Hidraulikai interaktivitás

Az 1. sz. ábra egy közös szivattyúval rendelkező két, párhuzamosan kapcsolt, azonos fogyasztókat tartalmazó rendszert mutat. A fogyasztók közös csővezetéki szakaszának nyomásesése elhanyagolható a fogyasztók nyomáseséséhez képest.

1. sz. ábra Közös szivattyúval rendelkező két, párhuzamosan kapcsolt, azonos fogyasztót tartalmazó rendszer

Hogyan változik a térfogatáram, ha a 2. számú fogyasztó motoros pillangószelepét lezárjuk? A 2. sz. ábrán jól látható, hogy a példánkban feltüntetett rendszerben a keringtetett közvetítő közeg térfogatáram csak a szivattyú jelleggörbéjétől függ. Az 1. és 2. számú fogyasztók eredő jelleggörbéje az 1+2 pontban, az 1. számú fogyasztó jelleggörbéje az 1 pontban metszi a szivattyú jelleggörbéjét. Ha mindkét fogyasztó üzemel, akkor az összes térfogatáram (100 m3/h) a két fogyasztón egyenlő arányban oszlik meg. Ha a 2. számú fogyasztót lezárjuk, akkor az 1. számú fogyasztó rendelkezésre álló nyomáskülönbsége 100 kPa-ról 122 kPa-ra nő, mely +22%-os változást jelent, vagyis a működő fogyasztón a térfogatáram kb. 10%-kal növekszik (kb. 55 m3/h). A nyomáskülönbség és a térfogatáram változás mértéke a fogyasztón kisebb, ha a szivattyú jelleggörbéje laposabb, és nagyobb, ha a szivattyú jelleggörbe meredekebb.

2. sz. ábra Térfogatáram változás az 1. sz. ábrán látható kapcsolás szerinti rendszer teljes ill. részterhelése esetén

Közös szivattyúval rendelkező, két párhuzamosan kapcsolt – példánkban azonos -fogyasztót tartalmazó rendszer esetében, amikor a közös vezetékszakasz nyomásesése elhanyagolható, a fogyasztókon áthaladó térfogatáram teljes ill. részterhelés esetén csak a szivattyú jelleggörbéjétől függ. A két üzemállapotban a rendszer összes térfogatárama jelentősen, a fogyasztókon viszont csak kis mértékben változik, vagyis a fogyasztók közötti hidraulikai interaktivitás mértéke kicsi.

A 3. sz. ábrán – az 1. sz. ábrához hasonlóan – két fogyasztó van párhuzamosan kapcsolva, viszont a közös ágban, a két fogyasztóhoz viszonyítva igen nagy nyomásesésű berendezés (pl. lemezes hőcserélő) van beépítve.

3. sz. ábra Közös szivattyúval rendelkező két, párhuzamosan kapcsolt, azonos fogyasztót tartalmazó rendszer, a közös csővezetéki szakaszban nagy nyomáseséssel rendelkező berendezéssel

Hogyan változik a térfogatáram, ha a 2. számú fogyasztó motoros pillangószelepét lezárjuk? A 4. sz. ábra ezt a változást szemlélteti.

4. sz. ábra Térfogatáram-változás a 3. sz. ábrán látható kapcsolás szerinti rendszer teljes, ill. részterhelése esetén

Első lépésként a szivattyú és a berendezés jelleggörbéjéből a kék színű eredő jelleggörbét szerkesszük meg (pAB=H-pberend), ezután az 1. és az 1+2. számú fogyasztó igen lapos jelleggörbéit rajzoljuk fel. Az egyik fogyasztó működése esetén az 1 jelű, két fogyasztó működése esetén az 1+2 jelű jelleggörbe metszi ki az aktuális munkapontot. Ha a két munkapont közötti pAB nyomáskülönbség értékét alaposan megvizsgáljuk, akkor láthatjuk, hogy a nyomáskülönbség változás négyszeres, ezért az egyedül működő fogyasztón a térfogatáram közel kétszeresére nő, viszont a rendszer egészét tekintve az összes térfogatáram alig változik.

Közös szivattyúval rendelkező, két párhuzamosan kapcsolt – példánkban azonos – fogyasztót tartalmazó rendszer esetében, amikor a közös vezetékszakasz nyomásesése igen magas, akkor a fogyasztókon áthaladó térfogatáram teljes ill. részterhelés esetén a szivattyú és a közös berendezés eredő jelleggörbéjétől függ (pAB=H-pberend). A két üzemállapotban a rendszer összes közvetítő közeg térfogatárama igen kis mértékben, a fogyasztókon viszont jelentős mértékben változik, vagyis a fogyasztók közötti hidraulikai interaktivitás mértéke magas.

Ha az 5. sz. ábra szerint mindegyik fogyasztó külön-külön szivattyúval rendelkezik, úgy a hidraulikai interaktivitás mértéke kis mértékben, de csökkenthető.

5. sz. ábra Külön szivattyúval rendelkező két, párhuzamosan kapcsolt, azonos fogyasztót tartalmazó rendszer, a közös csővezetéki szakaszban nagy nyomáseséssel rendelkező berendezéssel

Mi történik, ha a 2. számú fogyasztó motoros pillangószelepét lezárjuk? A 6. sz. ábra ezt a változást szemlélteti.

6. sz. ábra Térfogatáram változás az 5. sz. ábrán látható kapcsolás szerinti rendszer teljes ill. részterhelése esetén

Első lépésként az 1. számú szivattyú és az 1. számú fogyasztó eredő jelleggörbéjét rajzoljuk meg (alsó, kék görbe; pABfogyasztó1=H1-pfogy1 ). Ezután szerkesszük meg az 1. + 2. számú fogyasztó és az 1. + 2. számú szivattyú eredő jelleggörbéjét (felső kék görbe; pABfogyasztó1+2). A diagramba berajzolva a közös berendezés csővezetéki jelleggörbéjét (piros), könnyen megkapjuk az 1. és az 1+2 számú fogyasztók működése esetén a munkapontokat. Látható, hogy a 2. számú fogyasztó pillangószelepének elzárása a rendszer összes térfogatáramát nem befolyásolja jelentősen, viszont ebből következik, hogy a még működő 1. számú fogyasztón a térfogatáram közel megduplázódik.

Az előző példából kitűnik: ha a párhuzamosan kapcsolt, külön szivattyúval rendelkező fogyasztói körök közös szakaszának nyomásesése jóval nagyobb, mint az egyes fogyasztói körök nyomásesése, akkor a párhuzamosan kapcsolt körök között hidraulikai interaktivitás lép fel (7. sz. ábra).

7. sz. ábra Párhuzamosan kapcsolt, külön szivattyúval rendelkező fogyasztói körök, a közös ágban magas nyomáseséssel

Minél magasabb a közös vezetékoldali nyomásesés a körök nyomáseséséhez képest, annál magasabb a hidraulikai interaktivitás mértéke, ill. a hidraulikai interaktivitás mértéke mindig a legkisebb térfogatáramú körben a legnagyobb.

A 8. sz. ábra az interaktivitás mértékéről ad felvilágosítást.

8. sz. ábra Az interaktivitás mértéke párhuzamosan kapcsolt szivattyús fogyasztói körök esetében

Az ábra jelölései:

(-)

pABMAX – a közös vezeték szakasz ill. berendezés nyomásesése tervezett térfogatáram mellett (kPa)
p legkisebb emelőmagasságú szivattyú – a párhuzamos fogyasztói körök legkisebb emelőmagasságú szivattyújának emelőmagassága, tervezett térfogatáram mellett (kPa)
Vin – a vizsgált kör tervezett térfogatárama (l/h)
VTmax – a rendszer tervezett összes térfogatárama (l/h)
Vimax – a kör maximális térfogatáram változása (%), ha az összes többi fogyasztó ki van zárva

Az ábrán feltüntetett görbék arra az esetre vonatkoznak, amikor pAB értéke állandó, vagyis a szivattyúk fordulatszám szabályozottak (ld. 7. sz. ábra).

Természetesen a érték számlálójába bármelyik szivattyú emelőmagassága beírható. Ebben az esetben a táblázat értékei a vizsgált körre vonatkoznak.

A 8. sz. ábrából következik, hogy maximum 20%-os interaktivitást megengedve, a fogyasztói körök közös vezetékszakaszi nyomásesése legfeljebb 30%-a lehet a vizsgált kör szivattyú emelőmagasságának, tervezett térfogatáram mellett.

Cikkünkben a hidraulikai interaktivitás jelenségét és annak mértékét mutattuk be. A cikk következő részében a hidraulikai interaktivitás elkerülésére mutatunk be néhány megoldást.

Vinkler Károly, IMI International Kft.