odstredivé, vibračné a vírivé.

Zariadenia odstredivého typu

Odstredivé čerpadlové čerpadlá – najrozšírenejší typ prečerpávacích zariadení, schopných zabezpečovať vysoký tlak v systéme. Prečerpávajú vodu vďaka rotácii pracovného kolesa upevneného vo vnútri špirálovitého telesa. Pracovné koleso pozostáva z dvoch spojených kotúčov, medzi ktorými sú upevnené lopatky v smere opačnom k prúdu privádzanej kvapaliny.

Odstredivé stanice sú vybavené hydraulickými nádržami, ktoré zabezpečujú zásobu vody pre prípad nedostatku a výkyvov tlaku, a zariadeniami automatického riadenia.

Počas otáčania vzniká odstredivá sila, ktorá stimuluje vytláčanie prúdov vody zo stredu komory a odhadzuje ju do vzdialených častí. Vďaka tomu hladina tlaku v strede otáčajúceho sa pracovného kolesa klesá a voda začína vstupovať do vnútra telesa.

Odstredivé prístroje sú vo väčšine prevedení vybavené hydraulickými akumulátormi. S tlakovými potrubiami sú spojené pomocou hrdiel rôznych priemerov.

Ak objem hydraulickej nádrže čerpacej stanice nie je dostatočný, môže byť použitá ako agregát dodávajúci vodu do akumulačnej nádrže

Zariadenie odstredivého typu je schopné zabezpečovať neprerušovanú dodávku vody pri vysokom tlaku. Jediná podmienka prevádzky – pri spúšťaní agregátu je potrebné naplnenie telesa vodou. Odstredivá odroda má obmedzenia: vodu môžu čerpať z hĺbky najviac 8 m, ale ako doplnok v systéme na zvyšovanie tlaku z niekoľkých čerpadiel a akumulátorov sú celkom vhodné.

Vibračné elektromagnetické čerpadlá

Princíp činnosti vibračných čerpadiel je založený na schopnosti magnetu vďaka pôsobeniu striedavého prúdu striedavo priťahovať k sebe a potom púšťať tandem kotva-piest. Zmenou polarity kotva vykonáva striedavé pohyby. Počas jednej sekundy sa poloha kotvy môže zmeniť niekoľko desiatok ráz.

Vďaka absencii rotujúcich častí v elektromagnetických zariadeniach vibračného typu sú považované za najspoľahlivejšie a najodolnejšie.

V dôsledku vibračných kmitov sa voda najprv nasáva do pracovnej komory a potom je vytláčaná cez ventil do výtlačného potrubia. Vibračný agregát môže pracovať v páre s odstredivým náprotivkom alebo tlačiť zásobu vody do akumulačnej nádrže.

Vírivé modely čerpadiel

V dutine telesa takýchto agregátov je umiestnený plochý disk vybavený radiálne upevnenými lopatkami. Otáčanie kolesa s periférnymi lopatkami vytvára vákuum.

Pôsobením otáčania disku sa kvapalina dostáva do špeciálne upravenej dutiny telesa a potom, po prechode komorou, je vytláčaná von.

Vírivé zariadenia sa vyznačujú vysokou sacou silou. Neboja sa prítomnosti vzduchových bublín vo vode. Sú však citlivé na prítomnosť suspendovaných častíc v kvapaline, a preto majú obmedzenú oblasť použitia. Keďže vírivé zariadenia sa pri prečerpávaní špinavej vody rýchlo kazia, neodporúča sa ich používať pri budovaní pieskových studní a vrtov.

Poprední výrobcovia a obľúbené modely

Medzi overenými svetovými značkami, ktoré sú najpopulárnejšie, stojí za to vyzdvihnúť:

• «Grundfos» – dánska spoločnosť sa zameriava na čerpadlá s cirkulačným systémom prevádzky, ktoré sa vyznačujú malými objemami.
• «CatPums» – špecifikom zariadení vyrábaných pod touto značkou je nízka pulzácia mechanizmov pri maximálne vysokom tlaku.
• «Wilo» – nemecký koncern sa špecializuje na výrobu kompaktných čerpacích staníc vybavených vstavanými hydroakumulátormi.
• «Sprut» – špecifikom čerpadiel na zvýšenie tlaku tejto značky je požiadavka na čistotu a teplotu vody.

Vyššie uvedení výrobcovia vyrábajú svoje produkty overenou technológiou, ktorá zaručuje spoľahlivosť čerpacieho zariadenia. Majú ochranu proti preťaženiu, cyklickosti a „suchému chodu“.

Cenové rozpätie modelov čerpadiel s nízkym výkonom sa pohybuje v rozmedzí 30–50 €. Výkonnejšie vzory vybavené systémom automatizácie je možné zakúpiť v okolí 70–100 €. Čerpacie stanice vyjdú na cenu v rozmedzí 80–150 €.

Kompaktné a hmotnostne malé agregáty je vhodné používať ako pri budovaní individuálneho zásobovania vodou, tak aj na prevádzku v byte.

Medzi modelmi stredného cenového segmentu sa osvedčili:

• «Sprut 15WBX-8» – jednoduchá konštrukcia so suchým rotorom má výkon 480 l/h pri príkone 90 W. Malý a ľahký prístroj sa umiestňuje priamo na potrubie.
• «Euroaqua 15WB-10» – vírivé elektrické zariadenie ľahko zvláda kvapalinu, ktorá obsahuje vzduch alebo plyn.
• «Cristal 15GRS-10» – model je známy nízkou energetickou náročnosťou a vysokou účinnosťou, vyznačuje sa schopnosťou ohrievať vodný tok až na 65 stupňov.

Neoplatí sa šetriť a kupovať čínske falzifikáty. Remeselníci sa do ich opravy nepúšťajú. Nečestní výrobcovia ich zostavujú tak, že porucha jednotlivého prvku okamžite vedie k potrebe kompletnej výmeny zariadenia.

Osobitosti výberu zariadenia

Pri výbere čerpadla na zabezpečenie tlaku sa oplatí riadiť sa radom parametrov.

Určenie výkonnosti agregátu

Tento parameter závisí od úlohy, ktorá je na čerpadlo kladená, a od potrebného prietoku vody. Pri výpočte celkového prietoku vody sa zohľadňujú hospodárske a domáce potreby, pričom sa vychádza z celkových hodnôt maximálneho prietoku vody všetkých fungujúcich odberných miest za jednu časovú jednotku.

Určiť pomer výkonu a dopravnej výšky zariadenia pomôže graf, ktorý väčšina výrobcov priloží v návode k čerpadlám.

Výkon čerpadiel stredného cenového segmentu stačí na to, aby zvýšil tlak aspoň o 1-1,5 atmosféry. Ak to nestačí, systém sa doplní čerpadlami na zvýšenie tlaku alebo reduktormi stabilizujúcimi tlak.

Rozpočtovou možnosťou zvýšenia tlaku – inštalácia reduktora v mieste vstupu systému do domu alebo bytu. Zariadenie automaticky stabilizuje tlak v okruhu.

Pri výbere zariadenia treba zohľadniť aj to, aby výkon prečerpávacieho prístroja neprekračoval výdatnosť studne alebo vrtu. V opačnom prípade pri rýchlom vyprázdnení zdroja a jeho oneskorenom dopĺňaní bude zariadenie jednoducho pracovať „nasucho“. To môže viesť k jeho poruche.

Odporúčaný tlak zariadenia

Tento parameter udáva hodnotu výšky v metroch, do ktorej je zariadenie schopné zdvihnúť vodu. Pri určovaní požadovanej dopravnej výšky treba zohľadniť vzdialenosť dopravy vody po horizontále a štandardné straty tlaku počas jej prepravy potrubím.

Ak sa tento parameter vypočíta podľa zjednodušeného vzorca, jeho hodnota sa rovná desatine celkovej dĺžky horizontálneho potrubia. Napríklad desatina dĺžky hadice pripojenej k čerpadlu na zalievanie zelene.

Napríklad pri zriaďovaní studne s hĺbkou 10 metrov na dodávku vody do domu vzdialeného 12 metrov od odberného miesta, za predpokladu vedenia potrubia do výšky 4 metre nad zemou, sa tlak agregátu vypočíta sčítaním hodnôt: 10+4+(12:10)=15,2 metra.

Aby sme však dosiahli presnejšie výpočty, treba zohľadniť aj priemer potrubia a straty tlaku pri zdvíhaní vody potrubím, ako aj pri jej prechode cez ohyby a uzly. Pri nedostatočnom tlaku bude totiž výstupný tlak nízky. Z tohto dôvodu sa pri zriaďovaní odberných systémov vyberajú čerpadlá schopné udržiavať tlak v systéme v rozmedzí 2-6 barov.

Na domáce potreby sa neoplatí vyberať agregáty s vyššími parametrami, pretože vytváraním zvýšeného zaťaženia môžu spôsobiť rýchle opotrebovanie potrubia a sanitárnych zariadení.

Pri výbere zariadenia treba tiež zohľadniť:

• rozsah pracovných teplôt;
• úroveň hluku vytváraného počas prevádzky.

V predaji sú elektrické modely a kvapalnopalivové agregáty. Prvé sú napájané len z elektrickej siete. Môžu byť dvoj- a trojfázové. Druhé sú vybavené spaľovacím motorom. Ako palivo používajú naftu alebo benzín.

Prítomnosť automatizačného systému výrazne zvyšuje cenu zariadenia. Vysoká cena automatizovaných mechanizmov s vysokou úrovňou elektrickej ochrany sa však plne oplatí, pretože zariadenia tohto typu citlivejšie reagujú na zmeny situácie a spotrebúvajú menej elektriny.

Závery a užitočné video k téme

Video prehľad čerpadla na zvyšovanie tlaku:

Variant riešenia systému s použitím zariadenia na zvýšenie tlaku vody:

Sortiment čerpacích zariadení je na trhu k dispozícii v širokej ponuke. Odborníci však odporúčajú nakupovať ich v značkových predajniach. Tam vám pomôžu vybrať optimálny variant podľa technických podmienok objektu a zabezpečia záručný servis, čo je obzvlášť dôležité pri nákupe drahých zariadení.

Chcete porozprávať o tom, ako ste vyberali vysokotlakové čerpadlo, alebo o používaní tohto typu zariadenia v praxi? Napíšte, prosím, do nižšie uvedeného bloku komentárov. Tu môžete tiež položiť otázky alebo oznámiť zaujímavé fakty.