Folyadékok emelésére sokféle szerkezet használható, ezek közül az öntözésben a centrifugál szivattyúk használata az általános. Szerkezete egyszerű, olcsó, sokféle változata rugalmasan alkalmazható a különböző igénybevételekhez. Amennyiben állás közben a nyomás nagyobb az elmenő oldalon, úgy a nyitott felépítés miatt a víz átfolyik rajta, távozik a csővezetékből. A centrifugál szivattyúkat aszerint csoportosítjuk, hogy a víz milyen irányban halad keresztül rajtuk. Az általánosan használt kialakítás a radiális változat, csőbúvárszivattyúknál a fél-axiális megoldás.

A szivattyú a hajtására fordított mechanikai munkát alakítja át a folyadék helyzeti, mozgási energiájává és nyomásban tárolt munkavégző képességgé.

 

5.2.1 ábra. Radiális centrifugál szivattyú metszete
(Grafika: Aquarex '96 Kft.)

5.2.2 ábra. Radiális centrifugál szivattyú metszetének fényképe
(Fotó: Tóth Á.)

A szivattyúba bevezetett energia a nyomóoldalon távozó víz összenergiáját növeli. Ha a nyomóoldal és a szívóoldal egységnyi súlyra vetítetett összenergiáinak képezzük a különbségét, akkor kapjuk meg a szivattyú szállítómagasságát (H).

A vízfelszín fölött bizonyos magasság fölött elhelyezett szivattyúval azonban nem tudjuk felszívni a vizet, mivel azt a létrehozott vákuum hatására a légköri nyomás préseli fel abba a térbe, ahol szívással kisebb nyomást létesítettünk. Azt a magasságot, amelyre a légköri nyomás – ideális esetben – valamely folyadékot képes felnyomni légköri nyomásmagasságnak nevezzük és B-vel jelöljük.

5.2.3 ábra. A szivattyú szívó- és szállítómagassága
(Grafika: Aquarex '96 Kft.)

Víz esetén ez az érték maximum 10 m lehet. A tengerszint felett minél magasabbra megyünk, a B értéke csökken. A tényleges szívómagasság a fellépő súrlódási veszteségek (belépési ellenállás, lábszelep, csővezeték, könyökidom vesztesége) következtében tovább csökken. A gyakorlati szívómagasság nem lépi túl a 7 m-t, az optimális érték kb. 3 m.

A szívási mélység növekedése drasztikusan csökkentheti a szállított víz mennyiségét. A talajvízre telepített szivattyúknál gyakran előfordul, hogy a tavasszal jól üzemelő szivattyú nyár végére nem hozza a szükséges mennyiséget, a szivattyú zajossá válik. A jelenség legtöbb esetben a talajvíz süllyedése, a szívási mélység növekedése miatt következik be. A szívási határ elérését jelzi a víz „gázosodásának” hívott parajelenség, mely valójában a kavitáció megjelenése. A hiba megszüntetésre legjobb módszer a szivattyú lesüllyesztése.

A szivattyú üzemi jellemzői azok az adatok és összefüggések, amelyek a szivattyú üzemi tulajdonságait tükrözik. Ezen adatokat célszerű minden egyes szivattyú beépítésekor figyelembe venni.

A szivattyúk üzemének legfontosabb jellemzői:

A valóságos térfogatáram: (Q) a szivattyún ténylegesen időegység alatt átáramló folyadékmennyiség, a volumetrikus veszteséggel kevesebb, mint az ideális esetben [l/sec, m³/óra].

A valóságos szállítómagasság: (H) a szivattyún átáramló folyadék energiájának növekedése, mértékegysége [m].

Bevezetett teljesítmény: [P_t; P_ö;  P_b). A hajtómotortól a szivattyúnak átadott teljesítmény P_ö= P_h/η  [kW, W].

Háromfázisú motorok teljesítménye: P= √3 * U * I * cos φ [kW, W]

(√3= 1,732)

Hasznos teljesítmény: (P_h). A szivattyúból a folyadéknak átadott teljesítmény [kW, W]. P_h=ρ*g*Q*H.

P_h=ρ*g*Q*H (a ρ*g tagok értéke: 2,72). [W]

Q dimenziója m³/óra
H dimenziója m

Hatásfok: (η) a hasznos teljesítmény és a bevezetett teljesítmény hányadosa.

A szívóképesség, vagy a belső nyomásesés: szokásos NPSH-val (Net Positive Suction Head) jelölni [m].

A szivattyú fordulatszáma: (n) [1/perc].

5.2.4 ábra. A szivattyú üzemének legfontosabb jellemzői
(http://www.ontozesmuzeum.hu/3.%20ViZGAZD%20Orvenyszivattyuk.pdf)

A szivattyú jelleggörbéje két jellemző közötti összefüggést határoz meg.

Ezek közül a legfontosabb a fojtásgörbe, amely a szállítómagasság és a folyadékszállítás közti összefüggést határozza meg állandó fordulatszámon. A görbéről leolvasható, hogy a kívánt magasságra a szivattyú mennyi folyadékot szállít időegység alatt.

A grafikonról leolvasható, hogy a folyadékszállítás (Q) növekedésével a szívóképesség (NPSH értéke nő) csökken.

A kereskedelmi forgalomban a vízszállítást általában szabad kifolyás mellett adják meg, ezért minden esetben meg kell győződni, hogy a megkívánt nyomás mellett mennyi az adott szivattyú szállítása.

A katalógusban látható Q értéke ±9%, a H értéke ±7%-al térhet el a szabvány szerint a tényleges mérés eredményétől. Ez meglehetősen tág tartomány a tervező részére, ezért a „nagyobb jobb” elv alkalmazása racionális a választás során.

A szivattyú jellemzői között fontos a teljesítmény helyes értelmezése. Azonos motorteljesítmények mellett nagyon eltérő jelleggörbéjű szivattyúk találhatók. Mint a hasznos teljesítmény ismertetésénél látható a vízszállítással és emelőmagassággal egyenesen arányosan nő a teljesítmény. Állandó teljesítményfelvétel esetén a két utóbbi érték fordított arányú változása figyelhető meg. Ha növelem a vízhozamot, úgy csökken az emelőmagasság és fordítva.

A szívócső végére lábszelepes szívókosarat kell szerelni, mely biztosítja a szívócső állandó töltöttségét és megakadályozza nagyobb, szilárd szennyeződések beszívását, melyek rongálják a szivattyú járókerekét. Kerülni kell könyök elhelyezését 6xd távolságon belül és légzsákok keletkezését a szivattyú előtt.

5.2.5 ábra. Lábszelepes szívókosár
(http://szivattyuk.hu/kepek/szerelveny-labszelep.jpg)

A szivattyú szívóképessége a szívócsonkjára vonatkozik és nemcsak a geodétikus szívómagasság terheli, hanem a szívócső, szívóakna teljes vesztesége és a belépési veszteség is.

A nem önfelszívó szivattyút nem szabad szárazon és légtelenítés nélkül indítani. A szivattyút zárt nyomóoldallal vagy kis vízszállítással üzemeltetni veszélyes, mert ilyen esetben a fellépő súrlódási veszteség melegíti a szivattyúházban levő folyadékot, mely esetleg fel is forrhat. Leállításnál a motor kikapcsolása előtt zárni kell a nyomóoldalt.

Két vagy több szivattyút csak akkor lehet sorosan vagy párhuzamosan üzemeltetni, ha üzemi jellemzőik (Q, H) ezt lehetővé teszik. Soros kapcsolás esetén, azonos térfogatáram mellet, az emelőmagasság (H) a beépített darabszámmal többszöröződik. Párhuzamos kapcsolás esetén, azonos emelőmagasság mellett, a térfogatáram (Q) a beépített darabszámmal növekszik. Mivel a nyomóvezetékben az ellenállás a sebesség négyzetével nő, így a Q növekménye nem lineáris. Gyakorlati szempontból négynél több szivattyú üzemeltetése azonos nyomóvezetékre nem kívánatos.

Szivattyúzásnál

• a víz kémhatása 8 pH alatt,
• az úszó vagy lebegtetett ásványianyag-tartalom 5000 g/m3 alatt,
• hőmérséklete az öntözési céllal és a levegő hőmérsékletével összhangban 4-30 °C között legyen.

Az öntözővíz minőségének javítását

- mechanikailag a hálózatba jutás előtt,
- kémiailag az utolsó vízkivétel előtt kell elvégezni.

A szivattyú telepítésénél törekedni kell arra, hogy a terület súlypontjában legyen elhelyezve, mert ezáltal a nyomásveszteség és a csőhálózat költsége lényegesen csökkenthető. A telepítésnél ne szűkítsük sem a szívó-, sem a nyomóágat, mert ez a szivattyú teljesítményének csökkenésével jár. Szűkítés esetén a csővezeték nem képes szállítani a gépkönyvben megadott mennyiségű vizet, fölöslegesen vásároltunk teljesítményt, melynek üzemeltetése is drága.

5.2.6 ábra. Többlépcsős felszíni centrifugál szivattyú metszete
(Fotó: Tóth Á.)

A szivattyút hajthatjuk elektromos motorral, melynek különböző előnyei vannak a robbanómotorokkal szemben. Ha az elektromos hálózat kiépített, úgy a beruházási költség kicsi, a villamos energia átalakítás hatékony (85-90%). A motor kevés karbantartást igényel, hosszú életű, sokféle teljesítmény változatban kapható, jól automatizálható. Üzeme tiszta, csendes, kicsi a rezgése. Hátránya a rögzített üzemeltetési hely és az állandó forgási sebesség és vízszállítás, így csökkenő fogyasztás esetén a nyomóágat szűkíteni kell, vagy speciális szabályzó elektronikát kell alkalmazni.

Az egyfázisú motornál az indításhoz segédfázisú kondenzátor beépítése is szükséges. Ennek értéke motoronként változó, nemcsak a felvett teljesítmény határozza meg nagyságát.

Szivattyúk munkapontjának módosítása

A szivattyúk üzemében előállhat olyan helyzet, mikor a vízkivétel nem az optimális munkapontban méretezett értéknek megfelelő. A módosításra a következő megoldások adnak lehetőséget.

Fojtás. A szivattyú után elzárószerkezetet, gyakorlatilag ellenállást, építünk be a vezetékbe és ezzel szabályozzuk a vízáram jellemzőit. A zárással csökkentjük az átfolyó víz mennyiségét, emeljük a szivattyú belső nyomását. A motor által felvett energia csökken. A szivattyú üzemeltetése tartósan zárt szeleppel gőz képződéséhez vezethet, mely károsíthatja a szerkezeti elemeket.

Megkerülő ág. A szivattyú szívó- és nyomóvezetéke közé építünk be elzárószerkezetet. A szelep nyitásával növeljük a szivattyún átfolyó víz mennyiségét, csökkentjük a szivattyú belső nyomását. A motor által felvett energia növekedni fog.

Fordulatszámszabályzás. A szivattyú munkapontjának folyamatos áthelyezése a legjobb megoldás változó Q és H igényű használat esetén. A beépített aszinkron motor fordulatszáma pólusainak számától és a tápfeszültség frekvenciájától függ. A frekvencia megváltoztatására több módszer ismert, általánosan az impulzus modulációs elven működő berendezések terjedtek el.

A frekvenciaváltókkal a normál hálózati (50 Hz) bekötéshez képest nagyobb motorfordulatszám is elérhető, ilyen felhasználás esetén feltétlenül egyeztetni kell a szivattyú gyártójával. A jó minőségű frekvenciaváltóba szűrőegység is be van építve, mely nem enged zavaró frekvenciákat sem be, sem ki a készülékből. Az alkalmazott tűimpulzusok miatt rezonancia léphet fel a motorban, mely károsíthatja a vezetékek szigetelését. A frekvenciaváltókat digitális, analóg jelekkel vagy valamilyen szabványos ipari kommunikációs vonalon lehet vezérelni.

Frekvenciaváltóval lehetséges kis teljesítményű (P<4 kW) háromfázisú motorok használata egyfázisú hálózatról. Az indulás pillanatában jelentős áramot vesznek fel beépített kondenzátoruk feltöltéséhez.

A szivattyúgyártók a frekvenciaváltókhoz a fordulatszám függvényében adják meg Q-H jellemzőket, az alkalmazható legkisebb frekvencia kb. 35 Hz.

A motor teljesítményfelvétele és fordulatszáma között köbös összefüggés van, ezért a fordulatszám csökkentése jelentős elektromos áram megtakarítást tesz lehetővé.

Előnyök:

- kisebb energiafogyasztás - mely akár az 50%-ot is elérheti
- teljes elektronikus védelem (túláram, fáziskiesés, fázis-, földzárlat),
- hosszabb szivattyú élettartam,
- kényelmes kezelés (üzemelés statisztika, hibajegyzék),
- lehetőség van az indítás-leállítás időtartamának állítására, ezzel a vízütés kiküszöbölésére, kút védelmére.

5.2.7 ábra. Frekvenciaváltó programozása
(Fotó: Tóth Á.)

A robbanómotorok előnye az áttelepíthetőség és a szállított vízmennyiség rugalmas változtatási lehetősége a fordulatszám függvényében. Az olcsóbb üzemeltetés miatt a gázolajjal működő motort részesítik előnyben.

A kereskedelmi forgalomban változatos kialakítású, gyártójú elektromos és robbanómotoros centrifugál szivattyú kapható.

A szivattyúház

- vastagsága utal a vízszállításra, a vastagabb házúak nagyobb vízmennyiséget szállítanak,
- a nagyobb átmérőjűek magasabb nyomást hoznak létre azonos motorteljesítmény esetén.

Az erőleadótengelyről (TLT) hajtott felszíni szivattyúkat kerekes hordozókocsira szerelve lehet a traktor után kapcsolni. Az erőleadótengely és a szivattyú meghajtó csonkja közötti kapcsolatot kardántengely biztosítja. A választható áttételek optimális motorfordulatszám beállítást tesznek lehetővé 540 ford./perc és 1100 ford./perc esetén is. A vízhozamok 12-1020 m3/h, a manometrikus emelőmagasság 7-105 m között választhatóak, az igényelt teljesítmény 13-97 LE közötti.

5.2.8 ábra. Erőleadótengelyről hajtott felszíni szivattyú kerekes hordozókocsin
(http://mezohir.technikboerse.com/view/haszn-ltg-p/oentoez-szivatty-/782048/bauer-fv100.html)

Axcsőbúvárszivattyút

(mélykút szivattyú) a kútba eresztik, így akár 200 m-es mélységből is kiemelhető a víz. Az emelőmagasság növelésére több centrifugál szivattyút kötnek sorba, ezek száma elérheti a 32 darabot is. Meghajtása történhet víz alatti elektromos motorral, ennek a típusnak a legkisebb átmérője 2″, melyhez 75 mm belső átmérőjű kutat kell fúrni. A vásárlásnál a jobb minőségűt részesítsük előnyben, mivel meghibásodás esetén az egység kiemelése nehéz és az elektromos motor javítása drága. A búvárszivattyú motorjának hűtését a csőfal és a motor között áramló víz biztosítja, ezért soha ne telepítsük a szivattyút a kút szűrőzött részébe. Ilyen esetben a víz nem áramlik megfelelően az alul szerelt motor körül. Ugyancsak külön méretezést igényel a motor, ha a kút átmérője nagy. A búvárszivattyúk telepíthetőek tartályba is, ekkor egy hűtőpatronba kerülnek beépítésre. A függőleg-vízszintes telepítési lehetőség nem minden forgalmazott termék jellemzője. Általában a nagyobb teljesítményűeket külön kell rendelni a vízszintes csapágyazás és hűtőfolyadék betöltés csapjainak beépítésére. 5.2.9 ábra. Csőbúvárszivattyú szerkezeti felépítése (Grafika: Aquarex '96 Kft.) A felszínről forgatott hajtótengely új megoldás hazánkban a búvárszivattyú alkalmazásánál. A hajtótengely forgatását traktor erőleadó tengelyéről, robbanó motorról szíjhajtással, vagy elektromos motorral lehet megoldani. A legkisebb szivattyú átmérő 4". Használata előnyös olyan helyeken, ahol a felszíni szivattyúk már nem alkalmazhatók és nincs elektromos áram. A kút fúrásánál követelmény a teljesen függőleges kialakítás. A szivattyúfej betonaljzaton álló fém alapzaton helyezkedik el, tartja az egymásra épített csöveket, a belül elhelyezkedő tengellyel és a kiömlő csonkot. A meghajtómű lehet - szöghajtás, - szöghajtás gyorsító áttétellel, vagy - elektromos motor esetén egyszerű reteszes csatlakozás. Hűtését a felszívott víz átvezetése adja. A csőtagok hosszúsága 4 m, a csatlakozásoknál csapágy tartja a hajtótengelyt. Speciális kialakításúak az aknakút szivattyúk. A szivattyú az alsó részen helyezkedik el, a hajtó villanymotor felül szerelt. Az elrendezésnek köszönhetően szinte a kút fenekétől kiemelhető a víz, melynek mennyisége a kútgyűrűk átmérőjét figyelembe véve jelentős lehet. A motor hűtését a paláston belül áramló víz végzi. Egyfázisú villanymotor esetében a hőkioldó relét a házba építik, így az üzemeltetés nagyon biztonságos. Aknakutakban lehetőség van olcsó úszó szintkapcsolók elhelyezésre, melyeket gyakran egybeépítenek a szivattyúval. A hőkioldó relével és szintkapcsolóval szerelt szivattyúk üzemeltetése nagyon biztonságos.

xxxxxxiAxmélyfelszívó	(injektoros) szivattyú a felszínen telepített és 8 m-nél nagyobb mélységből is képes a vizet felhozni. A szívófejet lábszeleppel látják el, hogy a rendszer vízzel feltölthető legyen. A sugárszivattyú kismértékben önfelszívó, mely azt jelenti, hogy a folyadékfelszín felett 2-3 m-rel magasabban elhelyezett szivattyú képes a szállítás megindítására. Ez a szivattyú érzéketlen a kisebb szennyeződésekre. Azonos motorteljesítményű centrifugál szivattyúnál kevesebb vizet szállít és nagyobb átmérőjű kútra van szükség a telepítéséhez, így helyette a búvárszivattyú üzemeltetése javasolható. 5.2.10 ábra. Az injektoros szivattyú működési elve (http://www.vegyipari.hu/iskola/gazszallitas/rajzok/gozkep21.gif)
xxxxxxxA zagy-, vagy	szennyvízszivattyúkat magas szilárdanyag tartalmú víz szállítására tervezik, ezért járókerekük nyitott, ennek következtében emelőmagasságuk kicsi. Az ipari változat lehet vágókéssel szerelt és nagy H teljesítményű. A barkácsboltokban kapható gyártmányok szórófejes öntözésre alkalmatlanok.
Sugár vagy jet-szivattyú
	A szívófejben a víz felgyorsul egy szűkülő fúvókában, nyomása Bernoulli törvénye értelmében lecsökken, így felszívja a szállítandó folyadékot. A keverőtérben elegyedik a munkaközeggel, melyet magával ragad, majd a keverék a diffúzoron keresztül távozik. A szivattyú rendkívül elterjed a kisgazdaságokban, házi kertekben. Ennek legfőbb oka, hogy nem szükséges légteleníteni és jó a kavitáció tűrése. Hatásfoka alacsonyabb, mint a hasonló motorteljesítményű centrifugál szivattyúé. Az egyszerű szerkezet miatt szennyezett folyadék szállítására is használják. 5.2.11 ábra. Jet szivattyú metszete (Fotó: Tóth Á.)

Elektromos szivattyúmotorok védelme

Elektromos őr

A berendezést a szivattyú elektromos kapcsoló szekrényébe telepítik, mert méri a motorba menő áram aktuális értékét és ez alapján avatkozik be. Alkalmazása ott lehetséges, ahol állandók a vízkivétel nyomás és vízszállítási paraméterei. A gyakorlatban előfordul, hogy permetezőgép töltésére vennének ki vizet az öntözőtelepen, de a védelem letiltja a motort alacsony áramfelvétel miatt.

A szivattyú motorárama és üzemállapota közt szoros összefüggés van. A mért áramerősségből lehet látni, hogy jól működik a szivattyú, következtetni lehet az üzemzavarra és annak okára.

5.2.12 ábra. Szivattyú motorok jellemző áramfelvétele
(Grafika: Aquarex '96 Kft.)

 

Tervezéskor csak sejteni lehet, hogy a szivattyú mekkora áramot fog felvenni. Nem biztos, hogy a motor adattábláján szereplő értéket mérjük, mert az függ az üzemi körülményektől is.

Elektromos őr alkalmazásával lehetőségünk van a szivattyú védelmére. Felszerelés után a készülék árambeállítás üzemmódban van. A szivattyú beüzemelésekor ezt kell használni. Ilyenkor a modul méri az áramot, de nem foglalkozik vele, hogy az jó vagy rossz. Lehetőséget ad arra, hogy beállítsák a vízhozamot, a nyomáskapcsolót. Ha minden rendben van, úgy működik a szivattyú, ahogy a jövőben szeretnék, akkor egy gomb megnyomása közben lemásolja a motoráramot. A készülék ezt tekinti 100%-nak, az ettől eltérőt hibásnak. A döntést, hogy jó-e a motoráram, a beüzemelést végző személy hozza meg a beállítás során mért áram értéke alapján.

Fázishiány:

Fázishiány nyomán a motorok felmelegednek, ennek következtében a tekercselés szigetelés elég.

Az elektromos őr mindhárom fázisvezetőben egy áramváltóval ellenőrzi a motoráramok meglétét. Ha hiányzik egy fázisáram, letiltja a szivattyút. A modul egy óra múlva megpróbál regenerálódni. Újra indítja a szivattyút és bekapcsolva marad, ha közben megszűnt a fázishiány. Ha nem szűnt meg, akkor ismét kikapcsol, és többé nem próbálkozik.

Kis motoráram:

Előfordul, hogy a szivattyú nem szállít vizet, mert a nyomócső elfagy, zárva felejtenek egy szelepet, nem kapcsol ki a nyomáskapcsoló. A szívókosár szennyeződése, a szárazonfutás szintén csökkenti a vízhozamot. A szívó és a nyomó oldal rendellenességeire egyaránt jellemző, hogy a szivattyú kevesebb munkát végez, csökken a motor energiaigénye.

Az elektromos őr folyamatosan méri a motoráramot és összehasonlítja az üzembehelyezéskor mért értékkel. Ha a csökkenés elér egy előre beállított értéket (82%), akkor kikapcsolja a szivattyút. Túlméretezett szivattyút gyakran lefojtanak, hogy a kitermelt víz összhangban legyen a kúttal. Ez közel állhat a „dugulás” állapothoz, ilyenkor ki kell próbálni, hogy hatásos-e a dugulás elleni védelem. Ha a nyomócsőben lévő szelepet lezárják, a nullszállítás közelében meg kell állnia a szivattyúnak.

Nagy motoráram:

Homokos víz, csapágykopás, lapátok sérülése, csőtörés miatt megnő a szivattyú energiaigénye. Az elektromos őr folyamatosan méri a motoráramot és összehasonlítja az üzembe helyezéskor mért értékkel. Ha az áramnövekedés elér egy előre beállított értéket (120%), akkor kikapcsolja a szivattyút.

Gyakori indítás elleni védelem:

A búvárszivattyúk zömét óránként legfeljebb húszszor szabad indítani. Ez azt jelenti, hogy két indítás közt, legalább 3 percnek el kell telni. Kis légtartály, membránhiba, levegőhiány gyakori indítást okozhat. Az elektromos őr a 3 percnél rövidebb pihenő időt megjegyzi. Egymást követő tíz alkalommal engedi el a 3 percnél rövidebb pihenést, tizenegyedszer már nem indít.

Kötelező pihenő:

A készülék a bekapcsoláskor nem indul azonnal, csak a kötelező pihenő lejárta után. A kötelező pihenő változtatható paraméter. Hasznos ez a funkció akkor, ha a hálózati feszültség ki/be kapcsolgat (pl. vihar), valamint akkor, ha a csőhálózatban tartani kell a nyomáslengésektől.

Áramlás érzékelők

Az áramlás érzékelőket arra tervezték, hogy a szivattyú üzeme biztonságos, a be- kikapcsolása automatizált legyen. Az átömlő folyadék nyomásváltozását (a csapok nyitása-indítás vagy zárása-leállítás) és az áramlás megszűnését figyelve az egység leállítja a szivattyút, ezáltal megvédi a károsodástól.

Az egység olyan vizes rendszerekhez használható, ahol a víz nem tartalmaz semmiféle üledéket. Ha ez nem lehetséges, akkor szűrőt kell elhelyezni a berendezés beömlő nyílása elé.

5.2.13 ábra. Áramláskapcsoló elektromos bekötése 1 kW motorteljesítmény felett, vagy 3 fázis esetén

(Grafika: Aquarex '96 Kft.)