τι είναι ο κυκλοφορητής ζεστού νερου

 

Για να μπορεί το ζεστό νερό του λέβητα να φθάσει μέχρι τα θερμαντικά σώματα πρέπει να κυκλοφορήσει στο δίκτυο σωληνώσεων. Σε πολύ παλιότερες εγκαταστάσεις, το ζεστό νερό του λέβητα, λόγω μικρότερης πυκνότητας, ανέβαινε προς τα πάνω, δηλαδή υπήρχε μια φυσική κυκλοφορία του νερού. Αυτό αφενός μεν απαιτούσε σωλήνες μεγάλης διαμέτρου αφετέρου δε το ζεστό νερό αργούσε να φτάσει στα θερματικά .σώματα.

Για την εξαναγκασμένη κυκλοφορία του νερού χρησιμοποιούνται σήμερα αποκλειστικά φυγοκεντρικές αντλίες που κινούνται από ηλεκτρικούς κινητήρες.

   Με το όρο κυκλοφορητής αναφερόμαστε στην ειδική κατηγορία των αντλιών που σκοπό έχουν να βάζουν σε κυκλοφορία το νερό των κλειστών δικτύων. Οι κυκλοφορητές είναι κλειστού τύπου, δηλαδή η αντλία και ο κινητήρας αποτελούν μία ενιαία μονάδα χωρίς μηχανικό στεγανοποιητικό άξονα που έχουν μόνο δύο τσιμούχες και υδρολίπαντα έδρανα.

Κατασκευαστικά στοιχεία αντλιών

   

Τα κύρια μέρη ενός κυκλοφορητή είναι:

• Κιβώτιο σύνδεσης: είναι το σημείο όπου καταλήγει το καλώδιο παροχής του ηλεκτροκινητήρα.
• Στάτης: είναι το ακίνητο μέρος του ηλεκτροκινητήρα το οποίο διαρρέεται άμεσα με το εναλασσόμενο ρεύμα του δικτύου.

• Ρότορας ή δρομέας: είναι το κινητό μέρος του ηλεκτροκινητήρα όπου αναπτύσσεται μηχανική ροπή που τον βάζει σε περιστροφή. Είναι απευθείας συνδεδεμένος με τη φτερωτή της αντλίας.
• Έδρανο από κεραμικό υψηλής αντοχής σε φθορά.
• Άξονας από κεραμικό υψηλής αντοχής ή ανοξείδωτο χάλυβα.
• Δίσκος εδράνου
• Φτερωτή από ανοξείδωτο χάλυβα ή πολυμερές συνθετικό υλικό
• Σώμα αντλίας από χυτοσίδηρο ή ανοξείδωτο χάλυβα

Κατασκευαστικά τους διακρίνουμε σε υδρολίπαντους και ελαιολίπαντους. Οι ελαιολίπαντοι έχουν σχεδόν καταργηθεί. Στους υδρολίπαντους η κυκλοφορία του νερού εξασφαλίζει λίπανση και ψύξη στα στεγανοποιητικά του άξονα.

Λειτουργικά χαρακτηριστικά και επιλογή των κυκλοφορητών

  Για την επιλογή του σωστού κυκλοφορητή απαιτούνται δύο χαρακτηριστικά μεγέθη, που προκύπτουν από τnν υδραυλική μελέτη της κεντρικής θέρμανσης:

1. Η παροχή του νερού (Q), δηλαδή πόσα m3/h νερού πρέπει να κυκλοφορούν στην εγκατάσταση
2. Το μανομετρικό ύψος (Η) του κυκλοφορητή, δηλαδή οι τριβές (= πτώση πίεσης) στους σωλήνες και στις τοπικές αντιστάσεις που πρέπει συνολικά να υπερνικήσει ο κυκλοφορητής ώστε το νερό να φθάσει - με τη σωστή παροχή - μέχρι το δυσμενέστερο σημείο της εγκατάστασης.

Οι κατασκευαστές διαθέτουν καμπύλες για κάθε οικογένεια κυκλοφορητών, που βοηθούν το μελετητή στην αρχική επιλογή του κυκλοφορητή .

Για κάθε κυκλοφορητή δίνουν τη χαρακτηριστική καμπύλη λειτουργίας που περιγράφει το μανομετρικό του κυκλοφορητή (H) σε συνάρτηση με την παροχή του νερού (Q), δηλαδή τη γραφική παράσταση της συνάρτησης H = f(Q).

Οι καμπύλες αυτές βασίζονται σε εργαστηριακές μετρήσεις. Αν ο κυκλοφορητής έχει περισσότερες από μία ταχύτητες, τότε για κάθε ταχύτητα δίνεται ξεχωριστή καμπύλη λειτουργίας.

Τα παραπάνω μεγέθη συνδέονται μεταξύ τους με τη σχέση:

όπου:

P = απορροφούμενη ηλεκτρική ισχύς σε W

Q = παροχή του νερού σε m³/h

H = μανομετρικό ύψος σε mWS , δηλαδή m υδάτινης στήλης

ρ = πυκνότητα του νερού = 1000 kg/m³

g = επιτάχυνση της βαρύτητας = 9,81 m/s²

η = βαθμός απόδοσης αντλίας, καθαρός αριθμός < 1

Το τελικό σημείο λειτουργίας του κυκλοφορητή προκύπτει σαν σημείο τομής της καμπύλης του κυκλοφορητή με τη χαρακτηριστική καμπύλη του δικτύου. Θυμίζουμε ότι η χαρακτηριστική καμπύλη του δικτύου είναι μία παραβολή που ξεκινά από το σημείο (0,0) και περνά από το σημείο λειτουργίας Q-H που έχουμε υπολογίσει.

Η τελική εκλογή του κυκλοφορητή πρέπει να γίνει με προσοχή, ώστε να είναι ολιγόστροφος και αθόρυβος. Η πίεση που επικρατεί στην αναρρόφηση του κυκλοφορητή ονομάζεται στατική πίεση.

 Στις κλειστές εγκαταστάσεις η πίεση αυτή αντιστοιχεί στην αρχική πίεση του αερίου, στο κλειστό δοχείο διαστολής, συν την υψομετρική διαφορά μεταξύ του κέντρου της αντλίας και του δοχείου διαστολής (αν το δοχείο διαστολής είναι ψηλότερα από την αντλία).

Πίεση λειτουργίας

H Πίεση λειτουργίας ή διαφορική πίεση είναι η πρόσθετη πίεση που δημιουργεί ο κυκλοφορητής για να υπερνικήσει τις αντιστάσεις του δικτύου των σωληνώσεων.

Σύνδεση του κυκλοφορητή στο δίκτυο

Παλιότερα οι κυκλοφορητές συνδέονταν στην επιστροφή του λέβητα για να προστατευθούν από τις υψηλές θερμοκρασίες του νερού στην έξοδο του λέβητα. Οι σημερινοί κυκλοφορητές αντέχουν σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 110 °C γι'αυτό μπορούν χωρίς πρόβλημα να συνδεθούν στην έξοδο του λέβητα.

Η τοποθέτηση του κυκλοφορητή στην προσαγωγή, έχει το πλεονέκτημα ότι όλη η εγκατάσταση βρίσκεται σε υπερπίεση, με αποτέλεσμα να αποκλείεται η αναρρόφηση του αέρα από διάφορα μη στεγανά σημεία.

Η σύνδεση του κυκλοφορητή με τις σωληνώσεις γίνεται συνήθως με φλάντζες ή με ρακόρ για μικρές διαμέτρους. Η σύνδεση του κυκλοφορητή στο δίκτυο πρεπει να περιλαμβάνει τα εξής όργανα:

1. Δύο αποφρακτικές δικλείδες, πριν και μετά τον κυκλοφορητή, για να μπορούμε να τον αφαιρέσουμε από το δίκτυο σε περίπτωση βλάβης
2. Μία ρυθμιστική βαλβίδα (προαιρετικά), μετά τον κυκλοφορητή, για ρύθμιση της παροχής και της πτώσης πίεσης στο δίκτυο (στραγγαλισμός)
3. Δύο μανόμετρα (προαιρετικά) για μέτρηση της υπερπίεσης που δημιουργεί η λειτουργία του κυκλφορητή. Τα μανόμετρα συνδέονται στα σπειρώματα (Rp 1/4") που διαθέτουν οι φλάντζες.

Μετά από παρατεταμένη ακινησία ο υδρολίπαντος κυκλοφορητής μπορεί να χρειάζεται ξεκόλλημα κατά την εκκίνηση. Αυτό γίνεται αφαιρώντας την τάπα του άξονα και με τη βοήθεια ενός κατσαβιδιού περιστρέφουμε περίπου μισή στροφή τον άξονα. Για το σκοπό αυτό το τελείωμα του άξονα έχει διαμόρφωση κεφαλιού βίδας

Κυκλοφορητές με ρύθμιση ταχύτητας (στροφών)

   

Οι κυμαινόμενες απαιτήσεις θέρμανσης κατά τη διάρκεια της ημέρας συχνά προκαλούν θόρυβο στις εγκαταστάσεις που είναι εφοδιασμένοι με κοινούς κυκλοφορητές. Για το σκοπό αυτό έχουν αναπτυχθεί οι έξυπνοι κυκλοφορητές που ελέγχουν τη διαφορική πίεση ανάλογα με τη ζήτηση του νερού. Οι κυκλοφορητές αυτοί είναι εφοδιασμένοι με ηλεκτρονική κάρτα που περιλαμβάνει τα ηλεκτρονικά ισχύος και το μικροεπεξεργαστή, που εξασφαλίζουν το συνεχή έλεγχο των στροφών του ασύγχρονου ηλεκτρικού κινητήρα σε μία ευρεία περιοχή. Οι χαρακτηριστικές λειτουργίας, αντί της μίας ή το πολύ τεσσάρων καμπυλών, είναι ολόκληρο σμήνος από καμπύλες. Έτσι, στο διάγραμμα Q-H η λειτουργία του κυκλοφορητή παριστάνεται από μια σκιασμένη περιοχή.

Στον μικροεπεξεργαστή εισάγονται εκ των προτέρων τα σημεία ρύθμισης που αντιστοιχούν στις καμπύλες λειτουργίας του κυκλοφορητή. Ο μικροεπεξεργαστής μετρά συνεχώς την ταχύτητα του νερού και τη συγκρίνει με τα προκαθορισμένα σημεία. Αν η ταχύτητα διαφέρει από αυτά, ο μικροπεξεργαστής μεταβάλλει τις στροφές του κινητήρα και επομένως την απόδοση, μέχρι η ταχύτητα λειτουργίας να αντιστοιχεί στο δεδομένο σημείο

Η μεταβολή των στροφών στους ασύγχρονους κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:

Με ρύθμιση του πλάτους της εναλασσόμενης. Η ρύθμιση αυτή χρησιμοποιεί ηλεκτρονικά

στοιχεία ισχύος (triacs) στα οποία μεταβάλλεται η γωνία έναυσης.

Με ρύθμιση της συχνότητας της εναλασσόμενης τάσης. Η ρύθμιση αυτή είναι πολύ ακριβότερη

αλλά προσφέρει καλύτερη απόδοση και περισσότερη ευελιξία

Η παρακάτω εικόνα μας δείχνει την αρχή λειτουργίας της ρύθμισης ταχύτητας σε μία εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης με πολλές ιδιοκτησίες. Το κανονικό σημείο λειτουργίας π.χ. νωρίς το βράδυ είναι το σημείο D. Αργά το βράδυ, οι βάνες αυτονομίας αρχίζουν να κλείνουν και το σημείο λειτουργίας μετακινείται στο σημείο Α. Το σύστημα ελέγχου επαναφέρει τον κυκλοφορητή στην ελάχιστη απόδοση, σημείο Β και συνεπώς σε χαμηλότερη ταχύτητα. Όταν το πρωί οι βάνες αυτονομίας ξανανοίξουν και το σημείο λειτουργίας φθάσει στο σημείο C, το σύστημα ελέγχου επαναφέρει τον κυκλοφορητή στη μέγιστη απόδοση, σημείο D, δηλαδή σε υψηλότερη ταχύτητα.

Ηλεκτρική σύνδεση - προστασία κινητήρων κυκλοφορητών

  

 Οι ηλεκτρικοί κινητήρες των κυκλοφορητών είναι διπολικοί (πολύστροφοι με περίπου 2900 στροφές/min) ή τετραπολικοί (αργόστροφοι με περίπου 1450 στροφές/min) ασύγχρονοι με βραχυκυκλωμένο δρομέα σχεδιασμένοι να λειτουργούν σε μία ως τέσσερις ταχύτητες.

Οι μονοφασικοί κινητήρες διαθέτουν ενσωματωμένη θερμική προστασία που σε περίπτωση υπερφόρτισης ανοίγει το κύριο κύκλωμα και διακόπτεται η λειτουργία του κυκλοφορητή.

Οι τριφασικοί κινητήρες συνήθως δεν διαθέτουν ενσωματωμένη προστασία γι'αυτό στον αντίστοιχο εκκινητή πρέπει να προβλέπεται τουλάχιστον θερμική και μαγνητική προστασία του κινητήρα.

  

  Στην αγορά κυκλοφορούν ηλεκτρονόμοι προστασίας που παρέχουν ολική προστασία του κινητήρα, δηλαδή πέρα της κλασσικής θερμικής προστασίας περιλαμβάνουν προστασία από:

• μπλοκαρισμένο δρομέα
• μη σωστή διαδοχή φάσεων
• απώλεια φάσης
• έλλειψη τάσης ή υπέρταση
• διαρροή ρεύματος προς τη γή, κ.ά.

   

Στην εικόνα βλέπουμε το κιβώτιο σύνδεσης ενός μονοφασικού κυκλοφορητή, όπου, εκτός του παροχικού καλωδίου, συνδέονται τα καλώδια ελέγχου και το ειδικό καλώδιο για το σειριακό BUS επικοινωνίας του κυκλοφορητή με το κεντρικό σύστημα ελέγχου π.χ BMS, SCADA, κ.ά.
πηγή