A hatékony permetezés az alkalmazástechnika tükrében és még sok más…. 4. rész

Permetezőgépek szivattyúi

A permetezőgépek fontos szerkezeti eleme a szivattyú, kulcselem a permetlé áramlásának, dózisának biztosításához, szabályos működésétől függ a permetezés eredményessége. Különböző permetezési műveleteknél, üzemállapotokban eltérő nyomásokra és térfogatáramokra van szükség. A megfelelő szivattyú használata alapvető a jó munkavégzéshez. Permetezőgépek esetében többek között azt is figyelembe kell venni, hogy a szivattyúnak tartósan ellenállónak kell lenni a durva vegyszerekkel szemben, amelyek túlzott kopást okozhatnak. Annak ellenére, hogy a kémiai korrózióvédelemmel ellátott szivattyúk drágábbak, a felhasználók a nagyobb a tartósságuk miatt ezeket választják.

A görgős, centrifugál, a membrán és a dugattyús szivattyúk általánosan használtak növényvédő szerek kijuttatására. Centrifugális és görgős szivattyúk jellemzően az alacsony nyomású permetezőgépeken használatosak, a membrán- és dugattyús szivattyúk sokkal népszerűbbek, amikor magas nyomású permetezőgépek szükségesek a kívánt eredmények elérésére (pl. zöldség, gyümölcsösök, stb.). Ritkábban használt szivattyú típus a tömlős-, fogaskerék- és turbina- (oldalcsatornás, periférikus járókerekű) szivattyú.

A szivattyúk jellemző hajtás típusai a talajhajtás járókeréken keresztül, belsőégésű motor hajtóművel, teljesítmény leadó tengely (TLT) vagy hidraulikus szivattyú. A szivattyú kiválasztása függ a szállított anyagtól és a szükséges szállítási teljesítménytől. Nem minden szivattyútípus ideális minden célra.

Szivattyútípusok

A permetezőszivattyúkat szerkezeti kialakításuk alapján általánosan két nagy kategóriára lehet osztani: örvényszivattyúk és térfogat-kiszorításos szivattyúk. Térfogat-kiszorításos szivattyúknál (görgős, membrán, és a dugattyús) a szállítási teljesítmény (térfogatáram) egyenesen arányos a fordulatszámmal. Ezeknek a szivattyúknak a megfelelő használatához szükséges a biztonsági szelep és a visszatérő vezeték. Az örvényszivattyúk térfogatárama nem egyenesen arányos a szivattyú fordulatszámával, nem igényel biztonsági szelepet és visszatérő vezetéket. A térfogat-kiszorításos szivattyúk lehetnek szelep nélküli, folyamatos szállításúak, és szelepes, szakaszos szállításúak.

Az elállítható nyomás alapján:

• kisnyomású: 0,1-1,0 MPa nyomáson üzemelő,
• középnyomású: 1,0-3,2 MPa nyomáson üzemelő,
• nagynyomású: 3,2 MPa nyomás felett üzemelő szivattyúk.

Örvényszivattyúk

Ebbe a csoportba a centrifugál és az oldalcsatornás periferikus járókerekű szivattyúk tartoznak.

      
1. ábra: Hajtóművel ellátott centrifugálszivattyú, metszeti képe és jelleggörbéje

A centrifugálszivattyúknál (1. ábra) bronzból, alumíniumötvözetből, vagy műanyagból készült csigaházban, hasonló anyagú lapátkerék forog, rozsdamentes tengelyre ékelve. A tengely felöli oldalon tömszelenceházba helyezett tömítés akadályozza meg a folyadék kijutását.

Tengelyirányban a szívócsonk, érintőlegesen a nyomócsonk csatlakozik a szivattyúházhoz. Működéskor a szívócsonkon – a forgómozgás következtében – folyadék áramlik a lapátkerék csatornáiba, ahonnan a centrifugális erő ha-tására nagy sebességgel a csigaházba jut. A szivattyú forgórésze a lapátok közötti folyadékot a centrifugális erő segítségével a csigaházba továbbítja, így szívóhatást hoz létre, amely a továbbiakban a folyadék-utánpótlást biztosítja. A ház bővülő keresztmetszetű részében a folyadék áramlása lelassul, nyomása megnő, és a nyomócsonkon már megnövelt nyomással távozik.

A centrifugálszivattyúk feltöltés után üzemképesek. A megkívánt centrifugális erő eléréséhez gyors forgású lapátkerék szükséges (n = 1500-4000 l/min), ezért ezeket a szivattyúkat a TLT-ről hajtómű közbeiktatásával vagy hidraulikus motorral lehet hajtani. A centrifugálszivattyúk előnye, hogy szerkezetileg egyszerűek, és a nagy fordulatszámmal járatott radiálventillátorokhoz közvetlenül is hozzákapcsolhatók. Alkalmazási területük elsősorban a légporlasztásos gépeknél van, de a kisnyomású, gyomirtószereket kijuttató gépeken is jól alkalmazhatók. Fontos megjegyezni, hogy a fordulatszám-változás hatására a tömegáram nem lineárisan változik, és a nyomás növelésével a tömegáram jelentősen csökken, amely a szivattyú jelleggörbéjéről leolvasható. Az 1. ábra egy nagy fordulatszámú centrifugálszivattyú jelleggörbéit mutatja különböző fordulatszámokon. Más fordulatszámhoz, más jelleggörbék tartoznak. Az örvényszivattyúkra jellemző, hogy maximális nyomás nulla szállítási teljesítménynél, maximális folyadékszállítás nulla nyomáson érhető el. A nyomóoldal teljes lezárásakor sem emelkedik a nyomás veszélyes érték fölé.

Turbinaszivattyúk (oldalcsatornás, periferikus járókerekű szivattyúk)

Az oldalcsatornás, periferikus járókerekű szivattyúk (2. ábra) radiális lapátozású járókereke a szivattyúház és a fedél által határolt gyűrű csatornába nyúlik. A kb. 320 fokos körívet alkotó spirális csatornát – a szivattyú munkaterét – a szivattyúház és a fedél felületéből kialakított gát osztja két részre.

Működéskor a lapátkerék forgása magával ragadja a folyadékot, és a körív megtétele után, a gát előtt a nyomócsonkba továbbítja, miközben a szívócsonkon át újabb folyadékot szív be.

A folyadékszállítás és a nyomás létrejötte részben a lapátkerék által a gyűrűscsatornában magával sodort, részben a fogközökben szállított folyadéktömeg mozgásának az eredménye. Ez a szivattyútípus a centrifugálszivattyúnál nagyobb nyomású folyadék továbbítására alkalmas, közvetlenül 1000 1/min fordulatszámú TLT-ről meghajtva kiküszöbölhető a fordulatszámnövelő hajtómű, teljesítményigénye azonban nagy.

A centrifugál- és a turbinaszivattyú jellemzője, hogy a folyadékban levő szennyeződésekre kevésbé érzékenyek, de a turbinalapátok és a burkolat közötti pontos illesztés miatt a turbinaszivattyúk jobban igazodnak a tiszta, alacsony viszkozitású folyadékokhoz, nedvesíthető porok és sűrű szuszpenziók nehézséget okozhatnak.

Az örvényszivattyúk összes teljesítményfelvétele:

Az örvényszivattyúk szállítási teljesítménye típustól függően 120500 dm3/min, nyomásuk 0,1-0,5 MPa, hatásfokuk η = 0,5-0,8.

2. ábra: Turbinaszivattyú és működési elve

Térfogat-kiszorításos elven működő szivattyúk

Szelep nélküli szivattyúk: a görgős-, a fogaskerék-, és a perisztaltikus szivattyúk.

A görgős szivattyúknál a henger alakú öntöttvas házban a rozsdamentes acélból készült forgórész, excentrikus elhelyezésű. A 8-10 mm-rel kisebb átmérőjű henger alakú forgórészben 6-8 db sugárirányú hornyot képeztek, melyben a görgők a centrifugális erő hatására sugárirányban szabadon mozoghatnak. Működéskor a görgők a nagy kerületi sebesség miatt a ház belső palást felületéhez szorulnak és megfelelő tömítést hoznak létre. A 180 fokos körívű munkatér első fele bővülő, másik fele szűkülő terű. A szívás és a nyomás üteme folyamatos ennek megfelelően a szívócsonkon folyadék lép be a görgők által határolt üregekbe, majd megnövelt nyomáson a nyomócsonkon távozik.

Típustól függően a 15-30 mm átmérőjű görgők anyaga nylon vagy teflon, melyek a kopásnak jól ellenállnak. A forgórész tengelye golyóscsapágyakban ágyazva, a házban és a zárófedélben nyert megtámasztást. A szívó- és a nyomócsonk egymáshoz viszonyítva 180 fokos szögben áll ki a hengerpalást két oldalán. A tengely meghajtását közvetlenül a traktor TLT-ről kapja, áttételt nem igényel.

A szivattyútípus előnye a szerkezeti egyszerűség, a gyors felszerelhetőség, és hogy folyadékszállító képességük méretükhöz viszonyítva jelentős. Hátránya, hogy szuszpenzió szállítására nem alkalmas, mert a sima felületre rakódott szemcsék megszüntetik a tömítést, ezáltal a réseken visszaszivárgó folyadék csökkenti a szállítási teljesítményt és a nyomást. Hazánkban a görgős szivattyúkból a szállított folyadékmennyiség szerint egész sorozatot forgalmaznak, ezek közül a legkisebb 35, a legnagyobb 205 dm3/min teljesítményű. Nyomástartományuk a kialakuló centrifugális erő függvénye, ezért méret- és fordulatszámfüggő. Legnagyobb nyomásértékük nem haladja meg a 10-15 bart. Térkiszorításos rendszerű szivattyúk, de folyadékszállításuk a nyomás függvényében nagyobb mértékben változik, mint a dugattyús vagy a membránszivattyúknál, hiszen nagyobb nyomásnál a centrifugális erő nem tud ellen tartani a nyomásnak, és a folyadék egy része a görgők és a ház között visszamarad. A görgős szivattyúkat szántóföldi permetezőgépeken üzemi szivattyúként is alkalmazták, szilárd részecskéket tartalmazó permetlé esetén azonban a görgők kopása jelentős és a szivattyúk szezononként felújításra szorulnak.

A fogaskerék-szivattyúknál (4. ábra) öntöttvas házban pontosan illesztett fogaskerékpár forog. A ház palás felületének egyik oldalához a szívó-, másik oldalához a nyomócsonk csatlakozik.

A fogaskerékpár hajtásakor a ház fala és a fogközök által határolt üregekben a folyadék a szívó oldalról átkerül a nyomó oldalra. A fogak egymásba kapcsolódásakor a fogközökből a folyadék kiszorul, és a nyomócsonkon távozik. A kiürült fogközökbe a szívóoldalon ismét folyadék áramlik.

Jellemzőjük a szerkezeti egyszerűség és az üzembiztonság. Szuszpenzió szállítására ugyancsak alkalmatlanok, mert a fogközök eltömődése, kis mérvű kopása a szállítási teljesítmény csökkenését vonja maga után. Szállítási teljesítményük 30-60 dm3/s, nyomásuk 0,5-1 MPa.

Perisztaltikus (tömlős) szivattyúk

A tömlős szivattyúk megoldást jelentenek számos nehezen kezelhető szivattyúzási feladatra. Ezek a szivattyúk egy egyszerű szivattyúzási elvnek (a perisztaltikus elvnek) köszönhetően alkalmasak viszkózus, koptató- és sérülékeny anyagok szivattyúzására és adagolására.

3. ábra: Görgős szivattyú, alkatrészei és jelleggörbéje

4. ábra: Fogaskerék szivattyú

Kisnyomású, szelep nélküli szivattyúk, szállítási teljesítményük

a fordulatszámmal arányos. Az első görgő összenyomja a tömlőt, teljesen eltömítve azt. Amint a görgő továbbhalad, a tömlő visszanyeri eredeti alakját. Ez a folyamat képezi a folyadék szívásához szükséges vákuumot. A két görgő között a tömlőben levő folyadék a szívóoldal felől a kiömlő csonk felé préselődik, a második görgő nyomásának hatására a folyadék bepréselődik a nyomóvezetékbe. A szivattyú szállítási teljesítményét a tömlők mérete és száma határozza meg. Ez a szivattyú kiválóan alkalmas kis mennyiségű műtrágya és a növényvédő szerek pontos adagolására és a gyakorlatban alkalmazott közvetlen hatóanyag adagolású rendszerhez.

Az 5. ábra azt mutatja egy tipikus tömlős szivattyú működését. Előnyei, hogy az áramlási irány megfordítható, nincs tengelytömítés, nincs a folyadékkal érintkező fém alkatrész, tömlőn belüli szállítás során a folyadék nem keveredik, és nem habzik. Ez a jellemző és az alacsony fordulatszám fontos a kényes anyagok valamint az emulziók szivattyúzásánál. A szivattyútömlő nagyon könnyen tisztítható az egyenes átömlés miatt. Egyszerű és alacsony költségű karbantartás: általában csak a tömlő cseréje szükséges (ez is gyors, mert nem szükséges a szivattyút szétszerelni).

5. ábra: Tömlős szivattyú

6. ábra: Mechanikus működtetésű membránszivattyú

Szelepes szivattyúkhoz a membrános és a dugattyús szivattyúk tartoznak.

Kizárólag térfogat-kiszorításos elven működnek. A folyadék szállításában szerepet játszó szivattyútér térfogata a membrán, ill. a dugattyú alternáló mozgása miatt állandóan változik, miközben a szívás és a nyomás ütemét hozza létre. Az egyirányú áramlás biztosítása érdekében a folyadék útjába szelepeket iktatnak. A szállítóelemek holtponti helyzetében a folyadékszállítás szünetel, ugyanakkor a szórófejekből, hidraulikus keverőkből a folyadék kiáramlása folyamatos. Emiatt nyomásingadozás lép fel. Csökkentésére nyomás-kiegyenlítő szerkezeteket iktatnak a folyadék útjába.

Membránszivattyúk

A szivattyútér egyik falát rugalmas falú membrán határolja. A membrán folyadékszállító feladatán kívül tömítést is végez, hogy a csúszó felületek közé permetlé juthasson. A kopásnak ki nem tett alkatrészek élettartama ezáltal hosszabb. A membránok a nagy nyomás miatt viszont hamarabb elhasználódnak.

A mechanikus működtetésű (kisnyomású) membránszivattyúk

Az alumínium ötvözetből készült házban, a kardántengelyről közvetlenül hajtott főtengely excentrikus csapjai mozgatják a hajtórudakat, ezeken keresztül a membránokat. A szivattyútérbe nyíló tányérszelepek azonos kiképzésűek, de fordított elhelyezésűek. A szelepházakhoz csatlakoznak a szívó- és a nyomócsonkok (6. ábra).

Előnye a szivattyútípusnak a szerkezeti egyszerűség, az igénytelenség. A forgattyúház zsírral töltött, így gyakori gondozást sem kíván. Hátránya, hogy a folyadéknyomást a membránoknak kell felfogni, mert a mögéjük szerelt ellentárcsák támasztása a membrán legvékonyabb részeinél jelentéktelen. Emiatt csak 0,1-0,8 MPa nyomáson üzemeltethetők. 3 és 6 hengeres változatai terjedtek el. A membrán kis elmozdulása miatt szállítóképességük általában nem haladja meg a 25–30 dm³/min értéket hengerenként. Elsősorban hidraulikus cseppképzésű, gyomirtószereket kijuttató gépeken alkalmazzák.

Olajközvetítésű membránszivattyúk

A hengerben mozgó dugattyút excentrikus csap mozgatja. A szivattyúteret határoló membránok és a dugattyú közötti üreget olaj tölti ki. A kettős működésű szivattyú mindkét oldalán megtalálható a szivattyútér (7. ábra).

Az olajközvetítéses membránszivattyúk előnye, hogy a nyomás ütemében a membránt egyenletesen ellentámasztja a közvetítő olaj, így az nagy terhelésnek nincs kitéve. Hátrányuk, hogy az olaj szívó hatására a membrán lassabban mozdul el, emiatt csak kisebb fordulatszámon üzemeltethetők, amely meghatározza szállítási teljesítményüket. 1-, 2- és 4 membrános változataik terjedtek el. Szállítási teljesítményük 30120 dm³/min, nyomásuk 1-4 MPa. Közepes és nagy nyomású hidraulikus cseppképzésű gépeken alkalmazzák.

Membrándugattyús (nagynyomású) szivattyúk

A membránt mozgató dugattyú és a membrán között közvetítő folyadék (olaj) van. A membrán ebben az esetben olajpárnára fekszik fel, így jobban terhelhető. Nyomástartományuk eléri a dugattyús szivattyúk nyomását (40–60 bar). Szállítóképességüket a hengerek számának növelésével fokozhatják. Szokásos hengerszám 1-6. A membránszivattyúk áttétel nélkül közvetlenül hajthatók az erőgép teljesítményleadó-tengelyéről.

Dugattyús szivattyúk

A szivattyútér változtatását hengerben mozgó dugattyú állítja elő. Az elmozduló felületek között illesztési hézagot kell hagyni. A hézag nagyságától függően a szállított folyadék egy része átszivárog, és egy nyíláson kicsöpög. A permetlében előforduló szilárd részecskék miatt a két egymáson elmozduló alkatrész közül csak az egyik lehet fém vagy kerámia. Ezért fém- vagy kerámiadugattyú esetén a hengert gumi- vagy műanyag karmantyú helyettesíti, fémhengerhez pedig gumidugattyút alkalmaznak.

7. ábra: Olajközvetítéses membránszivattyú

8. ábra: Többhengeres membránszivattyú metszete

A folyadékszállító dugattyúk nagy lökethosszon való mozgatása miatt, a hajtórudat forgattyúcsapos főtengely működteti. A forgattyús hajtómű összetett mozgása a dugattyút nemcsak tengelyirányban, hanem sugárirányban is igyekszik elmozdítani. Meggátlására a hajtórúd és a dugattyú közé egyenesvezetőben mozgó vezetődugattyút (keresztfejet) szerelnek, amely a káros sugárirányú erőket felfogja. Nagyüzemi gépeken a dugattyús szivattyúk üreges karmantyús és búvárdugattyús változatai terjedtek el.

Szokásos kivitelük mellett teljesítményük 30-40 dm³/min hengerenként. Legnagyobb nyomásuk 40-60 bar. A hengerek száma a permetezőgép permetlészükségletének függvénye, ezért 1-6 hengeres szivattyúkat alkalmaznak. A dugattyús szivattyúk számos kitűnő tulajdonsággal rendelkeznek. A szállított folyadék mennyisége a nyomás függvényében alig változik, tehát a nyomásszabályozás során állandó folyadékmennyiséggel lehet számolni. Nyomástartományuk következtében bármilyen növényvédő gépen alkalmazhatók. Áttétel nélkül, közvetlenül hajthatók az erőgép teljesítményleadó-tengelyéről (n = 540 l/min).

A dugattyús és membrános szivattyúk által az időegység alatt szállított permetlé mennyiség (Q [1/min]) a lökettérfogatból (V [dm³]), a fordulatszámból (n [1/min]) és a volumetrikus hatásfokból (ηv) számítható. Q = V∙n∙ηv.

A képletben a nyomás nem szerepel – csak a volumetrikus hatásfok értékét befolyásolja –, ennek megfelelően a szivattyú jellemzésére használt Q=f(p) görbe, a dugattyús és membrános szivatytyúknál csak a hatásfokromlással arányos mértékben tér el egy vízszintes egyenestől.

A dugattyús és a membránszivattyúkra egyaránt érvényes, hogy folyadékszállításuk ciklikus. Ez a hengerszám növelésével csökkenthető, de nem szüntethető meg. Ezért az egyenletes permetlészállítás érdekében nyomáskiegyenlítő tartályt (légüst) alkalmaznak. Ma már csak kétterű légüstök használatosak, ahol a gömb alakú teret membrán osztja ketté. A membrán feletti tér szelepen keresztül sűrített levegővel tölthető fel. A membrán túlzott nyúlását tehermentesítő rács akadályozza meg. A membrán alatti tér az áramlási rendszerhez kapcsolódik. A szivattyú szállítási ütemében a légüstbe áramló permetlé a levegőpárnát összenyomja. Amikor a szivattyú nem szállít, a levegőpárna a permetlé egy részét a légüstből kiszorítja, így megszünteti a szállítás ciklikusságát. Az előfeszítési nyomás a várható üzemi nyomás 1/3-a, de szántóföldi gépeknél ez maximum 3 bar, ültetvénypermetező gépeknél 5 bar. A nyomáskiegyenlítő-tartály helyes beállítása növeli a membránok és a szelepek élettartamát, ezért annak üzemszerű állapotát mindig biztosítani kell.

9. ábra: Karmantyús és búvárdugattyús szivattyúk

Szivattyú karbantartás

A megfelelő szivattyú-karbantartás fontos a maximális szivattyú-élettartam eléréséhez. Rendszeres tisztítás, minden kémiai maradékanyag eltávolítása elengedhetetlen, hogy megakadályozzuk a szivattyú kopását. Könnyű fagyálló- vagy motorolaj-spray használható a végső tisztítás után, így meg tudjuk őrizni a szivattyút, ha hosszabb ideig nem használjuk. Beüzemeléskor a szivattyú működtetését alacsony nyomáson kezdjük, a szórószerkezetet zárjuk le, a ventillátort kapcsoljuk ki, a gépnek nyugodtan, egyenletesen, rezgésmentesen kell működnie. A gép megfelelő működése esetén a nyomás az üzemi értékre növelhető, ha nem éri el a kívánt értéket, ellenőrizni kell a nyomásszabályozót, majd a szivattyút. Leggyakoribb a membránszakadás, dugattyús szivattyúnál a karmantyúkopás vagy szelep fennakadása, törése. Ilyenkor a hajtóművet is alaposan meg kell tisztítani. A szivattyú állapotát a szállított folyadék mennyiségének meghatározásával kell ellenőrizni, az összes folyadékot ismert térfogatú edényben kell felfogni. Mérni kell az időt az edény megteltéig, számítással meghatározható a szállítási teljesítmény. Megfelelő, ha a mért folyadékszállítás névleges érték legalább 90%-a.

Huszár – Dr. Pályi