Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

Návrh automatické tlakové stanice

V článku jsou uvedeny jednotlivé kroky pro návrh ATS včetně komentářů. Z hlediska energetických úspor a zvýšené spolehlivosti je vhodné celkový požadovaný hydraulický výkon tlakové stanice rozdělit na vyšší počet čerpadel a vyhradit jedno čerpadlo jako rezervní a výkon čerpadel zvolit tak, aby max. požadovaný průtok byl pokryt zbývajícími čerpadly.

Charakteristické křivky tlakové stanice:

A. kaskádové spínání čerpadel

Podle okamžitého odběru jsou jednotlivá čerpadla zapojována do provozu. Jednotlivá čerpadla spínají po dosažení úrovně zapínacího tlaku a vypínají při dosažení úrovně vypínacího tlaku. Tyto úrovně jsou nastavitelné uživatelem na řídící jednotce (tlakovém spínači).

B. plynulá otáčková regulace jednoho z čerpadel

Při tomto způsobu je do systému vřazen frekvenční měnič, který odpovídá výkonu motoru jednoho čerpadla. Každé čerpadlo je možno pomocí řídící jednotky připojit buď na výstup frekvenčního měniče nebo přímo na síť 3 x 400V/50Hz. Pokud je možno pokrýt požadovaný odběr vody jedním čerpadlem, jsou jeho otáčky plynule regulovány přesně na okamžitý požadovaný výkon. Při dalším nárůstu odběru je zapnuto další čerpadlo, které běží při konstantních otáčkách. Při připojení tohoto čerpadla je snížen výkon základního (nyní regulovaného) čerpadla tak, aby nedošlo k překmitnutí tlaku z regulačního rozsahu.

Při návrhu tlakové stanice je nutno vycházet z následujících parametrů:

1. zdroj vody - jímka, studna, hlubinný vrt, veřejný řád. Je nutno definovat parametry zdroje - hloubka vody ve studni či vrtu, resp. nátoková výška u jímky, vydatnost zdroje vody (l/s), vstupní minimální a maximální tlak v případě zvyšování tlaku v potrubí.

2. umístění tlakové stanice - stanovit vzdálenost zdroje vody od tlakové stanice, stanovení ztrát v sacím řádu, stanovení potrubních ztrát od tlakové stanice do místa odběru při max. odběrném množství.

3. provozní parametry - definovat požadovaný maximální a minimální provozní tlak (v metrech vodního sloupce) a požadovaný maximální průtok při tomto tlaku (v litrech za sekundu) s ohledem na všechny tlakové ztráty v potrubí od místa tlakové stanice po místo odběru.

Volba typu čerpadel

Podle výpočtu všech výše uvedených skutečností zvolíme typ čerpadel. Pro optimální pracovní podmínky standartně používaných vertikálních článkových čerpadel s normálním sáním je vhodné, pracují-li tato čerpadla v režimu nátoku. Tato čerpadla jsou schopna pracovat i v sacím režimu při splnění určitých podmínek. Pro stanovení výšky nátoku, maximální sací výšky, je nutno provést výpočet minimální nátokové výšky.

Výpočet minimální nátokové výšky:

H = 10,2 - NPSH - Hf - Hv - 0,5

NPSH = hodnota odečená na křivce čerpadla NPSH
Hf = ztráta v sacím potrubí třením [m.v.sl.]
Hv = tenze páry [m.v.sl.] viz tab.

t[°C] 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Hv [m] 0,12 0,23 0,44 0,75 1,3 2,1 3,2 4,8 7,2 10,5 14,5 21

Je-li vypočtená výška kladná, může čerpadlo pracovat při max. sací výšce "H". Je-li hodnota záporná, je požadovaná nátoková výška minimálně "H".

Pokud nejsou splněny podmínky maximální sací výšky nebo pokud jsou zdrojem vody vrty či hluboké studny je nezbytné použít ponorná čerpadla.

Volba počtu a výkonu čerpadel

Z hlediska energetických úspor a zvýšené spolehlivosti je vhodné celkový požadovaný hydraulický výkon tlakové stanice rozdělit na vyšší počet čerpadel ( 2 až 6 ). Dále je vhodné vyhradit jedno čerpadlo jako rezervní a výkon čerpadel zvolit tak, aby max. požadovaný průtok byl pokryt zbývajícími čerpadly (např. 2 čerpadla + 1 rezervní nebo 1 + 1, 3 + 1). Tím je zabezpečen provoz tlakové stanice s plnými parametry i při výpadku jednoho čerpadla z důvodů jeho poruchy. Je-li celkový výkon stanice rozdělen na několik čerpadel, případně v kombinaci s plynulou regulací výkonu frekvenčním měničem, je v provozu dosahováno velkých energetických úspor, neboť výkon čerpací stanice (a tím i spotřeba el.energie) je vždy optimálně přizpůsobena okamžitému odběru vody. Volbu počtu čerpadel provedeme s ohledem na požadované provozní parametry Q [l/s] a H [m] dle charakteristických křivek čerpadel. Pokud je požadavek na minimální kolísání výstupního tlaku nebo pokud je požadované pracovní tlakové pásmo úzké (pod 1,5 baru) doporučujeme použít tlakovou stanici s plynulou otáčkovou regulací základního čerpadla frekvenčním měničem s přesností na 0,1 baru. Pro spolehlivý chod čerpadel je nezbytně nutné zajistit, aby při provozu nedošlo k chodu na sucho. Proto jsou všechny stanice standardně vybavovány elektronickým zařízením pro snímání hladiny čerpaného media.

Volba tlakové nádoby

Tlakovou stanici je nutno doplnit tlakovou nádobou o vhodném objemu. Tato tlaková nádoba se instaluje do výtlačného řádu dle konkrétních prostorových podmínek. Volba optimální velikosti tlakové nádoby závisí na mnoha okolnostech a může značně ovlivnit chování tlakové stanice při jejím provozu. Na velikosti nádoby má největší vliv:

  • závislost velikosti odběru vody v čase. Dochází-li k velkým výkyvům velikosti průtoku, musí být objem tlakové nádoby větší než v případě ustáleného málo kolísajícího odběru.
  • čím užší je požadováno pracovní tlakové pásmo (zapínací a vypínací tlak), tím vyšší musí být objem tlakové nádoby. Tlaková stanice má povolen určitý počet sepnutí čerpadel za hodinu (viz technické údaje).

Je-li nastaveno úzké pracovní tlakové pásmo a není dostatečně velká tlaková nádoba, může být tento parametr při provozu překročen a hrozí poškození motorů čerpadel.

Pomůckou pro tuto volbu je tabulka závislosti vodní rezervy tlakové nádoby na tlakovém režimu stanice a orientační vzorec dle doporučení výrobce tlakových nádob.

Tlakové nádoby k tlakovým stanicím

Funkce:

Tlakové nádoby řady MAXIVAREM LS jsou určeny jako tlakové zásobníky vody pro použití s automatickými tlakovými stanicemi.Tlakové nádoby jsou uvnitř osazeny potravinářským pryžovým vakem. V prostoru mezi stěnou nádoby a vakem je natlakován inertní plyn - dusík. Je-li připojené čerpadlo v chodu, je dovnitř vaku přiváděno čerpané medium a pryžový vak se rozpíná. Po vypnutí čerpadla je tlakem plynu vak smršťován a voda je vytlačována do potrubního systému. Konstrukce nádoby zabezpečuje, že se čerpané medium nedostává do styku s pláštěm nádoby. Pro optimální funkci je doporučeno, aby tlak plynu v nádobě byl o 0,2 baru nižší než je zapínací tlak připojeného čerpadla. Tlak plynu se měří při vypuštěné vodě z nádoby a odpojeném systému. Tabulka udává závislost velikosti vodní rezervy tlakové nádoby na tlakovém režimu.

Konstrukce:

Plášť tlakové nádoby je svařen ze dvou ( příp. 3 ) dílů z hlubokotažného plechu DIN 17 100, ST W 24. Povrchová úprava - prášková vypalovací barva. Vnitřní vak je z potravinářské butylové pryže. Připojovací příruba se závitem je z pozinkované oceli - na objednávku nerez ocel.

řada MAXIVAREM LS - vertikální provedení

typ / vertikální provedení objem D [mm] H [mm] spod. přípojka horní vývod max. teplota max. prov. tl.
MAXIVAREM LS 60 60 l 380 850 G 1" - 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 80 80 l 450 870 G 1" - 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 100 100 l 450 965 G 1" - 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 200 200 l 550 1235 G 1" 1/2 G 1/2" 100°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 300 300 l 630 1400 G 1" 1/2 G 1/2" 100°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 500 500 l 780 1550 G 1" 1/2 G 1/2" 100°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 750 750 l 780 2005 G 1" 1/2 G 1/2" 100°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 1000 1000 l 930 1950 G 2" G 1/2" 100°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 2000 2000 l 1280 2130 G 2" G 1/2" 100°C 1 MPa

řada MAXIVAREM LS - horizontální provedení

typ / vertikální provedení objem D [mm] H [mm] přípojka max. teplota max. prov. tl.
MAXIVAREM LS 20 20 l 250 500 G 1" 50°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 40 40 l 320 560 G 1" 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 60 60 l 380 850 G 1" 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 80 80 l 450 870 G 1" 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 100 100 l 450 965 G 1" 100°C 800 kPa
MAXIVAREM LS 200 200 l 550 1235 G 1" 1/2 100°C 1 MPa
MAXIVAREM LS 300 300 l 630 1400 G 1" 1/2 100°C 1 MPa

řada PLUSVAREM LS - vertikální provedení

typ / vertikální provedení objem D [mm] H [mm] přípojka max. teplota max. prov. tl.
PLUSVAREM LS 100 100 l 450 956 G 1" 100°C 16
PLUSVAREM LS 200 200 l 550 1235 G 1" 1/2 100°C 16
PLUSVAREM LS 300 300 l 630 1400 G 1" 1/2 100°C 16
PLUSVAREM LS 500 500 l 780 1550 G 1" 1/2 100°C 16
PLUSVAREM LS 750 750 l 780 2005 G 1" 1/2 100°C 16
PLUSVAREM LS 1000 1000 l 930 1950 G 2" 100°C 16

Stanovení potřebného objemu tlakové nádoby

zapínací tlak čerpadla 2 bar
vypínací tlak čerpadla 3,5 bar
max. požad. průtok Q = 180 l/min
výkon čerpadla P = 3 kW

P(kW) 1 2 3 4 5 6 8 10
K 0,25 0,33 0,42 0,50 0,58 0,66 0,83 1,00

Z tabulky odečteme pro výkon čerpadla 3 kW koeficient K = 0,42, vodní rezerva nádoy VT = K x Q = 0,42x180 = 75,6 l, z tabulky vyplývá potřebná velikost tl. nádoby 300 l, zvolena tl. nádoba MAXIVAREN LS 300.

OBJEM NÁBOBY [ l ] tlak vzduchu v nádobě (bar)
1,3 1,3 1,8 1,8 1,8 2,3 2,3 2,3 2,8 2,8 2,8 3,8 3,8 4,8 4,8 5,8 6,8
zapínací tlak tlakového spinače čerpadla (bar)
1,5 ,1,5 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 4,0 4,0 5,0 5,0 6,0 7,0
vypínací tlak tlakového spinače čerpadla (bar)
2,5 3,0 3,0 3,5 4,0 3,0 4,0 4,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 7,5 8,5 9,5 10
vodní rezerva tlakové nádoby ( l )
5 1,3 1,7 1,2 1,6 1,9 1 1,4 1,7 1 1,3 1,6 1,4 1,8 1,4
8 2,1 2,8 1,9 2,1 3 1,7 2,3 2,7 1,5 2,1 2,5 2,2 2,9 2,3
19 5 6,6 4,4 5 7,1 4 5,4 6,3 3,6 4,9 6 5,2 6,5 5
20 5,3 6,9 4,7 5,3 7,5 4,2 5,7 6,9 3,8 5,2 6,3 5,5 7,2 5,7
24 6,3 8,3 5,6 6,3 9 5 6,8 8 4,6 5,7 7,2 6 8,3 6,2
40 10,5 13,8 9,3 10,5 14,9 8,4 11,3 13,7 7,6 10,4 12,6 11 14,4 11,4
60 15 20 14 15 22 12 17 20 11 15 19 16 21 17
80 21 27 18 21 29 16 22 27 15 20 25 21 28 22
100 26 34 23 26 37 21 28 34 19 25 31 27 36 28 35 32 26
200 52 69 46 52 74 41 56 68 38 51 63 54 72 56 71 65 53
300 78 103 70 78 112 62 84 102 57 77 95 82 108 85 106 97 79
500 131 172 116 131 186 104 141 171 95 129 158 137 180 142 178 162 133
750 196 259 175 196 280 157 212 256 143 194 237 206 225 213 267 242 200
1000 262 345 233 262 373 209 282 342 190 259 316 274 360 284 356 324 265
2000 524 690 466 524 746 418 564 684 380 518 632 548 720 568 712 646 530

STANOVENÍ OBJEMU TLAKOVÉ EXPANZNÍ NÁDOBY

C = celkový objem vody v systému
e = koeficient roztažnosti odpovídající max. rozdílu teploty vody v systému (viz. tabulka)
Pi = tlak vzduchu v nádobě (abs)
Pf = max. tlak v systému odpovídající jmenovitému tlaku pojistného ventilu (abs)

Tabulka koeficientů roztažnosti

teplota (°C) e
0 0,00013
10 0,00177
20 0,00177
30 0,00435
40 0,00782
50 0,01210
60 0,01710
70 0,02270
80 0,02900
90 0,03590
100 0,04340

 
 
Reklama