Plunžrové čerpadlo

---

Toto čerpadlo je vlastně čerpadlem pístovým s tím rozdílem, že pístní tyč a píst splývá v jednu součást o stejném průměru - plunžr . Stroj může být konstruovaný jako jednočinný nebo v ojedinělých případech i jako dvojčinný . V minulosti bylo toto čerpadlo využíváno především jako napáječka parních kotlů. V alternativní mikroenergetice nalezne své místo jako jedno z mála typů čerpadel schopné spolehlivě a při malém hnacím výkonu vytlačit vodu z hlubokého údolí až na vrchol vysokého kopce. Níže popisovaný typ čerpadla dokáže i při malých otáčkách čerpat vodu o stálém a velmi vysokém tlaku. Při použití běžně dostupných vodoinstalačních armatur je možné toto čerpadlo použít na čerpání do výše 100 až 120 metrů, při použití speciálních materiálů ještě mnohem výš. Uvážíte-li, že hnacím strojem může být vodní kolo pracující se spádem např. jen 0,5 metru, pak je toto čerpadlo použitelné i tam, kde již dávno končí možnosti vodního trkače . Dodávané množství je malé, přesto však při celodenním provozu plně dostačuje potřebám domácnosti.

Schema uspořádání:

Funkce:

Čerpadlo je od vodního, větrného nebo jiného motoru poháněno prostřednictvím klikového hřídele (nebo excentru). Vlastním plunžrem pohybuje ojnice. Ačkoliv se plunžr nedotýká stěn, při jeho pohybu ven z tělesa, vzniká v tomto prostoru podtlak, který přes sací ventil nasává do tělesa vodu. Protože k tomu dochází náhle, je nasávána nejprve zásoba vody v sacím větrníku. Teprve až se uvede do pohybu sloupec kapaliny v přívodním potrubí, je sací potřeba uhrazována z něj. Jakmile dojde plunžr do horní úvratě, sání končí a sací ventil se vlastní váhou uzavírá. Přívodním potrubím voda však stále ještě přitéká a než se zcela zastaví, částečně vyplní prostor v sacím větrníku. Při pohybu plunžru směrem do tělesa, kdy se plunžr zanořuje do kapaliny, musí voda těleso opustit. Svým tlakem překoná dopravní tlak ve výtlačném potrubí a zdvihne výtlačný ventil. Protože se výtlak koná v poměrně krátkém čase a voda ve výtlačném potrubí ještě není dostatečně rozprouděná, plní se výtlačný větrník a teprve později odtéká kapalina výtlačným potrubím. Když dojde plunžr do nejnižší polohy, výtlak končí a zpětný tlak uzavře výtlačný ventil. Výtlačným potrubím však stále ještě nějaký čas proudí voda z výtlačného větrníku (hnána bublinou stlačeného vzduchu nad hladinou). Mezitím již dochází k dalšímu sacímu cyklu a situace se periodicky opakuje. Rychlost čerpadla je omezená uzavírací rychlostí ventilů.

Konstrukční detaily:

• Nic nebrání namontovat čerpalo jako ležaté, avšak výtlak od plunžru k ventilu musí být směrem vzhůru, stejně tak jako poloha obou větrníků, aby se stroj nezavzdušňoval.
• S přihlédnutím k výrobní jednoduchosti a snadné výměně opotřebených dílů je na obrázku plunžr veden pouze v provazcové ucpávce. U malých strojů se toto řešení velmi osvědčilo. Ucpávka je pak jediným dílem, který se během provozu opotřebovává a není problém ji kdykoli vyměnit. Ucpávka je složena z mnoha samostatných prstenců stočených z kousků lojové ucpávkové šňůry čtvercového průřezu 8  x  8 nebo 10  x  10 mm běžně používané na těsnění hřídelů odstředivých čerpadel. Prstenců je tolik, aby sestavená ucpávka byla nejméně dvakrát delší než je průměr plunžru, jinak by se příčil a zadíral. (Není možné si usnadňovat práci svinutím provazdce do šroubovice!)
• Ojnice musí být velmi dlouhá (8 až 10-krát delší než zdvih plunžru L ), aby její úhlový výkyv do stran byl malý a plunžr se v ucpávce nevyvracel. Musí-li být z nějakého důvodu kratší, pak je zapotřebí použít samostatné vedení (křižák), které se ale musí mazat a je další opotřebovávanou součástkou.
• Aby byla zajištěna dlouhá životnost, měl by být průměr čepu ojnice roven alespoň 75% průměru plunžru. Klikový čep je pak nejméně stejný nebo raději větší než plunžr. Pouzdro ojniční hlavy u plunžru je z texgumoidu (nebo pertinaxu, různé rádo-by samomazné materiály, snad s vyjímkou grafitu, získávané práškovou metalurgií neobstojí, protože se ve vlhku zadírají vlastními produkty z vnitřní galvanické koroze). Ojniční ložisko na klice může být kuličkové, je-li však pumpa v záplavovém území a nepřevyšuje-li dopravní výška 20 metrů, pak zvolte raději kluzné, také texgumoidové. Totéž platí o hlavních ložiskách kliky.
• Obě ojniční hlavy je vhodné opatřit Štauferovou mazničkou naplněnou vhodnou vazelínou např. mazacím tukem NH2 případně A4. Průměr maznice by měl být shodný s průměrem čepu (tzn. na čep o průměru 20mm použijte mazničku označenou číslem 2).
• Klikový hřídel musí být opatřen setrvačníkem nebo tuto funkci musí nahradit hmotnost rotačních částí vodního motoru (váha vodního kola).
• U prototypu byl použitý nerezový plunžr průměru 18mm a zdvihu 50mm, vedený v šesti prstencích obyčejné lojové ucpávkové šňůry. Takto "velké" čerpadlo dopravovalo okolo 1200 ltr./den při tlaku 10 kp/cm ² .
• Je zapotřebí, aby ventily měly malý zdvih a dosedaly pozvolna. Proto se v praxi při použití typizovaných mosazných kuželových ventilů osvědčily otáčky 75 až 120 ot./min, nikoli vyšší. Bude-li pracovat pumpa s nízkým tlakem, může mít místo kuželových ventilů kožené klapky. V takovém případě může pumpa vykonávat až 250 zdvihů/min. Klapky však ve vodě tvrdnou a jejich životnost je malá. Naopak při otáčkách pod 50 ot./min. ventily dosedají nejistě, drnčí a ničí se také. V současnosti hojně prodávané přímé zpětné ventily s plastovým těsnícím členem (italské) mají u pumpy malou životnost. Nelze-li sehnat starší české zpětné kuželové ventily s mosaznou kuželkou, je možné pro ten účel upravit klasický vodovodní kohoutek (demontovat vřeteno, vysoustružit nové víčko, těsnící talířek a na ten našroubovat běžné vodovodní těsnění).
• Větrníky by měly být pokud možno vysoké, aby v nich byla hladina klidná a jejich objem by měl být alespoň pětinásobkem zdvihového objemu plunžru. Nejste-li prostorově omezeni, raději použijte i dvaceti a více-násobek zdvihového objemu, chod zařízení je pak mnohem klidnější. Větrník menších čerpadel lze snadno vyrobit zaslepením konců silnější trubky topenářskými dýnky. Zejména výtlačný větrník musí být silnostěnný. O jeho finálním provedení platí vše, co bylo řečeno v kapitole o trkači .
• V potrubí, hned za výtlačným větrníkem, musí být umístěn pojistný člen (přetlakový ventil používaný u boileru nebo alespoň kus chatrnější nezapáskované hadice), který by ochránil potrubí před prudkým zvýšením tlaku, kdyby došlo nedopatřením k uzavření výtlaku čerpadla. Vhodným dimenzováním výkonu a kroutícího momentu hnacího motoru (např. vod. kola na horní vodu) lze docílit toho, že po uzavření výtlaku vody v místě spotřeby se čerpadlo zvýšeným odporem zastaví ještě dříve, než zareaguje tento pojistný člen. Čerpadlo pak lze dálkově zastavit uzavřením vodovodního kohoutku.
• Hlavní energetickou spotřebu čerpadla při malých dopravních výškách netvoří síla nutná na výtlak vody, ale tření v ucpávce. Proto se ucpávka dotahuje pouze jemně. Ucpávka nesmí být stažená šrouby natvrdo! Voda přes ni musí prolínat, protože se tímto způsobem provazec maže. Přípustná ztráta je asi jedna až dvě kapky vody na jeden zdvih. Přepad vody musí být odveden na bezpečné místo, jinak vzniká pod čerpadlem louže. Pro pohon výše popisované pumpy s 18mm plunžrem vystačí výkon od 30 do 60W. Není-li jisté, zda bude vodní motor dostatečně silný, je vhodné, aby by měl čep kliky proměnnou excentricitu. Touto změnou zdvihu plunžru pak lze energetickou náročnost čerpadla výrazně snížit (samozřejmě za cenu menšího načerpaného množství).
• Je důležié upozornit, že se těleso čerpadla při čerpání studené vody rosí. Tam, kde by to vadilo, je potřeba čerpadlo tepelně zaizolovat filcem nebo pod ním udělat sběrnou vaničku na kondenzát.

Orientační volba velikosti čerpadla:

Legenda:

Použití:

Praktické využití tohoto čerpacího zařízení, tak jak je popsáno, je omezeno především na domácí či chatové vodovody (jak pitné, tak užitkové vody) a závlahy menší zahrádky i když, jak ukazuje tabulka - silnější typy by při dobrém řemeslném provedení zajistily i napájení menšího rybníčku či bazénu obecního koupaliště.

Tam, kde je dostatek hnací vody, lze na pohon použít malé, ale široké kolo zvané belík , tím zcela odpadnou převody. Z nostalgie můžete použít i přímý náhon pomaluběžnou Zuppingerovou nebo Schwamkrugovou turbínou. Rozměrově větším hnacím motorem pro toto čerpadlo může být korečník na horní vodu s příslušným ozubeným převodem do rychla a setrvačníkem. Velmi dobře poslouží hlavně v nejistých hydrologických podmínkách na značně proměnném toku - všude tam, kde i v suchém období musí čerpadlo spolehlivě pracovat. Smíříte-li se s převody, můžete použít samozřejmě i Bánkiho nebo Francisovu turbínu. Turbína může být i součástí malé vodní elektrárny, která žene tuto pumpu jen jako doplňkový pohon. Nabízí se tu i možnost použít Archimédův šroub.

---

[ vodních motory obecně ] - [ jiné systémy ] - [ průvodce kutila ]