Vodní čerpadlo vysokého tlaku: princip fungování, typy, pravidla výběru a provozu

Obyvatelé příměstských osad, jejichž území není připojeno k centrálním vodovodním řadům, řeší otázku dodávky vody budováním autonomních systémů. Při řešení tohoto úkolu hraje vodní čerpadlo vysokého tlaku klíčovou roli. Jeho hlavním úkolem je stabilizovat tlak v systému.

Povíme vám, jaký sortiment vodních čerpadel trh nabízí a podle jakých kritérií vybírat zařízení. Seznámíme vás s předními výrobci v segmentu. Dozvíte se u nás o konstrukčních zvláštnostech techniky, které jsou základem dělení na typy.

Pro názorné vnímání informací jsme text doplnili užitečnými schématy, výběrem fotografií a video návody.

Účel a typy agregátů

Bez ohledu na to, odkud je voda odebírána – z nejbližší vodní plochy, speciálně vybudované studny, kopané studny – automatické dodávky vody na pozemek lze provést pomocí běžného čerpadla.

Pro normální provoz domácích spotřebičů tlak vody v systému musí být nejméně 2,5 atmosféry a zároveň nesmí překročit 6 atmosfér. Tohoto parametru lze dosáhnout pouze zřízením systému udržování konstantního tlaku. Pro tento účel se používají různé varianty čerpadel vysokého tlaku pro vodu.

Kdy je potřeba čerpadlo vysokého tlaku?

Zařízení pro zvýšení a udržení tlaku vody v autonomním systému se používá tehdy, když je tlak tak nízký, že není možné používat vodu pro provoz domácích spotřebičů.

Instalace čerpadla je přípustná, ale není zvláště doporučena pro stabilizaci tlakových parametrů v bytovém okruhu, pokud obyvatelé pociťují skutečný nedostatek vody.

Tento typ vodních čerpadel má zvyšovat tlak v individuálně vybaveném vodovodním potrubí, pokud výkon čerpadla pro zvedání vody nestačí k zajištění normálního tlaku.

Použití zařízení bude aktuální, pokud tlak v systému není vyšší než 1–1,5 atmosfér. Malé zařízení lze instalovat jak na hlavní potrubí, tak na výstup k jednotlivému domácímu spotřebiči. Například připojením k trubce přivádějící vodu do bojleru nebo pračky.

V prvním případě bude nutné pořídit výkonný přístroj s dobrými provozními vlastnostmi, ve druhém případě si vystačíte s instalací malého nízkopříkonového automatického čerpadla.

Fungování jednotky může probíhat prostřednictvím:

• Ručního ovládání – předpokládá nepřetržitý provoz zařízení bez ohledu na to, zda je v daném okamžiku přiváděna voda, ale za podmínky, že vypnutí zařízení je provedeno násilně ručně. Používá se při vybavování „podlahového vytápění“, kde je neustále vyžadováno udržování tlaku v topných okruzích na požadované úrovni.
• Automatického režimu – zapnutí zařízení provádí automatický systém, například při otevření kohoutku. Provoz reguluje speciální průtokový senzor: v okamžiku uzavření kohoutku se čerpadlo zastaví.

Hlavní funkcí regulačního systému je zapnout jednotku při poklesu tlaku a vypnout ji, když dosáhne nastaveného parametru. Pokles tlaku v potrubí a jeho nadměrné zvýšení totiž ničí spojení potrubí a má škodlivý vliv na provoz domácích spotřebičů.

Alternativní opatření ke zvýšení tlaku

Instalace čerpadla určeného ke zvýšení tlaku však bude zcela zbytečná v případě, že zdroj má malý výkon. Nepomůže ani tehdy, pokud je systém čas od času uzavírán. Optimálním řešením v takové situaci bude použití samonasávací čerpací stanice.

Čerpací stanice je vybavena na základě stejnojmenné kategorie čerpadel, vybavených vstřikovači nebo bez nich. Kromě toho je doplněna o hydroakumulátor určený pro zásobování vodou. Zvenčí připomíná běžnou nádrž, ale uvnitř je umístěna pryžová membrána se vzduchem. Řízení souboru zařízení a příslušenství zajišťuje tlakové relé vody.

Během provozu stanice v období nepřetržitého přísunu vody čerpadlo plní akumulační nádrž vodou, odkud ji poté spotřebovává.

Instalace samonasávací čerpací stanice je účinná i v případě, kdy je v suterénním podlaží domu tlak normální, ale v patrech nad ním už žádný není.

Akumulovanou vodu lze později spotřebovávat bez ohledu na to, zda je voda v systému přítomna, což je zvláště důležité při častých výpadcích dodávky. Významnou nevýhodou těchto zařízení je rozměrnost konstrukce kvůli hydraulickému zásobníku a hlučnost zařízení během provozu.

Místo hydraulického zásobníku lze použít běžnou akumulační nádrž, ve které se bude voda akumulovat v období dodávky s normálním tlakem. Lze ji instalovat na vysoké estakádě nebo na střeše domu a během výpadků využívat zásobu.

Jednou z možností řešení problému nedostatku tlaku – je instalace akumulační nádrže. Umisťuje se do co nejvyššího bodu, nejčastěji na zateplenou půdu.

Typy a činnost čerpadel vysokého tlaku

Před rozhodnutím nainstalovat posilovací čerpací zařízení je třeba posoudit stav potrubí. Není vyloučeno, že nedostatek tlaku je způsoben ucpanými trubkami usazeninami. Pokud lze z této obtížné situace vyváznout pouze instalací přístroje, stojí za to se blíže seznámit s jejich technickými specifikacemi.

Princip činnosti čerpadel vysokého tlaku je stejný bez ohledu na variantu pracovního orgánu a typ konstrukce. Přístroj během fungování pracovního uzlu vytváří uvnitř dutiny vakuový prostor, díky kterému dochází k nasávání vody.

Díky vytvoření vakua se voda «nasává» ze zdroje do komory a poté je působením vysokého tlaku protlačena výstupní trubicí

V prodeji jsou modely univerzálního typu, vhodné pro vodu jakékoli teploty, a ty, které lze použít pouze ve studeném nebo pouze v horkém prostředí.

V závislosti na způsobu chlazení pracujícího motoru jsou jednotky dvou typů: se suchým a s mokrým rotorem.

Agregáty se suchým rotorem

Modifikace se suchým rotorem lze jen těžko zaměnit s mokrými analogy. Mají asymetrický tvar s výraznou převahou směrem k výkonové části přístroje. Důvodem je, že jeho motor je vybaven lopatkovým chladicím zařízením, protože není během provozu omýván vodou.

Kvůli asymetrickému tvaru a posunu osy směrem k motoru jsou “suché” modely vybaveny konzolovými přípravky pro dodatečné upevnění na stěnu.

Přepravní zařízení vybavená suchým rotorem se vyznačují vysokou úrovní výkonu a používají se při potřebě zásobování vodou velkých ploch.

Díky tomu, že motor je u těchto modelů oddělen od hydraulické části na konci osy ucpávkou, slouží mnohem déle než “mokré”. Pravda, ucpávka, stejně jako valivé ložisko, má tendenci se opotřebovávat a potřebuje pravidelnou výměnu.

Z tohoto důvodu jednotky vybavené suchým rotorem vyžadují častější údržbu a pravidelné mazání třecích částí. Další nevýhoda – “suché” přístroje hlučí, proto je třeba pečlivě zvážit místo jejich instalace.

Přístroje s mokrým rotorem

Průtočné jednotky předpokládají chlazení pomocí čerpané vody. Rotor zařízení je přitom umístěn ve vodním prostředí a izolován vodotěsnou přepážkou od statoru.

Jednotky s mokrým rotorem se vyznačují nízkou úrovní produkovaného hluku. Cirkulační čerpadla s mokrým rotorem jsou určena pro zařízení topných systémů, ale často se používají pro vodovodní systémy při vytápění obytných místností.

Zařízení tohoto typu mají modulární konstrukci, díky čemuž se bez problémů rozebírají na dílčí sestavy při potřebě výměny jednotlivého prvku.

Použitá kluzná ložiska v konstrukci nevyžadují další údržbu. Nicméně “mokrá” čerpadla mají kratší životnost a zaostávají za “suchými” jednotkami v parametrech vytvářeného tlaku. Existují omezení směru montáže – lze pouze horizontálně.

Zásadní nevýhodou čerpadel tohoto typu je zranitelnost při práci se špinavou vodou, jejíž cizí příměsi mohou zařízení poškodit.

Dělení podle způsobu vytváření vakuové komory

Pracovní mechanismus tohoto typu zařízení je založen na reakci vytěsňování. Proces odsávání probíhá působením změny velikosti pracovní komory. Velikost vznikajícího vakua přímo závisí na stupni těsnosti pracovní komory.

Velikost vakua lze regulovat. Díky tomu může tlak v jednotlivých místech systému stoupat, nebo naopak klesat.

Vakuová čerpadla mají ve většině konfigurací tvar válce, uvnitř kterého je zabudován hřídel vybavený oběžným kolem nebo impeler.

Hřídel je hlavní pracovní nástroj mechanismu. Oběžné kolo vybavené lopatkami vykonává rotační pohyby. Působením lopatků pohybujících se po kružnici dochází k zachycení kapaliny nacházející se v pracovní komoře. Během otáčení vzniká odstředivá síla. Ta vede k vytvoření kapalinového prstence. Nevyplněný prostor uvnitř prstence představuje vakuum.

Podle způsobu, jakým je vytvořena vakuová komora, jsou vysokotlaká vodní čerpadla odstředivá, vibrační a vírová.

Zařízení odstředivého typu

Odstředivá čerpadla jsou nejběžnějším typem přečerpávacích zařízení schopných zajistit vysoký tlak v systému. Přečerpávají vodu otáčením oběžného kola upevněného uvnitř spirálovité skříně. Oběžné kolo se skládá ze dvou spojených disků, mezi nimiž jsou upevněny lopatky v opačném směru, než je proudění přiváděné kapaliny.

Odstředivé stanice jsou vybaveny hydroakumulátory, které zajišťují zásobu vody pro případ nedostatku a poklesů tlaku, a zařízeními pro automatické řízení.

Během otáčení vzniká odstředivá síla, která stimuluje vytlačování vodních proudů ze středu komory a vrhá je do vzdálených oblastí. Tím se sníží tlak ve středu rotujícího oběžného kola a voda začne proudit do vnitřku skříně.

Odstředivá zařízení jsou ve většině provedení vybavena hydroakumulátory. S tlakovým potrubím jsou spojena pomocí hrdel různých průměrů.

Pokud objem hydroakumulátoru čerpací stanice není dostatečný, může být použita jako agregát dodávající vodu do akumulační nádrže.

Zařízení odstředivého typu je schopno zajistit nepřetržitý přívod vody při vysokém tlaku. Jedinou podmínkou provozu je, že při spouštění agregátu musí být skříň naplněna vodou. Odstředivý typ má omezení: nemůže čerpat vodu z hloubky větší než 8 m, ale jako doplněk v systému zvyšování tlaku s několika čerpadly a akumulátory je zcela vhodný.

Vibrační elektromagnetická čerpadla

Princip činnosti vibračních čerpadel je založen na schopnosti magnetu díky působení střídavého proudu střídavě přitahovat k sobě a poté uvolňovat tandem kotva-píst. Změnou polarity vykonává kotva střídavé pohyby. Během jedné sekundy se může poloha kotvy změnit několik desítek krát.

Díky absenci rotujících součástí v elektromagnetických zařízeních vibračního typu jsou považovány za nejspolehlivější a nejtrvanlivější.

V důsledku vibračních kmitů je voda nejprve nasávána do pracovní komory a poté vytlačována přes ventil do výtlačného potrubí. Vibrační agregát může pracovat společně s odstředivým protějškem nebo tlačit zásobu vody do akumulační nádrže.

Vírové modely čerpadel

V dutině tělesa těchto agregátů je umístěn plochý disk vybavený radiálně upevněnými lopatkami. Otáčení kola s obvodovými lopatkami vytváří vakuum.

Působením otáčení disku se kapalina dostává do speciálně upravené dutiny tělesa a poté, po průchodu komorou, je vytlačována ven.

Vírová zařízení jsou známá vysokou sací silou. Nebojí se přítomnosti vzduchových bublin ve vodě. Jsou však zranitelná vůči přítomnosti suspendovaných částic v kapalině, a proto mají omezenou oblast použití. Protože se vírová zařízení rychle porouchají při čerpání špinavé vody, nedoporučuje se je používat při budování pískových studní a vrtů.

Přední výrobci a oblíbené modely

Mezi prověřenými světovými značkami, které jsou nejoblíbenější, stojí za zmínku:

• «Grundfos» – dánská společnost se zaměřuje na čerpadla s oběhovým systémem práce, která se vyznačují malými objemy.
• «CatPums» – zvláštností zařízení vyráběných pod touto značkou je nízká pulzace mechanismů při maximálně vysokém tlaku.
• «Wilo» – německý koncern se specializuje na výrobu malých čerpacích stanic vybavených vestavěnými hydroakumulátory.
• «Sprut» – zvláštností čerpadel pro zvýšení tlaku této značky je požadavek na čistotu a teplotu vody.

Výše uvedení výrobci vyrábějí své produkty podle osvědčené technologie, která zaručuje spolehlivost čerpacího zařízení. Mají ochranu proti přetížení, cyklování a chodu na sucho.

Cenové rozmezí nízkovýkonných modelů čerpadel se pohybuje v rozmezí 30–50 jednotek. Výkonnější modely vybavené automatickým systémem lze pořídit v rozmezí 70–100 jednotek. Čerpací stanice vyjdou na cenu v rozmezí 80–150 jednotek.

Kompaktní a lehké agregáty je vhodné použít jak při budování individuálního vodovodu, tak pro provoz v bytě.

V modelech středního cenového segmentu se dobře osvědčily:

• «Sprut 15WBX-8» – jednoduchá konstrukce se suchým rotorem má výkon 480 l/hod při příkonu 90 W. Lehký a kompaktní přístroj se umisťuje přímo na potrubí.
• «Euroaqua 15WB-10» – vírové elektrické čerpadlo snadno zvládá kapalinu, která obsahuje vzduch nebo plyn.
• «Cristal 15GRS-10» – model se pyšní nízkou energetickou náročností a vysokou účinností, vyznačuje se schopností ohřívat vodní proud až na 65 stupňů.

Nešetřete a nepořizujte čínské padělky. Opraváři se je neberou opravovat. Nečestní výrobci je sestavují tak, že porucha jednoho dílu okamžitě vede k nutnosti úplné výměny celého zařízení.

Specifika výběru zařízení

Při výběru čerpadla pro zajištění tlaku je vhodné se řídit řadou parametrů.

Stanovení výkonu agregátu

Tento parametr závisí na úkolu, který čerpadlo plní, a na potřebném průtoku vody. Při výpočtu celkového průtoku vody se zohledňují hospodářské a domácí potřeby, přičemž se vychází ze souhrnných údajů o maximálním průtoku vody ve všech fungujících odběrných místech za jednu časovou jednotku.

Určit vztah mezi výkonem a dopravní výškou zařízení pomůže graf, který většina výrobců přikládá do návodu k čerpadlům.

Výkon čerpadel středního cenového segmentu postačuje ke zvýšení tlaku alespoň o 1-1,5 atmosféry. Pokud to nestačí, systém se doplňuje o čerpadla pro zvýšení tlaku nebo stabilizační redukční ventily.

Levnou variantou zvýšení tlaku je instalace reduktoru v místě vstupu systému do domu či bytu. Zařízení automaticky stabilizuje tlak v okruhu.

Při výběru zařízení je třeba zohlednit i to, aby výkon čerpadla nepřekračoval vydatnost studny. V opačném případě, při rychlém vyčerpání zdroje a jeho nedostatečném doplňování, bude zařízení pracovat „nasucho“. A to může vést k jeho poruše.

Doporučený tlak zařízení

Tento parametr udává hodnotu výšky v metrech, do které je zařízení schopno čerpat vodu. Při stanovení požadovaného tlaku je třeba zohlednit vodorovnou vzdálenost dopravy vody a standardní tlakové ztráty při jejím transportu potrubím.

Pokud se tento parametr počítá podle zjednodušeného vzorce, pak se jeho hodnota bere jako desetina celkové délky horizontálního vedení. Například desetina délky hadice připojené k čerpadlu pro zalévání zeleně.

Například při budování studny o hloubce 10 metrů pro přívod vody do domu vzdáleného 12 metrů od zdroje vody, za předpokladu zavedení vody do výšky 4 metry nad zemí, se tlak agregátu vypočítá sečtením hodnot: 10+4+(12:10)=15,2 metru.

Abychom však získali přesnější výpočty, je třeba také zohlednit průměr potrubí a ztráty tlaku při zvedání vody potrubím a také při jejím průchodu ohyby a uzly. Pokud je totiž tlak nedostatečný, bude tlak na výstupu nízký. Z tohoto důvodu se při budování vodárenských systémů vybírají čerpadla schopná udržovat tlak v systému v rozmezí 2-6 barů.

Pro domácí potřeby není vhodné volit agregáty s vyššími parametry, protože při vytváření zvýšeného zatížení mohou způsobit rychlé opotřebení potrubí a sanitárních zařízení.

Při výběru zařízení je také třeba zohlednit:

• rozsah provozních teplot;
• hladina hluku vytvářená během provozu.

V prodeji jsou elektrické modely a agregáty na kapalná paliva. První jsou napájeny pouze z elektrické sítě. Mohou být dvou- a třífázové. Druhé jsou vybaveny spalovacím motorem. Jako palivo používají naftu nebo benzín.

Přítomnost automatizačního systému výrazně zvyšuje cenu zařízení. Ale vysoká cena automatizovaných mechanismů s vysokou úrovní elektrické ochrany se plně vyplatí, protože zařízení tohoto typu citlivěji reagují na změny situace a spotřebují méně elektrické energie.

Závěry a užitečné video k tématu

Videorecenze čerpadla pro zvýšení tlaku:

Varianta uspořádání systému pomocí zařízení zvyšujícího tlak vody:

Sortiment čerpací techniky je na trhu k dispozici v široké nabídce. Odborníci však doporučují nakupovat ji ve značkových prodejnách. Tam vám pomohou vybrat optimální variantu podle technických podmínek objektu a zajistí záruční servis, což je obzvláště důležité při nákupu drahého zařízení.

Chcete se podělit o tom, jak jste vybírali vysokotlaké čerpadlo, nebo o praktické použití tohoto typu zařízení? Pište prosím do níže uvedeného bloku komentářů. Zde můžete také klást otázky nebo sdělit zajímavé skutečnosti.