POMPA KAWITACYJNA cz. 2

STRONA 2/2

MAŁA POMPA KAWITACYJNA PK01

Na początek chciałem zaznaczyć, że pompa kawitacyjna to jedynie urządzenie zamieniające
energię mechaniczną w ciepło, więc jeśli chcemy ogrzewać np. wodę do mycia to lepiej
zastosować kolektor słoneczny, gdzie mamy naprawdę darmową energię cieplną (nie licząc
ceny samego urządzenia).
Pompa kawitacyjna ma tą wadę, że do jej napędu jest potrzebna duża prędkość obrotowa - a to
znaczy, że jeśli uszczelnienia nie będą poprawnie zrobione, będą się szybko zużywać i tracić
szczelność. Jednak w profesjonalnym wykonaniu (produkowane modele) jest to urządzenie
dość trwałe. Podłączając poprzez przekładnię taką pompę do wiatraka (wiatrociepłownia) czy
turbiny wodnej uzyskujemy darmową energię cieplną bez konieczności montowania prądnicy -

1

niestety wadą w tym przypadku są wysokie obroty wymagane do napędu PK, a to znaczy
wysoki koszt przekładni. Poza tym pompa taka ma wiele innych zastosowań. Jednak poniższy
prototyp miał na celu jedynie sprawdzenie efektywności tego urządzenia i nie jest przewidziany
do użytkowania w jakiś praktyczny sposób.

Zrobiona przeze mnie PK (rysunek powyżej), jest moim własnym projektem opartym o różne materiały
jakie czytałem i nie jestem też specjalistą w tej dziedzinie, po prostu bazuje na informacjach z

Internetu. Z tego względu proszę o potraktowanie poniższej konstrukcji jedynie jako takiego prototypu

zbudowanego amatorsko.

Zamieszczone poniżej rysunki były wykonane na własny użytek, ale myślę że są wystarczająco jasne.

Rysując plany tej pompy wzorowałem się na rys. 4 pompy (poprzednia strona) zmniejszając ją nieco

(szerokość) do wymiarów, elementów jakie były by możliwe do wykonania u tokarzo-frezarza w mojej

okolicy. Do napędu przewidywałem na początku, że będzie konieczny silnik ok. 2 kW, ale okazał się za

słaby (szerzej o tym dalej).

Uwagi do rysunków

Zamieszczam rysunki do ściągnięcia wykonane w AutoCAD'zie (można przeglądać w wersji 13, 14 lub

2000) w formacie *.dwg.

RYSUNKI POMPY PK01 W AUTOCAD'dzie (*.zip - 384 KB)

Poniżej do pobrania są rysunki w formacie *.gif. Osoby nie mające dostępu do AutoCAD'a mogą je

skopiować do programu Word; następnie należy kliknąć prawym klawiszem myszy i wybrać "Formatuj

rysunek". W otwartym oknie klikamy kartę "Układ" i zaznaczamy w "Stylu otaczania" opcję "Przed

tekstem". Przechodzimy na kartę "Rozmiar" i w polach "Szerokość" i "Wysokość" rysunku wpisujemy

wartości rozmiaru rysunku podane poniżej. Potwierdzamy OK. Po tych zabiegach rysunki powinny

drukować się w skali 1:1. Przesuwamy ewentualnie rysunek na stronie myszką lub zmieniamy układ

strony na poziomy (niektóre rysunki zajmują do czterech stron A4 - po wydrukowaniu ich w częściach

można je skleić w jeden) sprawdzając widok w podglądzie wydruku. To samo można zrobić też w

innych analogicznych do Worda edytorach tekstu.

RYSUNKI POMPY PK01 W FORMACIE *.gif (*.zip - 1,58 MB)

Wymiary rysunków:

pkcala.gif - 25,2x34,2 cm

pkwalek.gif - 26,5x19,9 cm

pkwirnik.gif - 46,2x37,0 cm

pkpokr1.gif - 54,2x37,0 cm

pkpokr2.gif - 54,2x37,0 cm

pkpanprz.gif - 54,8x20,0 cm

pkpantyl.gif - 50,8x20,0 cm

pkzaslep.gif - 19,7x27,9 cm

pkkolo.gif - 26,5x19,9 cm

Zastosowane w pompie dodatkowe części:

Łożyska ze smarem 3 szt.: śr. zew=35mm, śr. wew=15mm, szerokość=11mm.

Uszczelniacze (zimeringi) 3 szt.: śr. zew=35mm, śr. wew=15mm, szerokość=7mm.

Pierścienie zabezpieczające (segery) 2 szt.: na wałek o śr. 15mm (w rowku śr. 14mm).

Uszczelniacze od pompy układu chłodzenia samochodu FSO 1500 (Fiat 125p) 2 szt.

Wszystkie części (powierzchnie styku) przed złączeniem smarować cienką warstwą silikonu (np. do

silników samochodowych), także śruby łączące wirnik (te z łbem stożkowym) z wałkiem. Wałek z

2

wirnikiem należałoby w miarę możliwości wyrównoważyć.

Do otworu wlotowego i wylotowego będą dołączone rurki miedziane o średnicy 15 mm, połączone np.

na klej epoksydowy, ale lepiej nagwintować otwory i wykonać solidne połączenie. Pompa może być

połączona z dowolnym zbiornikiem z wodą.

Koło pasowe cienki pasek klinowy, np. od FSO 1500 do napędu alternatora.

Na wałku tam gdzie zaznaczono chropowatość powierzchni (0,63) - chodziło mi tam oto aby te

powierzchnie były szlifowane (nie wiem czy dobrze to oznaczyłem) - pracują one z uszczelniaczami i są

bardzo ważne (szczególnie te poprzeczne do osi wałka).

Minimalna prędkość obrotowa (dla tej średnicy) to 3450 obr/min, jeśli nie będzie dobrze pracować to

zwiększyć nawet do 6000 obr/min. Im mniejsza średnica tym większa prędkość obrotowa - prędkość

obwodowa musi być odpowiednio duża.

Sprawność można będzie zmierzyć licząc energię dla silnika (napięcie, natężenie prądu, czas pracy) i

energię pompy (dla danej ilości wody na podstawie zmiany temperatury w określonym czasie można

obliczyć energię dostarczoną do wody), następnie porównać energię pobraną przez silnik z energią

dostarczoną przez pompę do wody.

Jeśli ta konstrukcja się sprawdzi można ją ulepszyć zwiększając szerokość wirnika i stosując więcej

rzędów otworów, otwór wylotowy może być wtedy u góry w płaszczyźnie osi otworów jednego z rzędów

- woda wtedy będzie pompowana siłą odśrodkową do wylotu. Należało by zastosować klasyczne

uszczelnienia bazujące na szczeliwie (sznur grafitowy o przekroju prostokątnym z zawartym smarem),

zwiększyć średnicę wału (nie mogłem zdobyć innych uszczelnień ani szczeliwa, więc musiałem

dostosować wałek do uszczelnień od pompy samochodowej). Można też wirnik zamocować

klasycznie, na wpust. Z tego co wiem to należy przy budowie, projektowaniu trzymać się następujących

reguł:

•

prędkość obwodowa musi być odpowiednio duża, a to znaczy, że nie może być zbyt mała

średnica wirnika, bo obroty będą musiały być bardzo wysokie; przy wirniku o średnicy ok. 80

cm obroty optymalne to 1800 obr/min, a przy 40 cm ok. 3600 obr/min, choć budowane były

mniejsze, jak konstrukcje z patentu [średnica w cm/obroty na min]: 25,4/3450 i 15,24/5000;

•

szczelina między obudową, a wirnikiem powinna wynosić ok. 0,1 cala, tzn. ok. 2,54 mm (tak

zaleca patent);

•

otwory wirnika o średnicy ok. 1,5-2 cm i głębokości równej lub trochę większej od ich średnicy;

•

odpowiednio usytuowany wlot i wylot wody (pary), tak by para nie wypychała wody z pompy.

Jak powyższe warunki są spełnione to powinno wszystko działać, pozostałe elementy (uszczelnienia

itp.) można zrobić na różne sposoby.

Do pompy należy wykonać odpowiedni uchwyt pasujący np. do odpowiednio dłuższych śrub łączących

pokrywy.

Marzec 2003

Obecnie mam zbudowany już prototyp tej pompy, jednak napęd pasowy zupełnie nie zdał egzaminu -

im większe obroty tym mocniej rosną opory ruchu wirnika, tak że nie udało mi się osiągnąć

wymaganych obrotów (3450 obr/min), ponieważ pasek zaczyna się ślizgać (aż leci dym). Próbowałem

też z przekładnią łańcuchową, ale też nie nadaje się - przy takich obrotach łańcuch wpada w silne

drgania i spada. Nie mam odpowiedniego silnika by napędzać pompę bezpośrednio, ani na razie

pieniędzy by wykonać odpowiednią przekładnię (np. na kilka pasków), więc na razie muszę wstrzymać

się z eksperymentami. Jednak otrzymałem parę e-maili, że kilka osób buduje też tego typu urządzenia,

a z przeprowadzonych prób wynika, że pompa działa (podgrzewa wodę). Na razie zamieszczam

3

fotografie pompy przed zmontowaniem (na końcu strony). Pompa trzyma szczelność, brak przecieków,

nie potrzeba dodatkowej pompy podającej wodę - siła odśrodkowa powoduje samoczynny przepływ

wody. Wirnik został wykonany z aluminium, pozostałe elementy stalowe.

Czerwiec 2003

Dodaję kilka fotografii. Silnika elektrycznego na 3450 obr/min do bezpośredniego napędu nie zdobędę

- w USA częstotliwość prądu jest 60Hz i dlatego silniki szybciej tam się obracają - u nas przy 50Hz

silniki (bezkomutatorowe, asynchroniczne) kręcą się maksymalnie z prędkością 3000 obr/min. Z braku

pieniędzy nie mam możliwości zbudowania innej przekładni do PK czy nabycia odpowiedniego silnika.

Aby pompa była odpowiednia do warunków w Polsce (silników) powinna mieć większą średnicę, by

można uzyskać odpowiednią prędkość obwodową wirnika.

Styczeń 2005

W międzyczasie pompą zainteresowali się panowie z Instytutu Inżynierii Środowiska Politechniki

Poznańskiej badający m.in. zjawisko kawitacji. Wypożyczyłem im ją nieodpłatnie w zamian za wyniki

badań. Okazało się przewidywany prze ze mnie silnik jest za słaby, zastosowali o mocy 4kW. Trochę to

trwało - bo mają tam również zajęcia dydaktyczne. Pompę udało się rozkręcić do ok. 4000 obr/min

(mogą tam sobie regulować częstotliwość prądu, a więc i obroty). Jednak uszczelnienia straciły swoją

szczelność - PK zasysała powietrze i były przecieki. Jeśli będę miał jakieś szczegóły to zamieszczę na

stronie. Pompa jest obecnie rozbierana i przerabiane są uszczelnienia, ponowne próby mają ruszyć

wkrótce.

4

5

Fot. 1. Poszczególne części

Fot. 2. Wirnik

Fot. 3. Wirnik z wałkiem (widok z tył)

6

Fot. 4. Wirnik z wałkiem (widok z przodu)

Fot. 5. Pokrywa tylna wraz z panewką i uszczelniaczem

7

Fot. 6. Pokrywa tylna wraz z panewką i złączką wylotową wody

Fot. 7. Pokrywa tylna z zamontowanym wałkiem i wirnikiem

8

Fot. 8. Pompa PK01 - widok z przodu

Fot. 9. Pompa PK01 - widok z tył

9

Fot. 10. Pompa PK01 - widok z boku

10