Fødepumper

Fødeapparater
Det er afgørende for en dampkedels sikkerhed og drift, at den fødes med tilstrækkeligt fødevand. I forskrifterne for dampkedler er der givet detaljerede regler for denne fødevands- forsyning, men disse kan sammenfattes i den hovedregel, at under fuld belastning skal føde- apparaterne være istand til at hæve vandstanden i kedlen.
Der anvendes i praksis tre slags fødeapparater:
1. Stempelpumper
2. Centrifugalpumper
3. Injektorer

I dag bruges næsten udelukkende centrifugalpumper som fødepumper, men man ser ofte på ældre anlæg stempelpumper eller injektorer anvendt som nødforsyning. De tre typer af føde- apparater repræsenterer forskellige pumpeprincipper :

Som tegningen viser, drejer det sig om at pumpe vand fra en lavtliggende beholder til en højtliggende. Pumpen er placeret i et niveau mellem de to beholdere. Den lodrette afstand mellem de to vandoverflader kaldes den geodætiske højde og benævnes h. Den deles op i hsug og htryk, hvor hsug er den lodrette afstand mellem den nederste vandoverflade og pumpen, og htyk er den lodrette afstand mellem pumpen og den øverste vandoverflade.
Der er en fysisk grænse for størrelsen af hsug idet sugevirkningen i et pumperør fremkommer ved at fjerne luften fra røret. Dette bevirker at atmosfæretrykket fra yderluften vil trykke vandet op i røret indtil der er ligevægt mellem atmosfærens tryk på overfladen og trykket fra vand- søjlen.
Da atmosfæretrykket normalt svarer til ca. 10 m vandsøjle, er dette den teoretiske grænse for sugerørets lodrette længde.

Ved vandets strømning i rørene opstår der modstand. Denne modstand er størst i rørbøjninger og ventiler, men er også tilstede i lige rørstykker. Modstanden skal overvindes for at holde vandstrømmen i gang, og dette gøres ved at lade pumpen suge og trykke mere end de teoretisk beregnede suge og trykhøjder. Denne ekstra suge og trykkraft kaldes i diagrammet fsug og ftryk. Den totale løftehøj de H fremkommer så ved at addere fsug + h + ftryk = H.

Pumpens virkningsgrad kan udtrykkes som h/H, men da de forskellige tab, feks. tab ved utætheder, gnidningstab i pumpe og tab i drivmotor også bør medregnes, er det mere nøjagtigt at beregne virkningsgraden som forholdet mellem den energi, der tilføres vandet, divideret med den energi, der tilføres drivmotoren. Virkningsgraden kan svinge meget fra pumpe til pumpe, men ligger ofte mellem 70-80%. Som følge af utætheder og rørmodstand vil den praktiske sugehøjde for koldt vand som regel ikke være større end ca. 7 m.
Når det drejer sig om sugehøjde, er fødevandetstemperatur en anden ting, der må tages højde for. Hvis vandets temperatur er 76°C, er dets damptryk ca. 0,4 bar, det vil sige, at hvis trykket i sugerøret sænkes til et absolut tryk på 0,4 bar (svarende til et vacuum på 0,6 bar), vil vandet koge. Dette betyder, at selv den bedste sugning kun vil kunne klare en vandsøjle svarende til 0,6 bar, dvs. 6 meters højde.
Trækker man så 3 m vs fra til eliminering af utætheder og rørmodstand, kan der kun udnyttes 3 m effektiv sugehøjde.
Ved 90'C er vandets damptryk ca. 0,7 bar, så ved denne og højere temperaturer vil det i prak- sis være umuligt for en pumpe at suge vand til sig.

Stempelpumper
Figuren viser princippet for en enkeltvirkende stempelpumpe. Når stemplet (1) bevæges op og ned, varieres rumfanget af cylinderrummet (2). Når stemplet trækkes op, stiger rumfanget i cylinderrummet, hvilket bevirker, at trykket i rummet falder. Dette medfører, at det større tryk i sugerøret får sugeventilen (3) til at åbne, og vandet strømmer ind, indtil trykforskellen er ud- lignet. Når stemplet vender og går nedad, bliver trykket i cylinderrummet større end udenfor, dette får sugeventilen til at lukke og trykventilen (4) til at åbne, så vandet presses ud i trykrøret.
Pakningen (5) skal skabe tætning mellem stempel og foring.
En dobbeltvirkende stempelpumpe, som den viste, har et pladeformet cylindrisk stempel (8) og er konstrueret med cylinderrum (9) på hver side af stemplet. Hvert cylinderrum har en suge- ventil og en trykventil, men på tegningen er der kun vist en af hver slags. Den dobbelt- virkende pumpe fungerer på nøjagtig samme måde som den enkeltvirkende, men da den har et sæt ventiler på hver side af stemplet, vil den suge vand ind på den ene side, samtidig med at den presser vand ud på den anden side.
På figuren er der ydeligere vist motor (1), remtræk (2), gearkasse (3), exentrik (4), plejlstang (5), krydshoved (6) og stempelstang (7). Position 10 er en delvis luftfyldt beholder (Vindkedel), hvori luften presses sammen og udvider sig som følge af den pulserende vandstrøm fra pumpe- slagene. Herved udjævnes pumpeslagenes trykstød, så vandets forløb i rørsystemet bliver mere jævnt.
Hvis afgangsrøret på en stempelpumpe spærres under drift, feks ved lukning af kedlens fødeventil, risikerer man, at trykrøret eller pumpehuset sprænges, idet der ingen mulighed er for, at vandet kan strømme tilbage mod pumpeslagene. For at undgå denne risiko anbringes en sikkerhedsventil på pumpens trykside.
Der findes også dampdrevne stempelpumper, normalt drevet af en dampcylinder anbragt i linie med stemplet, hvorved krumtap og plejlstang spares. Dampdrevne pumper går normalt med rolige bevægelser og er relativt støjsvage.

Centrifugalpumper
De fleste kedelfødepumper er såkaldte rotationspumper, hvor pumpehjulet under rotation overfører mekanisk arbejde til vandet i pumpehjulets kanaler.
Pumpehuset er spiralformet og udformet således, at der er et stadigt voksende gennem- strømningstværsnit i vandstrømmens retning. Pumpehjulet i midten er opdelt i en række krumme, delvis radiære kanaler, der har til formål at give vandet, der kommer ind centralt, en udadgående bevægelsesenergi, når hjulet roterer. Når vandet forlader hjulets yderkant, har det opnået sin største hastighed og dermed sin største bevægelsesenergi. Men da husets tvær- snitsareal øges jævnt, falder hastigheden, og bevægelsesenergien omdannes til trykenergi, således at trykket er størst i trykstudsen ved rørtilslutningen.

Det tryk, som en centrifugalpumpe kan yde, afhænger af hastigheden af skovlhjulets yderste omkreds. Man kan derfor øge pumpetrykket ved at sætte rotationshastigheden op eller ved at øge pumpehjulets diameter. Det er dog kun muligt inden for visse grænser. Ved små vand- mængder kan man ikke bruge store skovlhjul, fordi vandet så ikke vil udfylde rummet i skovl- hjulet, hvilket kan give anledning til såkaldt kavitation. Noget tilsvarende vil ske, hvis man giver et for lille pumpehjul for stor hastighed.

Har man derfor brug for høje tryk og moderate vandmængder, kan man enten sætte flere centrifugalpumper i serie, så afgangen fra den ene sluttes til sugestudsen på den næste, eller man kan vælge en fleretrinspumpe, hvor de enkelte pumpehjul og -huse sammenbygges på den samme pumpeaksel.

Kavitation
er betegnelsen for en tæringsform, der fremkommer ved vandslag. Når et skovlhjul eller en propeller føres så hurtigt gennem vandet, at dette ikke kan følge med, kan der opstå et så stort vacuum bag skovlmaterialet, at det absolutte tryk bliver mindre end damptrykket ved den aktuelle temperatur, hvilket bevirker, at der udvikles dampbobler. Disse dampbobler fylder meget mere end det vand, de er dannet afPå grund af den trykstigning, der sker i periferien af pumpehjulet, vil dampboblerne falde sammen (implodere) med stor kraft, der virker stærkt tærende (eroderende) på hjulet. Tæringen optræder som gruber, der breder sig og bliver dybere, mens kavitationen står på. Der kommer samtidig en karakteristisk støj fra pumpen, når den kaviterer.

Centrifugalpumper er ikke selvansugende, idet den hastighed, skovlhjulet kan bringe luften op på, ikke kan frembringe noget trykfald i sugeledningen af betydning. Man kan ved at anbringe en kontraventil i sugerøret forhindre, at vandet løber tilbage ved stilstand, således at sugerøret fyldes med luft. Centrifugalpumper er normalt forsynet med luftskruer, således at de kan ud- luftes eller fyldes med vand, såfremt de af en eller anden grund skulle have tabt vandet.
Da fødevand til dampkedler ofte har en høj temperatur, bør fødepumperne anbringes således, at der ikke opstår så store trykfald i sugeledningen, at der sker opkog i denne.

Selv om centrifugalpumpers virkningsgrad ikke er særlig høj (60-90%), foretrækkes den form for pumper normalt frem for andre typer på grund af driftsikkerhed og enkel opbygning. Motoren kan i reglen kobles direkte til pumpeakselen, så udvekslinger i form af remtræk eller gearkasser undgås. Da pumpen kører hurtigt og kontinuerligt, løber vandet hurtigt gennem den, hvilket gør, at pumpen kun behøver at fylde lidt. De nævnte forhold gør den relativt billig i anskaffelse og let at udskifte.
En centrifugalpumpes ydelse afhænger af modtrykket. Denne afhængighed udtrykkes ved en såkaldt pumpekarakteristik, som i form af kurveblade udarbejdes for hver pumpestørrelse. Ud fra dette kurveblad kan man se, om pumpen har de ønskede puxapeegenskaber. Hvis flere pumper skal arbejde sammen i et fælles fødevandsnet, er dette kun muligt, hvis de har ensartede pumpekarakteristikker.

På kraftværker anvendes ofte turbinedrevne fødepumper med op til 8.000 omdrejninger/min. For at undgå store aksiale påvirkninger forsynes pumperne med afbalingceringstromle eller skive. Og akseltætningerne udføres normalt med kølekamre.

Injektorer
En injektor bygger på det princip, at en dampstråle, som ved kedlens tryk strømmer gennem den, får langt større hastighed end en vandstråle under samme tryk. Ved hjælp af dampstrålens bevægelses- og varmeenergi er det muligt at give fødevandet så stor bevægelsesenergi, at det kan sættes på den kedel, hvorfra man tager dampen. Der findes forskellige fabrikater af injektorer eller strålingspumper, som de også kaldes, men de er alle indrettet efter det samme princip som de oprindelige typer, Metropolitan og Restarting.
Injektoren består af et pumpehus med tilslutningshaner for dampledning, sugeledning, trykledning og ledning for overløb, som vist på figuren. Injektoren virker efter følgende principper. Der sættes damp på injektoren med afspærringshanen (1). Derefter reguleres dampstrømmen med håndhjulet (2), hvis spindel (3) åbner eller lukker for nåleventilen i dysen (4). Dysen er udformet, så damphastigheden bliver stor. Når dampen kommer fra dysen ud i blandingskammeret (5), der er i forbindelse med sugeledningen, rives eventuel luft med, så der opstår undertryk i sugeledningen. Blandingen af damp og luft vil strømme ud gennem nogle huller ved (6) og ud af overløbsåbningen (7). Det dannede undertryk suger vandet gennem sugeledningen hvorefter det rammer dampstrålen. Derved fortættes noget af dampen, hvilket forårsager en tryksænkning, dvs. stærkere sugning.
Resten af dampen fører vandet med ind i dysen (8), hvis tværsnit øges. Dette bevirker, at hastigheden sænkes, og trykket efter dysen vokser. Ved at øge damptilsætningen stiger trykket så meget, at kontraventilen i trykstudsen (T) presses op, og fødevandet trykkes på kedlen.

Ved anlæg med stor sugehøjde benyttes normalt såkaldte universalinjektorer, det er injektorer i to trin. Første trin bruges til sugefunktionen, mens andet trin bruges til at sætte trykket op.










Tryk for at se fuld format

Pumpe og kurverCentrifugalpumpeFlertrinscentrifugalpumpeInjektor

Tryk for at se fuld format
Tryk for at se fuld format
Tryk for at se fuld format


Stempelpumper

Tryk for at se fuld format



Pumpefunktion

Startside
Retur