Pístové kapalinové čerpadlo – princip činnosti, použití a práce krátce (Fyzika, stupeň 7)
Jedním z mechanismů, který je široce používán v národním hospodářství, je pístové kapalinové čerpadlo. Jeho účelem je čerpat kapaliny z mělkých studní a vrtů, je konstrukčně jednoduchý a snadno se udržuje. Na jakých fyzikálních principech jsou založeny principy fungování takového zařízení? Je možné jej použít za všech podmínek? Pojďme si krátce říci něco o pístovém čerpadle kapaliny, jeho konstrukci a principech činnosti.
Princip činnosti pístového čerpadla
Jak víme z kurzu fyziky v 7. ročníku, tlak v některém bodě kapaliny se beze změny přenese na kterýkoli jiný bod kapaliny. To je to, co říká Pascalův zákon. Pokud tedy snížíte tlak v blízkosti druhého bodu (aniž byste změnili tlak v prvním), kapalina se začne pohybovat, dokud se tlakový rozdíl nevyrovná.
Tak je možné pohybovat kapalinou nejen v horizontálním, ale dokonce i ve vertikálním směru, překonávající gravitační sílu. Atmosféra vyvíjí tlak na všechna tělesa na povrchu Země, a tedy na odkrytý povrch kapaliny kdekoli. Zbývá jen vytvořit nějaké vakuum v místě kapaliny, kam je potřeba ji načerpat, a kapalina se pod vlivem atmosférického tlaku rozběhne tímto směrem. Toto je princip činnosti pístového kapalinového čerpadla.
Zařízení pístového čerpadla
Pístové čerpadlo se skládá z válce s pístem, který se může pohybovat působením vnější síly. Ve spodní části válce je vstupní ventil, který volně propouští kapalinu ze vstupní trubky do válce, ale nepropouští kapalinu zpět. Píst má také vypouštěcí ventil, který umožňuje tekutině volně proudit do prostoru nad pístem, ale nedovoluje tekutině proudit zpět.
Pokud se píst začne pohybovat nahoru ze spodní polohy, tlak vzduchu pod ním bude nižší než atmosférický tlak. Pokud je vstupní potrubí spuštěno do kapaliny, pak se tato kapalina pod vlivem atmosférického tlaku začne pohybovat směrem k prostoru pod pístem a prochází vstupním potrubím a ventilem.
Poté, co se píst zcela zvedne, bude ve válci trocha tekutiny a sací ventil zastaví její proudění zpět.
Nyní, když se píst začne pohybovat dolů, otevře se výfukový ventil v pístu. Kapalina jím bude volně proudit do horní části válce. V tomto okamžiku se tlak ve spodní části válce zvýší na atmosférický tlak. Když je píst ve spodní poloze, ventil v něm se uzavře a zabrání zpětnému pohybu kapaliny pod pístem.
Začne nový zdvih a píst se opět posune nahoru. Pod ním se tlak opět sníží a pod vlivem vnějšího tlaku vstoupí do válce přes vstupní ventil nová část kapaliny. Kapalina, která skončí nad pístem, bude tlačena až k výstupní trubce.
Možnosti pístového čerpadla
Z výše uvedeného vyplývá důležitý závěr: kapalina vstupuje do válce pístového čerpadla pod vlivem atmosférického tlaku. A pak se pohybuje působením síly pohybu pístu. Pro čerpání kapaliny do jakékoli výšky je proto důležité umístění válce čerpadla. Normální atmosférický tlak může zvedat vodu do výšky maximálně 10,3 m. Proto by válec čerpadla neměl být nad hladinou kapaliny. Pokud je třeba kapalinu čerpat výše, lze to provést zvětšením délky výstupní trubky. Proto se pro hluboké vrty nejčastěji používají ponorná čerpadla s velmi krátkou vstupní trubkou.
co jsme se naučili?
Pístové kapalinové čerpadlo je mechanismus určený k čerpání kapaliny, která do něj vstupuje pod atmosférickým tlakem. Skládá se z válce s pístem a dvěma ventily. Vzdálenost mezi hladinou kapaliny a válcem čerpadla nesmí překročit 10,3 m na výšku pro vodu.