Článek
Autor vynálezu: Michal Mazgal · Výpočetní nástroj: ChatGPT o3
---
O co šlo
Chtěl jsem vědět, jak daleko lze teoreticky dohnat účinnost rotační „coil-pumpy“, v níž voda proudí uvnitř nerezových spirál navinutých v nosné trubce. Zadali jsme jen to, co se dá koupit z regálu: pláště od 50 do 500 mm, hadice od 8 do 110 mm, stěny 1–3 mm, počet hadic 1–15 a otáčky 10–3 000 rpm. Skript spočítal hydraulické ztráty v hadicích, stálé 2 W na ložiska a aerodynamický odpor rotoru. Jediným kritériem bylo maximální η_tot, tedy poměr užitečného hydraulického výkonu k celkovému příkonu.
---
Co vyhrálo
Nejvyšší číslo, které algoritmus vyplivl, je skoro k nevíře: celková účinnost 99,7 %. Vzniklo to takto:
plášť 500 mm z nerezové trubky,
čtyři spirály z hadic Ø 110 × 1 mm, vinutých natěsno (stoupání 110 mm),
otáčky 1 600 rpm.
Hydraulický výkon pro zdvih 1,1 m vyšel necelých 1,2 kW a celá ztrátová bilance se smrskla na čtyři watty – dvě pro ložiska, dvě pro odpor rotoru. Ztráta uvnitř hadic je směšně malá, protože při tak velkém průměru a relativně krátké délce závitu vychází třecí spád pár milimetrů na metr.
---
Je to reálné?
Čistě fyzikálně ano, ale mechanika už křičí „opatrně“:
nerezová hadice Ø 110 mm s tloušťkou stěny 1 mm je křehká jako plechovka; odstředivý tlak při 1 600 rpm se blíží mezi klikaté hranice vydutí,
rotor Ø 500 mm s čtyřmi dutými spirálami váží desítky kilogramů a dynamicky vyvážit ho na štěrbinu 0,1 mm je opravdu výzva,
frekvence naprázdno 1 600 rpm se u ložisek DN 50 pohybuje na horní hranici doporučení.
Pro laboratorní demonstraci by to ale šlo zvládnout: zvolit trubku se silnější stěnou (třeba 2 mm), nechat si flighty vyvážit na mikrometr a používat invertor, aby otáčky nikdy neulétly.
---
Co si z toho odnést
V ideálním světě bez kavitace, s dokonale hladkou trubkou a přesným vyvážením lze s vodou a zdvihem 1 m teoreticky přeskočit 99 % účinnosti.
Hranice dává zejména třecí spád v hadicích. Čím větší průměr a kratší hadice, tím méně energie zůstane v turbulence – cena je však rostoucí hmotnost a větší odstředivé napětí.
Pro praktické stroje se vyplatí zůstat o pár desetin procenta níž a získat robustnost: plášť kolem 250 mm, hadice 40–50 mm, otáčky 300 rpm dávají pořád úctyhodných 80 – 85 % a přitom se dají svařit na dvorku.
---
Další krok
Teď, když matematika odhalila strop, můžeme začít ubírat: upravit stěny, zvednout bezpečnostní koeficient, posoudit vibrace a vybrat frekvenční měnič, který točí jen tolik, kolik hydraulika potřebuje. Účinnost mírně klesne, ale z konfekčních trubek vznikne pumpa, jež zvedne stovku litrů vody do metrové výšky a svítí na štítku osmdesát procent – to je pořád číslo, které i dnešní katalogy vidí jen výjimečně.
---
+++
Algoritmus samozřejmě může započítat i limity ložisek, borcení hadiček a mnoho dalšího. Takže když člověk zadá ty správné parametry pro hledání v možných kombinacích, tak mu to vypočítá krásnou tabulku, ve které si může vybrat to nejúčinnější čerpadlo pro své potřeby. Toto je návrh průmyslového nerezového čerpadla, které může čerpat s velmi vysokou účinností například destilovanou vodu, či alkohol.
