Pompa wodna parowa - działanie - naprawa - zawory

 Dwustronna pompa parowa jest tak cudownie prostym, a jednocześnie niezwykle praktycznym wynalazkiem. Nie posiada części wirujących, składa się z dwóch cylindrów parowych dostarczających moc do dwóch cylindrów pompujących, z których każdy moc i tłok pompujący są zamontowane na wspólnym tłoczysku. Kiedy jeden cylinder działa, uruchamia zawór parowy, który następnie obsługuje drugi cylinder, który następnie działa na zawór, aby ponownie obsługiwać pierwszy cylinder. Ponieważ ciśnienie tłoczenia płynu jest równe ciśnieniu pary, pompa po prostu zatrzymuje się; zaczyna się od nowa, gdy ciśnienie tłoczenia spada.

Pompa wodna parowa - steam water pump
Parowa pompa wodna z XIX wieku

Zasada działania pompy wodnej

Pompa działa na zasadzie wypierania tłoka lub nurnika poruszającego się w zamkniętym naczyniu wyposażonym w odpowiednie kanały wlotowe i wylotowe, które są sterowane zaworami. W niektórych przypadkach możemy mieć do czynienia z koniecznością dostarczenia dużej ilości wody przy niewielkiej wysokości podnoszenia, ciśnieniu lub oporze, podczas gdy w innych może być tylko niewielka objętość wody, która ma być dostarczona, ale duży opór, który musi być pokonany przez pompę.

Na szkicu zamieszczony został schemat działania pompy siłowej jednostronnego działania z tłokiem ( A ), poruszającym się zgodnie z kierunkiem podanym przez  strzałkę ( a ), Kiedy pompa jest po raz pierwszy uruchomiona, ciśnienie atmosferyczne działa jednakowo na obie strony tłoka A, który jest zatem (pomijając jego ciężar) w równowadze. Jednak po kilkukrotnym ruchu posuwisto-zwrotnym tłoka w cylindrze, powietrze zostaje usunięte z rury ssącej B, której dolny otwarty lub perforowany koniec znajduje się na powierzchni wody, która ma być wtłoczona. Woda ta, zatem, płynie w górę rury ssącej, pod wpływem ciśnienia atmosferycznego na jej powierzchni (jak wskazują strzałki 6), i wchodzi do lub cylindra pompy.  Normalne ciśnienie atmosferyczne wynosi 14'7 lb. na cal kwadratowy, co podtrzymuje słup wody o wysokości około 33 stóp. ( 1 in² = 6.45 cm², 14'7 lb = 1 bar, 1 stopa = 30,48 centymetrów, 1 pręt to około 5,03 metra ) Jeśli zatem wysokość C, gdy tłok znajduje się na szczycie swojego skoku, wynosi 23 stopy, wynika z tego, że z ciśnienia atmosferycznego dostępnego u podstawy kolumny ssącej 23/33 pręty są potrzebne do zrównoważenia samej kolumny ssącej, podczas gdy tylko 10/33 pręty są dostępne jako siła równoważąca po spodniej stronie tłoka przeciwko stałemu ciśnieniu atmosferycznemu (równemu około 33 stopom słupa wody) na jego szczycie. 

Pompa wodna parowa - steam water pump

Wpływ powietrza w komorze pompy.

Pierwszym problemem z jakim boryka się pompa wodna jest zapowietrzenie przewodu ssawnego pompy. Ma to bezpośredni wpływ na tłoczenie wody przez urządzenie. Jednak w niektórych typach pomp,  pojemność komory pompy znacznie przekracza objętość każdego skoku pompy, może się zdarzyć, że powietrze w takiej komorze uniemożliwi przyjęcie wody z przewodu ssawnego. 

Schemat pompy parowej - steam water pump
Schemat pompy parowej

Bęben pompy A jest zamocowany centralnie w dużej komorze pompy dwustronnego działania B, posiadającej zawory ssawne a a na dole i zawory tłoczne b,b na górze. Załóżmy, że po pewnym czasie pracy pompy, dostarczającej wodę do zbiornika umieszczonego na znacznej wysokości nad komorą pompy, konieczne stało się przeprowadzenie wewnętrznego badania komory. W tym celu zamyka się zawór C w rurze tłocznej D, aby zapobiec powrotowi wody, a następnie otwiera się niezbędne pokrywy komory. Po zakończeniu kontroli i ewentualnych naprawach, pokrywy komory są bezpiecznie połączone, zawór C ponownie otwarty, a pompa ponownie uruchomiona. Prawdopodobnie okaże się jednak, że woda nie zostanie dostarczona, ponieważ pełne ciśnienie Woda we wznoszącej się lub odprowadzającej magistrali lub rurze D, działając na zawory 6, utrzyma je zamknięte przed powietrzem, którym oczywiście komora została naładowana po otwarciu jej pokryw. Wynika z tego, że powietrze nie będzie wyrzucane, lecz po prostu sprężane przez ruchy posuwisto-zwrotne. We wszystkich takich przypadkach należy przewidzieć pracę pompy z niewielką lub żadną głowicą lub ciśnieniem na zaworach tłoczących 66 do momentu, gdy całe powietrze zostanie usunięte z komory.

Prędkość tłoka.

Prędkość, z jaką tłok lub nurnik pompy może być bezpiecznie napędzany, zmienia się w zależności od warunków, w jakich pracuje. Z oczywistych powodów żaden użytkownik nie będzie chciał kupić większej pompy niż jest to absolutnie konieczne, a ponieważ wydajność maszyny (mierzona ilością wody, którą dostarczy w określonym czasie) jest wprost proporcjonalna do prędkości, wynika z tego, że pompa, którą jeden producent będzie oferował jako mającą wydajność, powiedzmy, 5000 galonów na godzinę, może być reklamowana przez mniej ostrożną firmę jako zdolna do dostarczenia 6000 galonów w tym samym czasie. Różnica polega po prostu na tym, że w tym drugim przypadku pompa musi pracować o 20 procent szybciej niż w pierwszym, i oczywiście zużycie pary lub moc wymagana do jej napędzania zostanie zwiększona o taką samą ilość.

Tam, gdzie całkowity opór, przeciwko któremu ma być pompowana, nie przekracza około 370 stóp słupa wody lub ciśnienia 160 funtów na cal kwadratowy, prędkość tłoka 60 stóp na minutę jest dobrą praktyką dla stabilnej codziennej pracy pompy parowej. Prędkość ta jest często przekraczana i w pewnych warunkach korzystna. Wiele pomp o długim skoku pracuje z tłokiem obracającym się z prędkością 200 stóp na minutę, a duże silniki pompowe zostały zbudowane i mówi się, że dobrze radzą sobie z niskim ciśnieniem wody, gdy pracują z prędkością tłoka 450 stóp na minutę. Z drugiej strony, w przypadku pomp hydrauliczno-ciśnieniowych, prędkość 20 stóp na minutę może, w niektórych przypadkach, być dość szybka, a nawet zbyt szybka dla zadowalającej pracy.

W przypadku pomp szybkoobrotowych bardzo istotne jest zapewnienie dużych powierzchni zaworów i przepustów wodnych, a zwłaszcza po stronie ssawnej, aby zapewnić całkowite napełnienie beczek pompy wodą przy każdym skoku.
Należy również pamiętać, że opór tarcia wzrasta bardzo szybko, gdy woda jest napędzana przez rury z dużą prędkością. Przy prędkościach do około 3 ft.
Na sekundę lub 180 stóp na minutę, opór tarcia jest po prostu proporcjonalny do prędkości, ale przy większych prędkościach tarcie może wzrosnąć tak bardzo jak kwadrat prędkości, a nawet w większym stosunku. Tak więc oblicza się, że gdy woda jest wtłaczana przez rurę o średnicy 4 cali w tempie 1^ stóp na sekundę, lub 75 stóp na minutę, strata ciśnienia spowodowana tarciem jest mniejsza niż 1/10 funta na cal kwadratowy na 100 stóp długości rury, podczas gdy przy prędkości 19 stóp na sekundę, lub 1140 stóp na minutę, strata spowodowana tarciem wzrośnie raczej do więcej niż 14 funtów na cal kwadratowy na każde 100 stóp długości.

Zbiorniki powietrzne.

Im większa jest różnica między maksymalną a minimalną prędkością pompy w całym jej skoku, tym większa jest konieczność zastosowania zbiornika powietrza po stronie tłocznej w celu wyrównania przepływu wody. W pompie bezpośredniego działania prędkość jest dość jednolita w każdym skoku, choć przy każdym odwróceniu ruchu występuje niewielka przerwa. Jednak w przypadku pompy z kołem zamachowym, w której ruch posuwisto-zwrotny tłoka jest uzyskiwany z ruchu obrotowego korby, prędkość tłoka jest stale zmienna w całym skoku. Jednorazowa pompa z kołem zamachowym i korbą jest typem pompy, w której najbardziej potrzebny jest zbiornik powietrza, natomiast w przypadku pompy typu Worthington lub pompy dwustronnej bezpośredniego działania zbiornik powietrza może być w wielu przypadkach całkowicie pominięty, a gładka, cicha i stabilna praca pompy nadal będzie utrzymana.
Weisbach w swojej "Mechanice maszyn pompujących", rozważając wielkość komory powietrznej dla ręcznej pompy pożarniczej lub silnika pożarniczego, stwierdza, że jej pojemność powinna być co najmniej osiem razy większa od pojemności cylindra pompy. W pompach simplex lub jednocylindrowych jednostronnego działania bez wątpienia dobrze jest zachować pewien taki stosunek, duży, jak może się wydawać osobom przyzwyczajonym jedynie do znacznie mniejszych naczyń powietrznych, które (jeśli w ogóle są potrzebne) okazują się towarzyszyć równomiernemu dostarczaniu wody w dość dużych pompach duplex podwójnego działania.

Pompa może być wyposażona w naczynie lub komorę powietrzną o mniej lub bardziej wymyślnej konstrukcji, wykonaną z polerowanego mosiądzu lub miedzi, ale to, czy służy ona jakiemuś użytecznemu celowi, zależy od tego, co zawiera. Kiedy pompa została uruchomiona po raz pierwszy, naczynie było oczywiście wypełnione substancją, która nadaje jej nazwę, ale po pewnym czasie pracy pompy jest bardziej niż prawdopodobne, że całe powietrze zostało stopniowo wchłonięte lub usunięte przez wypływający strumień i naczynie stało się całkowicie zalane wodą. Aby upewnić się, że naczynie powietrzne pompy jest rzeczywiście naczyniem zawierającym powietrze, powinno być wyposażone w szkło pomiarowe, a zawory odcinające powinny umożliwiać wycofanie nagromadzonej wody i ponowne napełnienie powietrzem.
lub automatycznego ładowania zbiornika powietrznego przy zwykłej pracy pompy, do której jest on podłączony, czasami stosuje się zawór puszczający powietrze do komory lub beczki pompy przy każdym suwie ssania. Lepszą praktyką jest zainstalowanie automatycznego urządzenia do ładowania powietrza oddzielnie od beczek pompy i uniknięcie w ten sposób zmniejszenia pojemności pompy, które wynika z poprzedniego systemu.
Fig. 4 jest widokiem przekroju jednego z typów naczynia powietrznego nadającego się do bezpośredniego przyłączenia do komory pompy. Dolny koniec rury tłocznej lub głównego przewodu tłocznego A opada lub przechodzi do wnętrza zbiornika, jak pokazano, i stąd jest określany jako "rura zanurzeniowa". Dolny koniec, lub koniec wlotu wody, rury

Schemat pompy parowej
Schemat pompy parowej

naczynie jest wyposażone w wąską szyjkę, jak pokazano na rysunku, podczas gdy górna część naczynia jest rozchylona, aby dać korzyść z dużej powierzchni wody w kontakcie z powietrzem, taka powierzchnia jest mniej podatna na zakłócenia przez przepływ wody.
Aby dać większą szansę na oddzielenie i umieszczenie w naczyniu powietrza przyniesionego przez wodę, można przyjąć układ taki, jak pokazany na rys. 5. W tym przypadku "napływająca woda musi, jak zostanie zauważone, opadać w kierunku dna naczynia, aby wejść do rury zanurzeniowej, a podczas takiego opadania powietrze ma dużą szansę wznieść się do górnej części naczynia. Dla tego samego Zbiorniki powietrzne są czasami wyposażone w podwójne rury zanurzeniowe, woda wpływająca jest przepuszczana przez jedną rurę, która wypływa u góry zbiornika, podczas gdy woda wypływająca jest wypuszczana przez drugą rurę, która ma swój otwarty koniec w pobliżu dna zbiornika. Rury wchodzą do zbiornika centralnie, ale są odpowiednio zakrzywione, aby umożliwić im wzajemne oczyszczanie się w jego wnętrzu.
Rys. 6 jest ilustracją wygodnego typu zbiornika powietrznego o małej pojemności. Składa się on ze zwykłej komory z wąską szyjką, zamkniętej na jednym końcu i przykręconej do kolanka, które samo jest zamontowane bezpośrednio na górze komory pompy.

Rozmieszczenie rur i połączeń.

Każdy producent pomp wie, jak często zdarza się, że praca jednej z jego maszyn, pod każdym względem odpowiedniej do wymaganej od niej usługi, jest znacznie utrudniona lub całkowicie niemożliwa z powodu złego rozmieszczenia rur i połączeń.
W przypadku wielu użytkowników zapewnienie ekstremalnej siły ssania  jest głównym błędem, który można napotkać. Ale chociaż u lepiej poinformowanych osób nadmierna wysokość ssania nie zostanie przyjęta, nie zawsze unika się innych błędów, które powodują znaczne kłopoty i niedogodności.

Producenci o dużym doświadczeniu starannie zaznaczają w swoich katalogach, że gdy pompa czerpie z zasobów wody znajdujących się pod nią, żadna część magistrali ssącej nie powinna wznosić się ponad poziom wlotu do komory pompy. Innymi słowy, cała długość rury lub przewodu powinna opadać od pompy do źródła wody. Jeżeli ostrzeżenie to zostanie zastosowane, to w przypadku takim jak przedstawiony na rys. 7, w którym komora pompy A (pokazana w końcowej elewacji), z konieczności musi być umieszczona na boku ściany B, z dala od studzienki lub źródła zaopatrzenia w wodę C, budowniczy będzie należy uważać, aby nie przenosić rury ssącej ponad szczytem ściany (w sposób wskazany przez linie przerywane), nawet jeśli wysokość ściany nad C mieści się w granicach umiarkowanej wysokości ssania. Jeśli jednak, nie zważając na ostrzeżenia, przyjmie układ rur ssących zgodny z linią przerywaną, może oszczędzić sobie kłopotów na czas wapna, ale

będzie go później dużo z powodu nagromadzenia się powietrza w tak uformowanym syfonie. W tym i podobnych przypadkach rura powinna być przeprowadzona przez ścianę, co pokazuje pełna linia na rysunku.
Sami projektanci pomp nie zawsze jednak dbają o takie rozmieszczenie zaworów tłocznych i połączeń wylotowych w komorach pomp, aby uniknąć gromadzenia się powietrza w syfonach. Rys. 8 przedstawia ilustrację pompy jednostronnego działania typu rama, w której odgałęzienie lub połączenie D, zawierające zawory ssący i tłoczący, jest umieszczone w górnej części komory. Ponieważ w tym układzie zawór tłoczny znajduje się powyżej komory właściwej, wszelkie powietrze wpływające wraz z wodą przez zawór ssący będzie łatwo wypływało podczas suwu siłownika w dół, przez zawór tłoczny. Jeżeli jednak, zamiast umieszczać gałąź zaworu w sposób opisany powyżej, zostanie ona umieszczona w niższym położeniu w komorze pompy, jak wskazano liniami przerywanymi po lewej stronie. na rysunku, każde powietrze wprowadzone do komory może utknąć w jej górnej części, ograniczając w ten sposób wydajność pompy.

Pozycja komory próżniowej.

Rozważaliśmy wcześniej konieczność zapewnienia komory próżniowej lub komory zasysania, w celu pochłaniania energii długiej kolumny zasysania. Aby jednak mogła ona prawidłowo spełniać taką funkcję, komora próżniowa musi być umieszczona w korzystnym położeniu. Na figurze 9 trzy pozycje dla komory ssącej zaznaczone są liniami przerywanymi. Pozycja A pod kątem prostym do przepływu wody jest zła, ponieważ oddziaływanie byłoby nałożone na pompę zanim woda zdąży zmienić swój bieg w celu wpłynięcia do komory próżniowej. Przy pozycji B woda płynąca w górę pionowego przewodu ssącego może wznieść się do komory próżniowej bez zmiany jej biegu. Pozycja C jest dobra w przypadku długiej długości poziomego przewodu ssącego. Jak widać, komora próżniowa jest umieszczona po stronie komory pompy D, naprzeciwko przewodu ssącego E, tak że woda może przepływać bezpośrednio przez dolną część pompy (poniżej zaworów ssących) i poprzez łatwe zagięcie przechodzić do komory próżniowej.


Cedzidło, zawór stopowy i złącza do rury ssącej.

Powszechną praktyką, w każdym razie w tym kraju, jest mocowanie sitka (gdy takie mocowanie jest konieczne) na dnie rury ssącej. Zaletą tej pozycji jest to, że ciała stałe, które zatrzymuje sitko, są utrzymywane z dala od zaworu stopowego. Można zauważyć, że przy wykonywaniu sita należy zwrócić uwagę na to, aby łączna powierzchnia otworów sita była nie mniejsza niż dwu- lub trzykrotna nadwyżka powierzchni rury ssącej, aby umożliwić wystarczający napływ, nawet jeśli pewna liczba otworów może być zablokowana.
Jednak trudność w dostaniu się do sita w celu uwolnienia go od przeszkody, gdy jest ono zamocowane na końcu rury ssącej, doprowadziła do przyjęcia układu wskazanego po lewej stronie na fig. 10. Cedzak S jest ustawiony, jak następuje w ten sposób można go bardzo łatwo skontrolować i oczyścić w razie potrzeby. Cedzidło powinno składać się z dwóch głównych części, tj. właściwego sita składającego się z drucianego kosza lub perforowanych membran oraz skrzynki lub obudowy zamykającej to samo, ale pozwalającej na gotowe włożenie lub wyjęcie.

Pompa parowa

Zawory stopowe

Zawory stopowe, podobnie jak zawory zwrotne lub oporowe, są wykonywane z częściami ruchomymi, czyli zaworami właściwymi, rozmieszczonymi w różny sposób. Należy unikać typów, w których na samym zaworze są utworzone skrzydła lub inne występy w celu kierowania jego ruchem, ponieważ taki zawór jest bardzo podatny na zatkanie, a więc utknięcie w swoim gnieździe. Zawory powinny być zawsze typu płaskiego lub tarczowego, nie posiadające niczego poniżej powierzchni, która spoczywa na stałym gnieździe, tworząc w ten sposób połączenie. Bardzo zadowalający zawór stopowy jest wykonany przez firmę Worthington Pumping Engine Company; jest to zawór typu wielokrotnego, w którym w jednej komorze lub obudowie znajduje się wiele małych metalowych zaworów dyskowych ze skórzanymi powierzchniami czołowymi.

Linie przerywane na rys. 10 wskazują na dogodne ułożenie^ schematu rur i połączeń do ładowania pompy Chamber i przewodu ssawnego wodą z przewodu tłocznego przed ponownym uruchomieniem pompy po zatrzymaniu. Po zatrzymaniu może się bowiem okazać, jak to wyjaśniliśmy w pierwszym rozdziale, że pompa nie podniesie wody, ponieważ ruch nurników powoduje jedynie sprężenie powietrza, a nie całkowite jego przemieszczenie lub wyparcie. Jednak po otwarciu zaworu w rurze A (rys. 10), która łączy rurę tłoczną (za zaworem zwrotnym lub oporowym B) z rurą ssącą lub główną C, ta ostatnia, a także sam pomp może być łatwo napełniony wodą. Rura tłoczna D, po otwarciu jej zaworu, pozwala na wydostanie się powietrza wypartego z komory pompy. Rura D może być z korzyścią pozostawiona otwarta podczas pierwszych kilku uderzeń tłoka, ale powinna być oczywiście zamknięta, gdy pompa złapie wodę.



Popularne posty z tego bloga

Wieża ciśnień - zasada działania - budowa - schemat - przeznaczenie