Návrh automatické tlakové stanice

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