Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Kutak, kútszivattyúk, szivattyúk I.

2000/12. lapszám | Kónya Tamás |  18 120 |

Figylem! Ez a cikk 24 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az épületgépészeti technika egyik fontos feladata, hogy a közműves vízellátással el nem látott területeken a saját kút vizét felhasználva központi vízellátásra kínáljon műszaki megoldást. A feladat összetett. Eltekintve a kútépítés sajátos körülményeitől, feltételezzük, hogy a területen rendelkezésre áll egy megfelelő vízhozamú kút. A kútból a vizet olyan ütemben kell kiemelni, hogy egyrészt ez összhangban legyen a kút vízadó képességével, másrészt illeszkedjen minden napszakban a sokszor szélsőségesen jelentkező fogyasztói igényekhez. Szükség esetén meg kell oldani a nyomásfokozást is.

Bevezetés

Az épületgépészeti technika egyik fontos feladata, hogy a közműves vízellátással el nem látott területeken a saját kút vizét felhasználva központi vízellátásra kínáljon műszaki megoldást.

A feladat összetett. Eltekintve a kútépítés sajátos körülményeitől, feltételezzük, hogy a területen rendelkezésre áll egy megfelelő vízhozamú kút. A kútból a vizet olyan ütemben kell kiemelni, hogy egyrészt ez összhangban legyen a kút vízadó képességével, másrészt illeszkedjen minden napszakban a sokszor szélsőségesen jelentkező fogyasztói igényekhez. Szükség esetén meg kell oldani a nyomásfokozást is.

A következőkben sorra vesszük azokat a gépegységeket, amelyeknek fontos szerepp jut a vázolt feladat megoldásában. Megvizsgáljuk a működés körülményeit, a helyes gépkiválasztási szempontokat, az üzemvitel biztonságos feltételeit, sorra vesszük az egyes meghibásodási lehetőségeket, azok elhárításának lehetséges módozatait. Mindeközben nem vetjük el a már több évtizede jól bevált műszaki megoldásokat, de figyelünk az új, korszerű berendezésekre is.

 

A szivattyúkvízkiemelő képessége


A szivattyúk nem tudnak tetszés szerinti mélyről vizet felszínre hozni. Elméletileg az atmoszferikus nyomásnak megfelelően legfeljebb 10 m mélyről lehet vizet szivattyúval felszívni. A gyakorlatban a veszteségek miatt a reális vízmélység nem több, mint 6-7 m (1. ábra).
Ha a vízszint ennél mélyebben van, a szivattyút kell közelebb vinni a vízfelszínhez (2. ábra).
Térszint alatt, fúrt kút mellett kialakított aknában lévő szivattyú a téli fagyveszélytől is védett (3. ábra).
Fúrt kutakban az üzemi vízszint- ingadozás nagyobb, mint a nagyobb vízfelszínű ásott kutakban, ezért a szivattyú és a szívókosár-lábszelep magassági helyzetének meghatározásánál erre tekintettel kell lenni. Túl nagy leszívás esetén előfordulhat, hogy

  • a szívási magasság meghaladja a 6-7 métert,
  • a szívókosár-lábszelep az üzemi vízszint fölé kerül.

Mindkét esetben megszakad a vízellátás.


Tekintettel kell lenni a meteorológiai körülményekre is. Szárazság esetén mélyebbre húzódik a nyugalmi vízszint (a talajvízszint), különösen tartós csapadékhiány esetén. Esős időszakban nemcsak emelkedik a talajvízszint, de tartós vízkiemelés esetén sem kell arra számítani, hogy nagy lesz a leszívási mélység. Ekkor ugyanis bővebb a kút felé a vízutánpótlás.
6-7 m-nél lényegesen nagyobb mélységből lehet vizet kiemelni térszinten szerelt centrifugálszivattyúval, ha a vízfelszín alá vízsugárszivattyút, mélyszívófejet helyezünk el. A mélyszívófejes szivattyúzás működési elve 4. ábrán nyomon követhető.


A centrifugálszivattyú által kiemelt víz egy része visszakerül a kútba az 1 jelű csövön a vízsugárszivatytyúhoz. A szűkülő csőszakaszon (konfúzor) a primer víz nyomási energiája mozgási energiává alakul át, a sebessége megnő, a környező térben a nyomás lecsökken. Ennek szívóhatása van a kútban lévő vízre. A kútból a 2 jelű szűrőkosáron át beáramló víz és a visszajuttatott víz a konfúzort követő hengeres szakaszban keveredik egymással, majd a bővülő csőszakaszban (diffúzor) az energiaátalakulás fordított lesz. A folyadék sebessége lecsökken, a mozgási energia nyomására nő a víz nyomása.


Ezek az energiaátalakulások nagy veszteséggel járnak. Emiatt a mélyszívófejes vízkiemelés rossz hatásfokú, a szívómagasságtól függően 15–30%-os. Ennek ellenére kisebb kutak esetében szívesen alkalmazzák üzembiztonsága és amiatt, mert 35–40 méteres mélységig használható.
A búvárszivattyú ott használható előnyösen, ahol nagy mélységből kell a vizet a felszínre hozni. Függőleges elrendezésű, a motor, a többlépcsős szivattyú és a visszacsapó szelep egybe van építve és a vízszint alá van süllyesztve. A villanymotor zárt, külön hűteni nem szükséges, a külső köpenyen át kapja a hűtést. A búvárszivattyú általában csak fúrt csőkutakba kerül beépítésre, ezért kis átmérőjű, így a kútcsövekben elfér. A szívóoldali beömlőnyílást szűrőszita fedi.

 

A szivattyúk szállítóképessége

A cikksorozat részei: Kutak, kútszivattyúk, szivattyúk III. Kutak, kútszivattyúk, szivattyúk II. Kutak, kútszivattyúk, szivattyúk I.

A kútszivattyú feladata az, hogy

  • a vizet a csőhálózatban mozgásba hozza,
  • a vizet a legmagasabban lévő csapolóig felemelje,
  • a csőhálózat alaki és súrlódási ellenállását legyőzze,
  • a csapolónál biztosítson egy minimális kifolyási nyomást, amely 0,5-1,5 bar között változhat.

A víz mozgatása, emelése energiát igényel, ezt fedezi a szivattyúzási munka. Szabad vízfelszínű kutak esetében a centrifugálszivattyúk szállítómagasságának fogalmát az 5. ábra alapján ismerhetjük meg.


A szivattyú szállítómagasságának komponensei:


H = Hg + Hv, ahol
Hg = Hgsz + Hgny
Hv = Ha + Hs

H: a szivattyú szállítómagassága (m),
Hg: a geodetikus magasságkülönbség, ami a szívó- és nyomóoldali vízfelszínek geodetikus magasságkülönbségéből áll (m),
Hgsz : szívóoldali geodetikus magasságkülönbség (m),
Hgny: nyomóoldali geodetikus magasságkülönbség (m),
Hv: veszteségmagasság, ami a csőhálózat alaki és súrlódási ellenállásának összege (m),
Ha: alaki ellenállás (m),
Hg: súrlódási ellenállás (m).

Valamivel bolyolultabb a helyzet, ha egy szivattyú nyomás alatti térből szállít nyomás alatti térbe /p2 > p1/. A 6. ábra szerint a szivattyú szállítómagasságának komponensei:
H = Hg + Hny + Hv, ahol Hny = p2 > p1 / r x g

Hny: nyomómagasság, ami a vízfelszínekre ható nyomások különbsége (m),
r: szállított folyadék sűrűsége (kg/m3)
g: nehézségi gyorsulás (m/s2)

Az utóbbi összefüggésben szereplő két komponens összegét statikus szállítómagasságnak (Hst) is szokták nevezni: Hst = Hg + Hny.
Szivattyú-jelleggörbe
A gyakorlatban a szivattyú és a csatlakozó csővezeték összekapcsolt egységként jelenik meg, így ezek egymásra hatását ismernünk kell. Ezt a célt szolgálja az ún. szivattyú- jelleggörbe vagy más kifejezéssel fojtásgörbe. A 7. ábrán négy vonalat látunk:
1: H = f/V/, a szállítómagasság változása a térfogatáram függvényében (fojtásgörbe);
2: N = f/V/, a teljesítményigény változása a térfogatáram függvényében,
3: h = f/V/, a hatásfok változása a térfogatáram függvényében,
4: a csővezeték terhelésgörbéje.
A szivattyú-jelleggörbe és a csővezeték-terhelésgörbe metszéspontja a szivattyú munkapontja. Ebben a pontban a szivattyú szállítómagassága és a csővezeték ellenállása egyensúlyban van. A szivattyú kiválasztásánál a feladat ismeretében arra kell törekednünk, hogy a munkapont a legjobb hatásfokú pontban, vagy annak környezetében legyen (mozogjon). A legjobb hatásfokhoz tartozó munkapontot normálpontnak nevezzük.

A víz kútból való kiemelése, szállítása


Ha szivattyúvezetékben nincs víz, a szivattyú a szivattyúcsőböl kiszívja a levegőt, szivattyúkonstrukciótól függően kisebb-nagyobb mértékben, ezáltal légritkítást okoz. A szívócsőben ennek hatására megemelkedik a vízoszlop olyan magasságig, amíg a csőben lévő levegő és a vízoszlop együttes nyomása egyenlővé nem válik a légköri nyomással. Ha a légritkítás 100%-os volna, akkor a vízoszlop ~10 m-t emelkedne. Azért kell feltételes módban beszélnünk, mert a különböző veszteségek csökkentik a szivattyú valóságos szívómagasságát. Veszteséget okoz :

  • a csőhálózat esetleges tömítetlensége,
  • a vízoszlop felett lévő gőznyomás (páranyomás),
  • a víz mozgása során jelentkező alaki- és súrlódási ellenállás,
  • a szivattyú konstrukciós sajátossága, hibája.


Minél nagyobb a szállítandó víz hőmérséklete, annál nagyobb a páranyomás. 100 ?C-os víz esetén gyakorlatilag a gőznyomás egyensúlyt tart a külső atmoszféerikus nyomással, azaz forrásban lévő vizet szívni nem lehet. A gyakorlat szerint 65–70 ?C-os vizet is csak hozzáfolyással lehet szivattyúzni.
A kavitáció jelensége akkor lép fel, ha a szívóoldalon a szállított víz hőmérsékletéhez tartozó telítési gőznyomás értéke alá csökken a nyomás. Ekkor gőzbuborékok jelennek meg a vízben, és ezt az állapotot nevezzük kavitációnak. A kavitáció igen káros hatással lehet nemcsak a szivattyúra, de a csőhálózatra is.
Minél melegebb a szállítandó víz, annál nagyobb az esélye annak, hogy a szívócsőben, a szivattyú szívócsonkjának környezetében szívásra gőzfejlődés lépjen fel. Kutak esetében, ahol hidegvíz-továbbításról van szó, gyakorlatilag nem kell számolni kavitációval.


Fentiekre tekintettel a szívóvezeték kiépítésénél a következőkre kell törekedni:

  • minél kisebb ellenállású legyen, azaz rövid és nagy átmérőjű,
  • alaki ellenállást okozó elemet, így ívet, szerelvényeket lehetőleg ne tartalmazzon; ha mégis kell elzárószerkezetet építeni a szívócsőbe, akkor az ne szelep, hanem tolózár vagy gömbcsap legyen,
  • a szívóvezeték szerelésénél különös gonddal kell ügyelni arra, hogy a vezeték jól tömítve legyen, azaz sehol se tudjon levegő behatolni,
  • a szívóvezetékben sehol se legyen légzsák, a vízszintes csőbe épített szűkítők excentrikusak legyenek, a vízszintes oldaluk felül legyen, hogy a szívóvezeték minden részéből el tudjon a levegő távozni (8. ábra).