Cikkek
Dr. Lelkes János / Mezőgazdasági szivattyúk néhány szerkezeti és üzemi jellemzője
A növényi és állati szervezetek, de maga az élettelen természet is megalkotta a maga szivattyú rendszerét, amely a napenergiára és a kémiai energiára alapozódik. A mezőgazdaság ezeket a természet adta víz mozgatási formákat a sikeresebb és kevesebb kockázattal járó termelési folyamatok kiszolgálására létrehozta a rendkívül változatos szerkezeti és üzemeltetési jellemzőkkel bíró szivattyú megoldásait. Ezekkel a mezőgazdaságra alapozott ipar folyadék áramoltatási feladatai, a folyadékok energia tartalmának fokozása oldható meg. Jelen írásunkban támaszkodunk a két évvel ezelőtt hasonló témakörben közreadott anyagainkra és az akkori megállapításainkhoz kiegészítéseket teszünk. Az egyik legnagyobb vízmozgatást igénylő folyamat, az öntözés 6 – 7 évezredes történelmében a vízemelő gépeknek mindig jelentős szerep jutott. Ezek olyan energia átalakító eszközök, amelyekben a mechanikai teljesítmény hidraulikus teljesítménnyé alakul át. Az első gőzgép üzembe helyezéséig (1778, hazánkban vízgazdálkodási célokra 1878) a mechanikai energiaformát állati vagy emberi fizikai erőre alapozták. A gőzgép a szivattyúk gyors fejlesztéséhez vezetett, ami korszerűsítette a hagyományos felületi öntözéseket, és kezdetét vette az esőztető berendezések létrehozása. Nagyobb lendületet kapott a belvíz védekezés is, amely hazánkban az aszállyal megközelítően azonos nagyságrendű termelési kockázati tényező. Napjainkra a nyomás alatti vízszétosztó hálózatokra alapozott öntöző rendszerek az egyeduralkodók és az esőztető, valamint a mikro öntöző berendezések üzemeltetésének az elektromos vagy a belsőégésű motorokkal hajtott szivattyúk váltak a meghatározó elemévé. Ezekre nézve képekben mutatunk be néhány szerkezeti kivitelt. Minden szivattyú folyadékot szállító munkagép, amely külső energia felhasználásával megnöveli a rajta áthaladó folyadék energiáját. Az alkalmazott szivattyúkat el lehet helyezni egy vízforrás mellett úgy, hogy csak a szívócső nyúlik a vízbe, valamint lehetnek a vízfelszín alatt elhelyezett süllyesztett merülő, vagy búvárszivattyú kivitelek. Természetesen sok más szerkezeti kivitelt is kialakítottak. Meg kell jegyezni, hogy a belvíz elvezetési és a felületi öntözési technológiákban alkalmazott axiális és radiax lapátozású szivattyúk típus választéka nem mutat nagy választékot. Ezek a konstrukciók az állandó terepviszonyoknak így is megfelelnek. A radiális centrifugál szivattyúk állandó műszaki fejlesztés alatt vannak, mert ezeknek alkalmazkodni kell az öntöző vízszétosztás változatos technikai palettájához és ahhoz, hogy az öntözött területek a vízellátás határain belül vándoroltathatók. Az öntözésben leggyakrabban a radiális átömlésű centrifugális energia átalakítással működő szivattyúkat használják. Ezeknél a víz a szívó vezetéken keresztül jut a járókerék lapátjai közé, ami forgása következtében felgyorsítja a víz mozgását, növeli sebességi energia tartalmát, ami a járókereket körülvevő csigaházban jórészt nyomási energiává alakulva jelenik meg a szivattyú nyomócsonkján. A járókerekek száma szerint megkülönböztetjük az egyfokozatú és a több járókerekes szivattyúkat. A szivattyú tengely térbeli helyzete alapján beszélhetünk vízszintes és függőleges szivattyúkról és a motor - szivattyú közötti kapcsolat alapján lehetnek közvetlen tengelykapcsolós hajtású vagy fordulatszámot módosító hajtóműves változatok. A szivattyúk fejlesztése ma is folyik részben az üzemképesség fokozása, a helyhez kötöttség feloldása, az energia átalakítás hatásfokának javítása és a felügyelet nélküli üzem automatizálási feltételeinek általánossá tétele érdekében. Leggyakrabban a 3 – 10 bar közötti nyomás és 10 – 500 liter/perc közötti vízszállítás szabja meg a szivattyúk üzemi nyomás tartományát. A kisnyomású szivattyúk 10 – 15 méter emelőmagasság alatti gépek, közepesek a 15 – 150 méter közöttiek, nagynyomásúak az ezt meghaladó szállítómagasságú szivattyúk. A folyadékszállítás nagyságával szorosan összefügg a gép – és a nyomócsonk méret. Ebből a szempontból a 100 mm-nél nem nagyobb csonkátmérőjű és 100 kg-nál kisebb tömegű, illetve 30 kW hajtóteljesítmény alatti szivattyúkat kis teljesítményűeknek nevezzük. A közepes méretű szivattyúkat a 100-300 mm csonkátmérő, a 30-100 kW hajtóteljesítmény és a 100-500 közötti tömeg jellemzi ( Nyuli G., Oroszlány I., Szász, J.: Az öntözés gépei. Mg. Kiadó ) A szivattyúkat a gyártók katalógusokban foglalják össze. Ezekből először a szerkezeti kialakításra vonatkozóan hozhatjuk meg a döntéseinket: egyfokozatú vagy lépcsős, szabad tengelycsonkos vagy motoros, elektromos vagy diesel, stabil vagy mozgatható, vízszintes vagy függőleges beépítésű, szívó vezetékes vagy ráfolyásos ( pl. búvár ), automatizálhatóság, vízvédettség, alapozási igény, stb. Az üzemeltetést közvetlenül érintő döntések járnak a legnagyobb felelősséggel. Aki a szivattyús gépegység árával, illetve a beruházási költségével akarna takarékoskodni, az csalóka előnyökhöz jut. A mai gyártási és az ehhez kapcsolódó bekerülési költség színvonalon nemigen van olyan első látásra feleslegesnek tűnő költség tétel ami 1 -2 év üzemköltség megtakarításból ne térülne meg. Ezért a döntések meghozatala előtt érdemes független tanácsadók szakértő érveit is igénybe venni. A szivattyúk kiválasztásához a jelleggörbék ismerete alapján következtethetünk az öntözőrendszer működési minőségére, és energia felhasználására. A jelleggörbék lényegében olyan matematikai képletekkel is leírható grafikonok, amelyek közvetlen mérésekből is meghatározhatók, de elméleti tudományos levezetések eredményeivel is leírhatók. A világ mezőgazdasága összes energia felhasználásának egy ötödét szivattyúk használják fel. Ez a tekintélyt parancsoló adat arra a törekvésre figyelmeztet, hogy a szivattyús gépegység valamint a vízfogyasztó rendszer közös munkapontja a legjobb hatásfokú üzemi paraméter tartományba kell essen. A jelleggörbékkel mind a szivattyúk nyomás tartományát, mind a térfogatáram tartományát érintően műveleteket lehet végezni. Jelleggörbéi a folyadékok fogyasztó gépeknek is vannak. Ez ad különös jelentőséget a jelleggörbékkel történő műveleteknek, mert szemléletesen modellezhetők pl több szivattyú soros, párhuzamos, vagy valamilyen vegyes elrendezésű hidraulikai tulajdonságai és a szintén változatos kombinációkban üzemeltetett fogyasztók nyomásigénye és víznyelése közötti energetikai egyensúlyon alapuló munkapontok kialakulása. Ezek szemléletesen mutatják be a teljes hidraulikai rendszer várható viselkedését, és a lehetőséget feltételezett üzemállapotok várható elektromos áram, vagy diesel üzemanyag felhasználását. Felvetődik a szivattyú nyomás és vízszállítás szabályozás kérdése, amelynek energetikailag a legjobb módszere az elektromos frekvencia váltós fordulatszám szabályozás. Természetesen figyelemmel kell lenni az automatizálás szerepére, mert a fordulatszám szabályozás akár kétélű fegyverré is válhat, hiszen –mint tudott – kétszeres fordulatszám növelés például megközelítően kétszeresére növeli a vízszállítást, négyszeresére az emelőmagasságot, de nyolcszorosára az igényelt hajtóteljesítményt. Napjainkban a legnagyobb változatosságot a tápoldatos öntözéshez ( chemigation ) alkalmazott törzsoldat befecskendező szivattyúk adják. Működési elvük szerint lehetnek, membrános, dugattyús, injektoros, centrifugális és gravitációs szerkezetűek elektromos vagy víznyomáson alapuló működtetéssel. Legfontosabb jellemzőjük, hogy nagyon pontos a térfogatáram és ez az érték csak kevéssé függ a nyomástól. A szivattyú technikában külön fejezetet kellene szentelni a nem-newtoni folyadékok szállítására alkalmas szivattyúknak. A nem-newtoni közegek az anyagok igen széles skáláját jelentik, ez egy gyűjtőfogalom. Az összes olyan folyadék jellegű anyagot, amely a newtoni folyadékoktól eltérő tulajdonságokkal rendelkezik, azokat mind ebbe a kategóriába soroljuk. Ide tartozik például a vegyipari félkész és késztermékek nagyrésze (polimerek, kenőcsök, pépek, szuszpenziók, emulziók, ásványi porok, kencék, masszák, paszták, olajok és a fejezetünkben tárgyalásra kerülő mezőgazdasági és élelmiszeripari példák). A súrlódás elhanyagolásával kapott eredmények a valóság jó közelítését adják kis belső súrlódású folyadékok esetében. Nem hanyagolható el a súrlódás a nagy belső súrlódású folyadékokban, mint pl. olaj áramlása. Szilárd fal közelében minden súrlódásos folyadékban alapvetően megváltozik az áramlás jellege. Az ideális folyadék közvetlenül a fal mellett is véges nagyságú sebességgel rendelkezik, tehát csak a falra merőleges sebesség zérus. A viszkózus folyadék, pedig hozzátapad a falhoz, így a szilárd falhoz viszonyítva sebessége mindig zérus. A hígtrágya továbbítása és öntözésre történő felhasználása egy fontos öntözési technológia. Erre szemléltető képeinkben szintén mutatunk példát. Szarvas, 2006-07-07 Lelkes János, tudományos tanácsadó 30 903 37 38 |
