In diesem Artikel: Die Geschichte der Umwälzpumpen Gerät und Funktionsprinzip; Arten von Pumpen zum Heizen; wie man eine Umwälzpumpe wählt; Wo und wie wird die Pumpe zum Heizen installiert?.
Wenn die Gesamtfläche der beheizten Räumlichkeiten Hunderte von Quadratmetern beträgt und diese Meter mehrere Stockwerke einnehmen, reicht eine klassische Heizung auf der Grundlage der natürlichen Zirkulation des Kühlmittels nicht aus. Und das ist nicht überraschend – der Druck in Systemen mit natürlicher Zirkulation überschreitet 0,6 MPa nicht. Es gibt nur zwei Möglichkeiten, den Druck zu erhöhen und die Wasserzirkulation in solchen Heizsystemen zu verbessern – ein geschlossenes System mit Rohren mit großem Durchmesser zu bauen oder eine Umwälzpumpe in das System einzuführen. Rohre mit großem Durchmesser sind nicht billig, daher die beste Lösung zum Heizen von Bereichen von 100 bis 150 m2 – Umwälzpumpe.
Heizungspumpen – Geschichte
Vor einem Jahrhundert versuchten die Ingenieure, das Problem der Kühlmittelzirkulation in Wasserheizungssystemen zu lösen und diese Aufgabe irgendwie einer Pumpe mit Elektromotor anzuvertrauen. Die zu Beginn des 20. Jahrhunderts existierenden Elektromotoren hatten jedoch offene Kontakte, das Eindringen von Wasser führte zu sofortigen Unfällen.
In den 1920er Jahren schuf der deutsche Ingenieur Gottlob Bauknecht, der die Firma Bauknecht gründete, den ersten hermetischen Elektromotor. Einige Jahre später schuf Wilhelm Oplander, Inhaber und Gründer von Wilo, eine Umwälzpumpe mit einem Bauknecht-Elektromotor. Bei der „trockenen“ Oplender-Pumpe wurde der Antrieb vom Motor zum im Rohrbogen installierten Axialrad durch eine mit Stopfbuchsendichtungen abgedichtete Welle ausgeführt. Wilhelm Oplender nannte seine Umwälzpumpe „Umwälzbeschleuniger“. Von 1929 bis 1955 wurden Pumpen dieser Bauart in Heizsystemen in Europa und den USA überall hergestellt und eingesetzt.
Der Hauptnachteil der Opleder-Umwälzpumpe war die Stopfbuchsendichtung, die sich bei geringsten Unregelmäßigkeiten auf der Wellenoberfläche schnell abnutzt, und das Stopfbuchsenmaterial war nicht besonders haltbar. Erforderlicher häufiger Austausch der Stopfbuchspackung, Wellenoberfläche erforderlich periodisches Schleifen und Polieren.
Vor 70 Jahren wurde die erste „nasse“ Umwälzpumpe entwickelt – sie wurde von Karl Rutchi, einem Schweizer Ingenieur und Gründer der Rutschi pumpen AG, erfunden. Der Elektromotor in der Ryutchi-Pumpe war auf einem Knie montiert, durch das Wasser gepumpt und zuverlässig abgedichtet wurde. In diesem Fall wurde Wasser die Rolle eines Schmiermittels zugewiesen.
Später wurde das Knie, an dem das Kühlmittel vorbeiging, durch eine „Schnecke“ ersetzt, von diesem Moment an wird die „Schnecke“ in der Konstruktion jeder modernen Pumpe für Heizsysteme verwendet.
Gerät und Funktionsprinzip
Umwälzpumpen haben eine enge Spezialisierung – sie sind für die Zwangsumwälzung des Wärmeträgers (Wasser) in geschlossenen Heizsystemen ausgelegt. In ihrer Struktur ähneln sie Entwässerungspumpen: ein Körper aus rostfreien Metallen oder Legierungen (Stahl, Gusseisen, Aluminium, Messing oder Bronze); Rotor aus Stahl oder Keramik; die Rotorwelle ist mit einem Laufrad-Laufrad ausgestattet; Rotormotor.
Wenn die Pumpe im Heizsystem installiert ist, saugt sie Wasser von einer Seite an und pumpt es aufgrund der durch die Drehung des Laufrads verursachten Zentrifugalkraft in die Rohrleitung auf der anderen Seite – es tritt ein Vakuum im Einlassrohr und eine Kompression am Auslassrohr auf. Bei gleichmäßigem Pumpenbetrieb ändert sich der Kühlmittelstand im Ausdehnungsgefäß nicht, d.h. Es ist nicht möglich, den Druck im Heizsystem damit zu erhöhen – eine Druckerhöhungspumpe wird benötigt, um diese Aufgabe zu erledigen. Die Umwälzpumpe hat die Aufgabe, das Kühlmittel bei der Überwindung des Widerstands zu unterstützen, der in bestimmten Abschnitten von Heizsystemen auftritt.
Arten von Umwälzpumpen
Grundsätzlich werden Heizpumpen in zwei Typen unterteilt – „trocken“ und „nass“..
Bei Strukturen des ersten Typs kommt der Rotor nicht mit dem gepumpten Wasser in Kontakt, sein Arbeitsteil ist durch O-Ringe, die meistens aus Kohlenstoffagglomerat, seltener aus Edelstahl oder Keramik, Aluminiumoxid oder Wolframcarbid bestehen, vom Elektromotor getrennt (das Material der Enddichtung hängt von der Art des Kühlmittels ab). Beim Starten des Pumpenmotors drehen sich die O-Ringe relativ zueinander – zwischen den polierten und sorgfältig montierten Ringen befindet sich eine dünne Wasserschicht, die die Verbindung aufgrund des Druckunterschieds in der Außenatmosphäre und im Heizsystem abdichtet (der Druck im Heizsystem ist höher). Die Feder drückt einen Dichtring zum anderen, während des Betriebs nutzen sich die Ringe ab und passen sich selbst an. Ihre Lebensdauer beträgt mindestens 3 Jahre – sie sind effektiver als die Stopfbuchspackung, die ständig geschmiert und gekühlt werden muss. Der Wirkungsgrad von Umwälzpumpen mit trockenem Rotor beträgt bis zu 80%. Im Vergleich zu „nassen“ Pumpen geben trockene Rotorpumpen während des Betriebs ein lautes Geräusch ab, sodass sie in einem separaten Raum mit guter Schalldämmung installiert werden.
Wenn Sie Pumpen mit einem trockenen Rotor mit gleitenden Gleitringdichtungen verwenden, sollten Sie das Vorhandensein von Schwebstoffen im gepumpten Wasser und den Staubzustand der Luft in dem Raum, in dem die Pumpe installiert ist, sorgfältig überwachen. Der Betrieb einer „trockenen“ Pumpe verursacht Luftturbulenzen, die Staubpartikel anziehen. Staubpartikel und Schwebstoffe im Kühlmittel können die Oberflächen der Dichtringe beschädigen und deren Dichtheit beeinträchtigen.
Unabhängig von der Art der Dichtung, ob es sich um eine Stopfbuchse oder eine verschiebbare Gleitringdichtung handelt, werden sie beim Betrieb einer „trockenen“ Pumpe zerstört, sodass sie für die Rolle eines Schmiermittels Flüssigkeit benötigen. Wenn diese nicht vorhanden ist, ist eine Zerstörung der Gleitringdichtung unvermeidlich.
„Trockene“ Pumpen werden in drei Typen unterteilt: horizontal (Ausleger), vertikal und Block. Bei Pumpen des ersten Typs befindet sich das Saugzweigrohr an der Endseite der „Spirale“ und das Auslasszweigrohr radial am Körper. Der Elektromotor der Konsolenpumpen ist horizontal montiert.
Vertikale Pumpen (in Reihe) sind mit denselben Bohrungsdüsen ausgestattet, die sich entlang derselben Achse befinden. Die Position des Elektromotors bei der Konstruktion solcher Pumpen ist vertikal.
Das Kühlmittel tritt in Richtung der Achse in die Blockpumpe ein, es wird in radialer Richtung freigesetzt.
„Nasse“ Heizpumpen unterscheiden sich von trockenen darin, dass das Laufrad in seiner Konstruktion zusammen mit dem Rotor in das Kühlmittel eingetaucht ist, während das Kühlmittel die Funktionen der Schmierung und Kühlung des laufenden Motors erfüllt. Ein Metallbecher zwischen Rotor und Stator, dessen Material aus rostfreiem Stahl besteht, sorgt für die Dichtheit des unter Spannung stehenden Teils des Elektromotors. Der Rotor einer „nassen“ Pumpe für Heizsysteme besteht aus Keramik, die Lager sind aus Keramik oder Graphit, das Gehäuse besteht normalerweise aus Gusseisen – für Heizsysteme sind „nasse“ Umwälzpumpen in einem Messing- oder Bronzegehäuse besser geeignet. Im Vergleich zu „trockenen“ Pumpen sind „nasse“ Pumpen leiser, erfordern jahrelang keine Wartung und sind einfacher zu reparieren und einzustellen. Ihr Haupt- und wesentlicher Nachteil ist jedoch ihr geringer Wirkungsgrad von nicht mehr als 50%. Der Grund für die geringe Leistung von „nassen“ Pumpen liegt in der Tatsache, dass es praktisch unmöglich ist, die Hülse, die den Stator und das Kühlmittel trennt, mit einem größeren Rotordurchmesser abzudichten. Gerade wegen des geringen Wirkungsgrads werden „nasse“ Pumpen zum größten Teil verwendet, um die Zirkulation in Heizsystemen kurzer Länge, d. H. in der Haushaltsheizung.
Moderne „nasse“ Umwälzpumpen sind modular aufgebaut. Es gibt fünf solcher Modelle: Pumpengehäuse; Elektromotor mit Stator; Box mit Klemmenblöcken; Arbeitsrad; eine Patrone, die einen Rotor und eine Welle mit Lagern enthält. Eine einzige Kartuscheneinheit macht es einfach, während des Startvorgangs im Pumpengehäuse angesammelte Luft zu entfernen, und das modulare Design selbst erleichtert Reparaturarbeiten – Sie müssen nur das fehlerhafte Modul durch ein neues ersetzen.
Dementsprechend sind die „nassen“ Heizpumpen mit ein- und dreiphasigen Elektromotoren ausgestattet. Die Pumpen sind mit einem Gewinde- oder Flanschanschluss an der Rohrleitung des Heizungssystems befestigt – ihr Typ hängt von der Leistung dieser Pumpe ab.
Da Wasser in Pumpen mit nassem Rotor die Rolle eines Schmiermittels spielt, muss ständig Wasser durch die Hülse zwischen Kühlmittel und Stator zu den Lagern fließen. Die einzige Möglichkeit, um sicherzustellen, dass die Lager ausreichend geschmiert sind, ist die streng horizontale Position der Welle. Jede andere Position der Welle führt zu Fehlfunktionen der Pumpe und wird bald unbrauchbar.
Heizpumpen – wie man sie auswählt
Berechnen wir zunächst, wie viel Kühlmittel pro Minute durch den Kessel fließt. Die meisten Hersteller von Heizkesseln empfehlen die Verwendung einer einfachen Berechnungsmethode – Gleichsetzen der Kesselleistung mit dem Wasserdurchfluss, d. H. Bei einer Leistung von 30 kW strömen 30 Liter Wasser pro Minute durch den Kessel. Bei der Berechnung des Durchflusses des Kühlmittels in Bezug auf einen bestimmten Abschnitt des Zirkulationsrings verwenden wir dieselbe Methode: Wir kennen die Leistung der Heizkörper und dementsprechend wird der Wasserdurchfluss berechnet.
Der nächste Schritt besteht darin, die Durchflussrate des Kühlmittels in der Rohrleitung gemäß dem Durchmesser der Rohre zu berechnen, aus denen es besteht:
- in Rohren mit einem Durchmesser? der Wasserdurchfluss beträgt 5,7 l / min;
- in Rohren mit einem Durchmesser? Zoll der Wasserdurchfluss beträgt 15 l / min;
- In Rohren mit einem Durchmesser von 1 Zoll beträgt der Wasserverbrauch 30 l / min.
- in Rohren mit einem Durchmesser von 1? Zoll der Wasserdurchfluss beträgt 53 l / min;
- mit einem Rohrdurchmesser von 1? der Wasserverbrauch beträgt 83 l / min;
- Bei einem Rohrdurchmesser von 2 Zoll beträgt der Wasserdurchfluss 170 l / min.
- mit einem Rohrdurchmesser von 2? Zoll beträgt der Wasserverbrauch 320 l / min.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlmittels wird mit 1,5 m pro Sekunde angenommen – dies ist in der Regel eine ausreichende Geschwindigkeit für Wasser in Heizsystemen.
Berechnen wir die Leistung der Pumpe zum Heizen auf der Grundlage, dass für einen zehn Meter langen Abschnitt der Rohrleitung eine Förderhöhe von 0,6 m benötigt wird. Dementsprechend wird für ein hundert Meter langes Heizsystem eine Pumpe benötigt, die eine Förderhöhe von 6 Metern erzeugt. Entsprechend den erzielten Ergebnissen sollte die Pumpe ausgewählt werden.
Wenn Ihr Heizsystem Rohre mit einem kleineren Durchmesser als den oben aufgeführten verwendet, müssen Sie die eingestellte Pumpenleistung erhöhen, da der Hydraulikwiderstand in diesen höher ist. Und umgekehrt – bei einem größeren Rohrdurchmesser ist eine Umwälzpumpe mit weniger Leistung erforderlich.
Die obige Berechnung der Pumpeneigenschaften für Heizsysteme ist eher willkürlich und einfach. Wenn eine Berechnung für ein Heizsystem mit großer Länge und komplexer Konstruktion erforderlich ist, ist es am richtigsten, einen Spezialisten auf dem Gebiet der Wärmetechnik zu kontaktieren. Sie können ein komplexes und mehrstufiges Heizsystem nicht unabhängig berechnen! Wenn Sie es dennoch versuchen möchten, finden Sie die Berechnungsformel in SNiP 2.04.05-91 *.
Umwälzpumpe mit minimalen Eigenschaften – Leistung 30 W, maximale Förderhöhe 2 m, Wasserdurchfluss 2 m3/ h, mit einer Zollverbindung – kostet durchschnittlich 4 300 Rubel. Die größten Anbieter von Haushalts- und Industriepumpen für Heizsysteme auf dem russischen Markt sind der Italiener DAB, Lowara, Ebara und Pedrollo, Grundfos (Dänemark), Wilo (Deutschland). Russische Hersteller stellen in der Regel Industriepumpen her, ihre Produktlinie enthält keine Haushaltsumwälzpumpen.
Denken Sie daran, dass Sie keine zu 100% geeignete Pumpe auswählen können – jedes Heizsystem hat seine eigenen Eigenschaften, und die Pumpen sind eine seriell hergestellte Einheit mit durchschnittlichen Parametern. Die Wahl eines Pumpenmodells mit übermäßiger Leistung als wirklich notwendig führt während des Betriebs zu Geräuschen in den Rohren. Daher lohnt es sich, das Pumpenmodell mit mehreren einstellbaren Betriebsarten auszuwählen und empirisch den Modus einzustellen, in dem die Pumpe am effizientesten arbeitet. Es ist richtig, eine Pumpe zu wählen, deren Leistung die für dieses Heizsystem erforderliche Leistung um 5-10% übersteigt.
Standortauswahl und Installation der Umwälzpumpe
Die „nasse“ Pumpe kann sowohl in der Rücklauf- als auch in der Versorgungsleitung installiert werden. Die Popularität der Installation in der Rücklaufleitung hängt mit den alten Pumpenmodellen zusammen – sie wurden nur in der Rücklaufleitung installiert, weil Der Durchgang von kälterem Wasser verlängerte die Lebensdauer der Stopfbuchse, des Rotors und der Lager.
Während des Betriebs der Pumpe werden in der Rohrleitung vor dem Ausdehnungsgefäß und in der Rohrleitung danach unterschiedliche Drücke erzeugt: im ersten Fall Kompression, im zweiten Fall Vakuum. Der statische Druck, den der Expansionsbehälter erzeugt, beeinflusst den Betrieb des Heizsystems mit einer Umwälzpumpe. Es muss berücksichtigt werden, dass der hydrostatische Druck in der Pumpenförderzone höher ist als der normale (in Ruhe befindliche) Wasserdruck. Andererseits wird in dem Teil des Heizsystems, von dem aus die Pumpe das Kühlmittel ansaugt, der Druck verringert, sein Füllstand kann nicht nur auf atmosphärisch abfallen, sondern auch zu Vakuum führen. Differenzdrücke im Heizsystem können dazu führen, dass Wasser kocht und Luft freigesetzt oder angesaugt wird.
Die Zirkulation des Kühlmittels im Heizsystem wird nicht gestört, wenn eine Bedingung bei der Konstruktion berücksichtigt wird – an jedem Punkt in der Saugzone sollte der hydrostatische Druck nur zu hoch sein. Compliance kann auf folgende Weise erreicht werden:
- Heben Sie das Expansionsgefäß 0,8 m über den höchsten Punkt des Heizungsrohrs. Diese Methode ist am einfachsten, wenn das Heizsystem mit natürlicher Zirkulation auf Zwangsumwälzung umgestellt wird. Ihre Implementierung ist jedoch nur bei einer ausreichenden Höhe des Dachbodens möglich und es ist erforderlich, den Ausgleichsbehälter gut zu isolieren.
- Stellen Sie das Expansionsgefäß oben auf die Rohrleitung, um den oberen Teil des Heizsystems in den Pumpenauslassbereich zu bringen. Moderne Heizsysteme (diese Technik ist für sie anwendbar), die im Voraus für die Zwangsumwälzung ausgelegt sind, werden mit einer Rohrleitungsneigung „zum Kessel“ und nicht „von dort“ gebaut, wie dies bei Heizsystemen mit natürlicher Zirkulation der Fall ist. Die Ziele sind wie folgt: Bei einer solchen Hangkonstruktion bewegen sich Luftblasen entlang des Wasserstroms, weggetragen durch den Druck von der Umwälzpumpe, d.h. Die in natürlichen Zirkulationssystemen übliche Gegenstrombewegung für Luftblasen ist nicht möglich. Infolgedessen befindet sich der höchste Punkt im Heizsystem nicht am Hauptsteigrohr, sondern am weitesten. Es liegt an Ihnen, diese Methode anzuwenden oder nicht. Es ist jedoch schwierig, das vorhandene Heizsystem zu ändern, und es ist nicht ganz bequem, ein neues System darauf aufzubauen, da es einfachere Möglichkeiten gibt.
- Übergabe des Rohres mit einem Ausgleichsbehälter vom Versorgungssteigrohr und dessen Einführen in die Rücklaufleitung unweit der Umwälzpumpe vor dem Saugrohr. Mit einer solchen Rekonstruktion des bestehenden Heizungssystems erhalten wir optimale Bedingungen für den Betrieb der Zwangspumpenzirkulation;
- Diese Methode ist nicht für alle Pumpenmodelle geeignet – die Umwälzpumpe wird direkt hinter dem Eintrittspunkt des Ausgleichsbehälters an den Versorgungsabschnitt der Rohrleitung angeschlossen. Äußerlich sieht eine solche Modifikation des vorhandenen Heizsystems einfach aus, aber die Temperatur des Kühlmittels in diesem Abschnitt des Heizkreislaufs wird besonders hoch sein – stellen Sie sicher, dass dieses Pumpenmodell solchen ungünstigen Betriebsbedingungen wirklich standhält.
Nachdem wir uns für den Installationsort der Pumpe entschieden haben, fahren wir mit der Installation selbst fort. Sie benötigen einen Grobfilter, ein Rückschlagventil (für geschlossene Systeme unter Druck), einen Bypass und Schraubenschlüssel (von 19 bis 36 mm) – alles Elemente für den Gewindedurchmesser der Pumpe. Am Hauptrohr zwischen dem Einlass und dem Auslass des Einschaltbypasses muss entlang seines Durchmessers ein Absperrventil installiert werden. Es ist besonders praktisch, wenn das ausgewählte Pumpenmodell abnehmbare Gewinde hat, andernfalls müssen Sie diese separat kaufen.
Ein in Heizsystemen verwendeter Bypass ist ein kleiner Abschnitt der Rohrleitung, der parallel zu Absperr- und Steuerventilen installiert ist. Seine Aufgabe besteht darin, das Heizsystem im Falle eines Stromausfalls und eines Pumpenausfalls auf natürliche Zirkulation umzustellen. Für den normalen Betrieb von Heizgeräten muss der Durchmesser des Bypassrohrs gleich dem Durchmesser des Steigrohrs sein, in das es schneidet.
Vorgehensweise zum Installieren von Geräten am Bypass in Richtung Kühlmittel: Filter, Rückschlagventil (falls erforderlich) und Umwälzpumpe. Die Bypass-Einlässe in das Steigrohr sollten über die Absperrhähne erfolgen. Wenn das System auf natürliche Zirkulation umgeschaltet wird und bei einem Ausfall der Geräte am Bypass diese Ventile geschlossen sind, öffnet sich der Absperrhahn unter dem Bypass.
Für einen effizienten Betrieb der „nassen“ Pumpe und um eine Ansammlung von Luft zu verhindern, wird der Bypass streng horizontal installiert. Nur für den Fall, dass unter den am Bypass installierten Geräten eine automatische Entlüftung installiert werden kann – an jedem Ort, nicht wichtig, aber in aufrechter Position. Die Vorteile einer automatischen Entlüftung gegenüber dem klassischen Mayevsky-Ventil, das mit einigen Heizkörpern ausgestattet ist – die Freigabe und anschließende Abschaltung dieses Geräts erfolgt automatisch, und das Mayevsky-Designventil muss manuell abgeschraubt und festgeschraubt werden.
Welche Umwälzpumpen für Heizsysteme sind die effizientesten und zuverlässigsten?