Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 127

1996 N r kol. 1350

Andrzej KORCZAK

In sty tu t M aszyn i U rządzeń Energetycznych Politechnika Śląska, Gliwice

OC EN A , D O B Ó R I EK SPL O A T A C JA P O M P W IROW YCH

S tr e s z c z e n ie . W arty k u le omówiono k ry te ria jakości i doboru pomp wirowych. Omówiono ch arak tery sty k i pomp odśrodkowych jedno i wie­

lostopniowych. Opisano k ry te ria doboru pompy do rurociągu przy zało­

żeniu stałych p aram etrów p u n k tu pracy. Omówiono podstaw owe po­

m iary służące kontroli prawidłowości eksploatacji u k ład u pompowego.

Zdefiniowano optym alny czas eksploatacji m iędzyrem ontow ej.

A SSESSM EN T, SELECTIO N AND EXPLOATATION OF THE M IPELLER TYPE PU M P S

S u m m a ry. In th is pap er some q u ality and selection criterions has been presen ted. The perform ance curves of th e single-stage a n d m u lti­

stage im peller pum ps w ere given. The selection criterons of im peller type pum ps for pipes, assum ing fixed operational points w ere form u­

lated.

DIE AUSW ERTUNG D E R AUSWAHL U N D BETR IEB VON K R E ISE L PU M PE N

Z u sa m m en fa ssu n g . Im vorligenden Aufsatz sind die Q u alitäts-un d A usw ahl’s K riteriu m s von ein-und m ehrstuffigen K reiselpum pen be­

schrieben worden. Die K ennlinien von ein-und m ehrstuffigen K reisel­

pum pen gegeben worden. D er A ushahl enier Pum pe zur A nw endug in R ohrleitung, u n te r dem E in satz einer k o n stan ten B etriebspunkten- p a ra m e te m w urden vorgeschlagen. Es w urden M essungen, die Ü b erp rüfun g der R ichtigkeit des B etriebs von K reiselpum pen be­

sprochen. Die optim ale B etriebszeit, die zwichen zwei neb eneinender liegenden Ü berholung au släu ft, ist form uliert worden.

336 Andrzej Korczak

1. W p r o w a d z e n ie

W norm alnej gospodarce rynkowej również pom pa wirowa je s t towarem , który m a swoją w artość i cenę. Pompy stanow ią liczącą się pozycję w h andlu w ew nętrznym i eksporcie krajów gospodarczo rozw iniętych [1]. Powszechność stosow ania pomp w gospodarce, jako m aszyn podstawowych i pomocniczych, oraz łączna moc ich napędów powodują, że są znaczącym odbiornikiem ener­

gii. Pom py m ogą decydować o rentowności konkretnego zakładu, ja k też w pływ ają n a ogólny w skaźnik energochłonności gospodarki kraju.

Pokonanie drogi m iędzy opisem zasady działania m aszyny lub urządzenia i spraw dzeniem jej w działaniu a wyprodukowaniem wyrobu, który je st a tr a ­ kcyjnym tow arem , wym aga zastosow ania różnych dziedzin wiedzy i doświad­

czeń. W lata ch siedem dziesiątych otrzym ałem zlecenie od krajowego produ­

centa n a przebadanie pompy, k tó rą n a T argach Poznańskich zainteresow ał się zachodni klient. Ku mojemu zaskoczeniu zm ierzona spraw ność tej pompy nie przekraczała 20%. N a podstaw ie wielkości pompy i jej param etrów można było się spodziewać dw ukrotnie większej sprawności. Dopiero gdy zobaczyłem u producenta egzem plarz pompy przywieziony z wystawy, zrozum iałem przy­

czynę reakcji zagranicznego handlowca. W ystawowy egzem plarz pompy był ta k wykonany, że mógł jako ozdoba stać w szklanej gablocie w gabinecie prezesa dużej firmy. N iestety, to była cała jego zaleta.

W w a ru n k ach rynkowych tego rodzaju zalety m aszyn są ważne, lecz k u p u ­ jąc pompę należy się kierować technicznym i kryteriam i.

Prof. Ja n u sz D ietrych pisał, że m aszyna pow inna być piękn a [2], W przy­

padku pompy chodzi przede w szystkim o urodę u k ład u przepływowego, o płynność jego kształtów i o proporcje wymiarów. Takie k ry teriu m oceny mimo swojej subiektywności, je s t bardzo trafne. Spełniająca je m aszyna n a pewno może być bardzo wartościowa (rys. 1).

W artość pompy zależy od jej ch arak tery sty k oraz ich niezm ienności w czasie eksploatacji. Ocena pompy m usi być dokonywana w kontekście sposobu jej eksploatacji, czyli:

- czasu pracy w roku i okresu eksploatacji,

- pracy przy stałych bądź zm iennych param etrach,

— rodzaju pompowanego czynnika,

— w arunków pracy.

Inaczej należy podchodzić do oceny doboru pompy przeznaczonej do jed ­ norazowego wypom powania np. wody z zalanych pomieszczeń a inaczej do oceny doboru pompy przeznaczonej do ciągłego pom powania, np. pom py zasi­

lającej kocioł parow y w elektrow ni.

W przypadku pracy pompy przy stałych p aram etrach pracy, istotne są relacje m iędzy tymi param etram i a p a ra m etram i nom inalnego p u n k tu pracy pompy. W przypadku zm iennych param etrów pracy pompy, należy rozpatry-

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 337

Rys. 1. W irnik i kierow nica łopatkow a pompy odśrodkowej Fig. 1. Im peller and leading vane of im peller type pum p

wać relację m iędzy ch arak tery sty k am i pompy i ch arak tery sty k am i rurociągu.

Gdy stosuje się regulację param etrów pracy pomp, to oceniać należy sposób i sprawność regulacji [9], W niniejszym arty k u le om aw iana je s t eksploatacja pomp przy ustalonych p a ra m etrac h pracy.

Ponadto pompę charakteryzuje dyspozycyjność w ynikająca z bezaw aryjnej pracy, bezpieczeństw a obsługi i b rak u zagrożenia dla środow iska hałasem lub wyciekami.

Rodzaj pompowanego czynnika może wpływać n a zużycie pompy, z którego wynika trw ałość p aram etró w pracy. Ponadto pom pa oferowana przez produ­

centa, ja k k ażd a m aszyna lub urządzenie, pow inna być wyposażona w odpo­

wiednią inform ację techniczną, mieć zapew niony serw is z możliwością uzy­

skania pomocy technicznej i możliwością nabycia części zam iennych.

Poniżej omówiono sposób oceny pompy n a podstaw ie jej charakterysty k, ocenę doboru pom py do rurociągu oraz podstawowe zasady eksploatacji pomp pracujących przy stałych p aram etrach . Osobnym, nie om aw ianym w niniej­

szym artyk ule, tem atem je s t ocena poprawności projektu i budowy rurociągu, z czego w ynikają jego ch arakterystyki.

338 Andrzej Korczak

2. O p is p o m p y

Technicznym i k ry teriam i opisu pompy są jej charaktery styki oraz rozwią­

zania konstrukcyjne, wynikające z jej param etrów pracy oraz przeznaczenia do rodzaju pompowanego czynnika. N a rys. 2 przedstaw iono konstrukcję wysokociśnieniowej pompy przeznaczonej do pracy z napływem . N a rys. 3.

pokazano przekrój pompy jednostopniowej typu mono.

Podstawowe ch arak tery sty k i pompy wirowej pracującej przy stałej prędko­

ści obrotowej n, to: H(Q), P(Q), Eta(Q), NPSHr(Q) gdzie:

Q - wydajność pompy,

H - wysokość podnoszenia pompy , P - moc n a w ale pompy,

E ta - spraw ność pompy,

N P SH r - niezbędna nadw yżka antykaw itacyjna pompy.

Ponadto istotny dla oceny pompy je s t em itow any przez n ią hałas, który zm ienia się w raz z wydajnością: Lm(Q). Dla k o n stru k to ra w ażna je s t też siła osiowa zm ieniająca się z wydajnością Fo(Q).

Przykład podstawowych ch arak tery sty k pompy wielostopniowej przedsta­

w ia rys. 4. Przykład kom pletnych ch arak tery sty k dla jednej prędkości obroto­

wej przed staw ia rys. 5.

M ierząc ch araktery sty ki H(Q) i Eta(Q) dla różnych prędkości obrotowych, otrzym am y rodzinę ch arak tery sty k n a podstaw ie których sporządza się wy­

k res przestrzen ny tzw. pagórek sprawności [3]. Zwykle przedstaw ia się go w płaskiej formie jako tzw. wykres muszlowy (rys 6). W spółrzędne punktu określającego szczyt pagórka sprawności charak teryzu ją konkretny układ przepływowy. W ynika z nich prędkość obrotowa, k tó ra je s t optym alna dla rozpatryw anego układu przepływowego. Do powyższych ch arak tery sty k nale­

ży jeszcze dodać rodzaj czynnika, do pom powania którego pom pa je s t przezna­

czona. Rozróżniamy pompy w w ykonaniu standardow ym najczęściej określa­

ne jako pom py do czystej, chłodnej wody i pompy specjalne, np. do wody gorącej, pompy do hyd ro tran sportu , pompy do cieczy żrących.

Pompy specjalne w ym agają zastosow ania innych tworzyw konstrukcyjnych lub innych rozw iązań konstrukcyjnych elem entów pompy. N a przykład inne dodatkow e cechy m a pom pa do wody gorącej, a inne pom pa do h ydrotranspor­

tu. Pom pa do wody gorącej posiada dtawnice chłodzone i podparcia pompy na płycie fundam entow ej w płaszczyźnie przechodzącej przez jej oś, pompy do tra n s p o rtu hydraulicznego m ają odpowiednio duże przekroje przepływowe i są wykonywane z tworzyw konstrukcyjnych odpornych n a ścieranie pompo­

w anym medium.

W ymienione informacje charaktery zu ją pompę i pozwalają n a jej ocenę.

o

CD=3

03

Cl

Ocr

o (DTT

"OCO

O

2t3"

“O0)'

O

TD3

O

O

=7

Rys. 2. K onstrukcja pompy odśrodkowej wielostopniowej wysokociśnieniowej, przeznaczonej do współpracy szeregowej

03

Fig. 2. Im peller type pum p, m u lti-sta g e for a serial cooperation ^

340 Andrzej Korczak

Rys. 3. K onstrukcja układu przepływowego pompy odśrodkowej jednostopniow ej typu mono Fig. 3. The flow system s construction of a single-stage im peller pum p - type ’mono’

I uu

Q[m3/min]

Rys. 4. C harakterystyka pompy wielostopniowej Fig. 4. Perform ance curve of a m u lti-stag e pump

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10

5

NPSH[m],Lm[dB],Fo[10N]

Q[m3/h]

■tyka pompy jednostopniowej curve of a single-stage pump

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 343

Rys. 6. W ykres muszlowy pompy jednostopniowej Fig. 6. The iso-efficiency curve of a single stage pum p

0 — r r m r r r ' v | " r n ” i r m i i | i i i i i i i i i j i i i i i i i i i j i i l i i i i i i | i i i i m ! i | i m i i i i i i j

0 20 40 60 80 100 120 14

Wydajność Q ( m / h )

344 Andrzej Korczak

3. O c e n a p o m p y w ir o w e j

K ażdą m aszynę, a więc też pompę wirową m ożna ocenić przez porównanie jej z m aszyną, k tó ra je s t u z n an a za będącą dobrej klasy. Podstaw ą oceny są możliwie zbliżone p a ra m etry pracy i właściwości eksploatacyjne.

Do porów nania ocenianej pompy wirowej z ab strakcyjną pom pą dobrej k lasy konieczne je s t określenie jej w yróżnika szybkobieżniści:

n„ : n 1/2

■3 / 4

gdzie:

n - prędkość obrotowa, obr/min, Q - wydajność nom inalna, m 3/s,

H - n o m inalna wysokość podnoszenia, m.

Podaw ane przez producenta nom inalne p a ra m etry pracy pompy powinny odpowiadać współrzędnym szczytu pagórka sprawności, zwykle z pewnym zaokrągleniem tych wartości.

Ten sam w yróżnik szybkobieżności m ają w szystkie p u n k ty leżące n a p a ra ­ boli przechodzącej przez początek układu i p u n k t n a wykresie Q(H) (rys. 6).

W rezultacie opracowanie w ykresu muszlowego powinno być podstaw ą do określenia optym alnych param etrów pracy, przy których pom pa m a najwy­

ższą spraw ność, a k tóre są właściwością konkretnego u k ładu przepływowego.

W yróżnik szybkobieżności stanow i kry teriu m podobieństw a geom etryczne­

go u k ład u przepływowego pompy (rys. 7). Przy określonym w yróżniku szybko­

bieżności wydajność pompy określa jej wielkość. W yróżnik szybkobieżności oraz wydajność dobrze skonstruow anych i w ykonanych pomp decydują o mo­

żliwej do osiągnięcia sprawności. N a wykresie (rys. 8), przedstaw iono zależ­

ność spraw ności od w yróżnika szybkobieżności nsq oraz od wydajności Q, uzyskaną n a podstawie pomiarów wielu pomp wirowych wielostopniowych [6].

A Ł ^{j S}

n , - 8 4. 45 1 /m tn n , - 40 160 1 /m in n , - 100-J. 300 1/m in

• « •

Rys. 7. K ształt w irnika w zależności od w yróżnika szybkobieżności n (, Fig. 7. Im peller shape versus th e kinem atic specific speed

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 345

ÓU L___l i i ______ i____ ___ i___ ______ kJ

7

8 10 15 20 26 30 35 40 50 60

n ą

Rys. 8. Zależność spraw ności pompy od w yróżnika szybkobieżności n q i od wydajności Fig. 8. P um p efficiency upon kinem atic specific spead and capacity

K onfrontacja spraw ności ocenianej pompy ze spraw nością pom py dobrej klasy, w ynikającą z powyższego w ykresu, pozw ala n a jej ocenę. N ależy dodać, że są produkow ane pompy o jeszcze wyższych spraw nościach niz w ynikające z przytoczonego w ykresu. J e s t to możliwe przy zastosow aniu specjalnych tech­

nologii, pozwalających uzyskiw ać perfekcyjne gładkości kanałów przepływo­

wych oraz cienkie łopatki. T a k a popraw a spraw ności je s t możliwa w przypad­

ku m ałych pomp.

346 Andrzej Korczak

ń (min *M

Q(mJ/h) n ( MMN *4 )

a (ml/hl

Rys. 9. N adw yżka antykaw itacyjna pomp N PS H r w zależności od wydajności Q i prędkości obrotowej n: a - pomp jednostopniowych; b - pomp wielostopniowych

Fig. 9. N PS H r of pum p upon capacity-Q and rotation speed: a - for single-stage pump, b - for m u lti-sta g e pump

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 347

W konkretnym zastosow aniu pompy współpracującej z rurociągiem ssaw ­ nym lub napływowym isto tn a je s t jej niezbędna nadw yżka kaw itacyjna NPSHr. Obecnie w teorii pomp wirowych nie uzależnia się tej wielkości od wyróżnika szybkobieżności, lecz podaje się zależność osiąganych N P S H r od wydajności pompy i jej prędkości obrotowej oraz od konstrukcji; rozróżnia się pompy jedno— i wielostopniowe. Zależność NPSH r(Q ,n) dla pomp jednosto- pniowych przedstaw iono rys. 9a, a dla pomp wielostopniowych n a rys 9b.

N iezbędna nadw yżka antykaw itacyjna pom py również może być obniżona przez zastosow anie gładszych ścianek i cieńszych łopatek w irnika.

Przebieg ch arak tery sty k i NPSHr(Q) zależy od w yróżnika szybkobieżności pompy (rys. 10). J a k widać z w ykresu, w pom pach odśrodkowych niezbędna nadw yżka antyk aw itacy jna w raz z wydajnością progresyw nie rośnie, n ato ­ m iast w pom pach śmigłowych m a m inim um przy wydajności zbliżonej do nom inalnej.

NfSH,.,.

Rys. 10. Zależność NPSHr(Q) dla pomp o różnych w yróżnikach szybkobieżności Fig. 10. N P S H r function for pum ps having a different kinem atic speed

Obok oceny pompy n a podstaw ie param etrów pracy, należy wziąć pod uw agę jej niezawodność w konkretnych w aru n kach eksploatacyjnych i trw a ­ łość param etrów w czasie eksploatacji. Te cechy pompy mogą być stw ierdzone n a podstaw ie eksploatacyjnego doświadczenia ja k też gw arantow ane przez producenta.

Hlm] Eta[%l

Q[m3/min]

Rys. 11. Odchyłki param etrów nom inalnych pompy wg jej DTR-ki od zmierzonej charakterystyki

Fig. 11. N om inal operating param eters shifts (offset) of a pum p versus a docum entation and m easured perform ance operating points

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 3 4 9

4. G w a r a n to w a n e p a r a m e tr y p r a c y

Producent, sprzedając pompę, pow inien gw arantow ać zgodność określo­

nych w DTR-ce jej nom inalnych param etrów pracy z p a ra m etram i osiąganym i przez pompę. N orm a [11] określa, ja k a je s t dopuszczalna odchyłka H, Q, E ta, między p a ra m e tra m i nom inalnym i gw arantow anym i przez producenta a uzy­

skiw anym i przez pompę. Dopuszczalne odchyłki zależą od k lasy pom iarów m aszyny. Rozróżnia się klasy pom iarów m aszyn A, B i C. Pom py zwykle są poddaw ane badaniom w k lasach B i C. Ocenę spełnienia gw arantow anych param etrów należy przeprowadzić n a w ykresie rys. 11. Ozgodniony z produ­

centem p u n k t pracy może być oddalony od krzywej uzyskanej w wyniku pomiarów odbiorczych o tak ie w artości AQ i AH, aby była spełniona zależność:

AH

AQ

W przypadku pom iarów klasy B, odchyłki wynoszą: Xq = ±0,04 i Xjj = ±0,02.

Spraw ność pompy m ierzona w klasie B pow inna osiągnąć co najm niej 97,2% spraw ności uzgodnionej. Sprawność odnosi się do p u n k tu przecięcia krzywej H(Q) z p ro stą przechodzącą przez p u n k t pracy uzgodniony i początek u kładu w spółrzędnych (rys. 11).

Zarówno zaniżone, ja k i zawyżone p a ra m etry pompy m ogą powodować wzrost jednostkow ego zużycia energii przez pompę albo konieczność korekty jej charak terystyk i. W obu przypadkach w ystępują dodatkow e koszty.

5. O c e n a d o b o r u p o m p y d o r u r o c ią g u

Poza jakością samej pompy równie w ażny je s t jej dobór do rurociągu.

Ocena doboru pompy do rurociągu w ynika ze sposobu eksploatacji. Przy eksploatacji pompy przy stałych p a ra m etrac h pracy istotne jest, aby pom pa pracowała przy najwyższej sprawności.

Najczęściej projektanci przyjm ują zawyżone nom inalne p a ra m etry pracy dobieranej pompy do rurociągu. Konsekwencją takiego doboru je s t przeciąże­

nie siln ik a (w przypadku pomp odśrodkowych) oraz rozw inięta kaw itacja.

Ażeby obniżyć pobór mocy i zmniejszyć natężen ie kaw itacji, użytkow nik n a j­

częściej dław i przepływ zasuw ą n a króćcu tłocznym pompy, co pokazano n a rys. 4. K onsekwencją tego je s t zwiększenie jednostkowego zużycia energii mimo, że pom pa przydław iona pracuje przy większej spraw ności. Jedn ostk o­

we zużycie energii przez pompę przed i po przydław ieniu będzie wynosić:

e! = P i / Q x = ktgoCi oraz e2 = P / Q 2 = k tg a 2

350 Andrzej Korczak

J a k widać z w ykresu rys. 4, zawsze e l < e2.

Przy wyborze m iędzy pom pam i o różnych spraw nościach m aksym alnych może się okazać, że spraw niejsza pom pa nie pracując przy E tam ax, m a spraw­

ność wyższą w punkcie pracy od innej mniej spraw nej pompy. T aki dobór może być korzystny szczególnie przy przyjęciu wydajności spraw niejszej pom­

py mniejszej od nom inalnej. Dzięki tem u uzyskuje się korzystniejsze warunki ssania. T ak a relacja w ystąpi w przypadku pompy odśrodkowej. Pom pa śmi­

głowa m a m inim um zależności NPSHr(Q), (rys. 10) przy wydajności zbliżonej do nom inalnej.

Zespół pompowy w raz z rurociągiem stanow ią u kład pompowy. Jego pracę ocenia się n a podstaw ie jednostkowego zużycia energii. Przy u średn ian iu w przyjętym okresie pom powania, jednostkow e zużycie energii będzie stosun­

kiem całej energii E zużytej w tym czasie do całej objętości V przepompowanej wody: e = E/V.

Obok odpowiedniego doboru p u n k tu pracy pompy przeznaczonej do współ­

pracy z rurociągiem o charakterystyce Hr(Q), istotne je s t tak ie zapewnienie w arunków ssania, ażeby w pompie nie występowała kaw itacja lub aby jej n atężenie było pom ijalne. W arunek bezkaw itacyjnej pracy pompy określa nierówność:

N PSH av > N PSH r gdzie:

N PSH av - nadw yżka antykawitacyjna rurociągu w przekroju wlotowym pompy.

Relację między tymi wielkościami a wydajnością pompy przedstaw ia rys. 12.

5.1. L iczb a sto p n i p om p y lu b z e sta w u p o m p o w eg o

P u n k t pracy n a chrakterystyce rurociągu, określony współrzędnym i Q,H, może być osiągnięty przez pompę lub zestaw połączonych szeregowo pomp o różnej liczbie stopni.

Biorąc pod uw agę zależność w ynikającą z w ykresu (rys. 8), dla punktu pracy zaznaczonego n a rys. 13 m ożna zastosować pompę o liczbie stopni np. 6 lub 10. Pom pa 10 stopniowa będzie droższa i spraw niejsza. Decyzja o wyborze pompy m usi być o p arta n a analizie ekonomicznej. N a w ykresie (rys. 8) zazna­

czono też p u n k t dla param etrów 14—stopniowego u kładu przepływowego.

O siągnięty dalszy przyrost spraw ności je s t ju ż znikomy.

U kłady przepływowe o najniższych w yróżnikach szybkobieżności n sq < 20 stosuje się n a ogół w pom pach jednostopniowych. Przechodząc n a większą liczbę stopni k o nstruuje się ich układy przepływowe o wyróżnikach zbliżonych do optym alnych. W ynika to z niższego kosztu produkcji pompy jednostopnio-

H[m]

Q[m3/min]

Rys. 12. B ilans wysokości ciśnień w rurociągu ssaw nym pompy odśrodkowej w zależności od jej wydajności Fig. 12. The high p ressure balance in a ssuction pipę of a im peller type pum p upon capacity

Oc ena , do bór i eks plo ata cja pom p wir ow ych 351

352 Andrzej Korczak

wej aniżeli pom py wielostopniowej, o zbliżonych p a ra m etrac h pracy. Pompy dwustopniow e są rzadziej konstruow ane. Tendencja ta może się zmienić ze względu n a w zrost ceny energii.

(m 3/h)

Rys. 13. Oczekiwane sprawności pomp 6 i 10 stopniowej o tych sam ych param etrach nom inalnych

Fig. 13. Prognosed effectivities of th e 6- and 10-stage pum ps w ith th e sam e operational p aram eters

5.2. K o rek ta c h a r a k te r y sty k i p om p y

Najczęściej stosuje się obniżanie charaktery sty ki H(Q) poprzez staczanie w irnika. W pompie z kierownicam i łopatkowymi stacza się tylko łopatki w irnika. Powoduje to obniżenie sprawności. Gdy pom pa wielostopniowa m a znaczne nadw yżki wysokości podnoszenia, to m ożna rozważyć wyelim inowa­

nie stopnia i zastosow anie stopnia biernego (rys. 14). Wówczas zarówno wał,

Rys. 14. Pom pa wielostopniowa odśrodkowa ze stopniem biernym Fig. 14. The m u lti-stag e pump w ith passive stage

Oc ena , d obó r i eks plo ata cja pom p wir ow ych 35 3

354 Andrzej Korczak

śruby ściągające, ja k i płyta fundam entow a oraz usytuow anie rurociągów ssaw nego i tłocznego pozostają bez zmiany. W spółpracę pompy trzystopniowej i dwustopniowej z rurociągiem przedstaw ia rys. 15. W przypadku nadwyżki wysokości podnoszenia mniejszej od uzyskiw anej z jednego stopnia, można zastosować stopień z kierownicą specjalną, pokazaną n a rys. 16. Mimo znacz­

nego stoczenia w irnika, stopień z ta k ą kierownicą utrzym uje zadowalająco wysoką spraw ność. W pom pach z kierownicą sp iraln ą tak ie stoczenie w irnika je s t stosow ane bez zm ian w samej kierownicy.

Znane z lite ra tu ry korekty w irnika, m ające n a celu w zrost wysokości pod­

noszenia stopnia pompy np. przez odpowiednie zaostrzenie łopatek w irnika w celu zw iększenia k ą ta beta2, są rzadziej stosowane.

H[m]

Rys. 15. P rzedstaw iona n a charakterystykach współpraca pompy odśrodkowej dwu i trzy­

stopniowej z rurociągiem o płaskiej charakterystyce

Fig. 15. O peration of tw o - and th re e -s ta g e pum p in flat perform ance pipe

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 355

1 3 2 4

Rys. 16. F ra g m en t pompy odśrodkowej wielostopniowej ze stopniem w yposażonym w kie­

rownicę specjalną

Fig. 16. D etail of m u lti-sta g e im peller pum p having s special leading vane

6. N a d z ó r n a d p r a c ą p o m p

W zależności od mocy pobieranej przez pompę i zużyw aną przez n ią energię oraz od ważności m aszyny w procesie technologicznym; czy chodzi o m aszynę krytyczną bądź niekrytyczną, w sposób i zakres nadzoru n ad jej p racą powin­

na być angażow ana różna ilość środków. W przypadku m ałych pomp krytycz­

356 Andrzej Korczak

nych dla procesu technologicznego najlepiej prognozować możliwość w ystąpie­

n ia aw arii m etodam i w ibroakustycznym i. W przypadku pomp dużej mocy, podstaw ą oceny sta n u technicznego pompy są jej energetyczne p aram etry pracy, a pom iary drg ań stanow ią podstaw ę do prognozow ania aw arii.

Zgodnie z założeniem przyjętym w niniejszym referacie, owaw iany jest u k ład pompowy eksploatow any przy stałych p a ra m etrac h pracy.

P raca pomp średniej i dużej mocy pow inna być kontrolow ana przez syste­

m atyczny nadzór nad podstawowymi param etram i:

- ciśnienie tłoczenia pt,

- ciśnienie ssan ia ps oraz w skaźnik poziomu w zbiorniku dolnym, - ciśnienie za pierwszym stopniem pompy wielostopniowej p l,

- pobór p rąd u przez napędowy silnik elektyczny I i odczyty w skazań licznika energii elektrycznej E,

- wydajność pompy Q i odczyty sum ujące łączną objętość wypompowanej wody V,

- w sk azania m ierników drgań.

C iśnienie tłoczenia p t inform uje o tym, czy stra ty w rurociągu tłocznym są m inim alne, czyli czy nie w ystępuje zbędne dław ienie powodujące w zrost jed ­ nostkowego zużycia energii, co pokazano n a ry s.4.

Ciśnienie ssan ia ps inform uje o stan ie rurociągu ssaw nego i o ew entual­

nych nieprawidłow ościach, np. spowodowanych przytkaniem kosza ssawnego lub zablokowaniem zaworu stopowego.

Ciśnienie p l za pierwszym stopniem pompy wielostopniowej inform uje o w ystępow aniu kaw itacji i ojej natężeniu. M ożna dopuszczać spadek ciśnienia za pierw szym stopniem n a sk u tek kaw itacji, odpowiadający p a ru procentom jego całkowitej wysokości podnoszenia. Przy większym n atężen iu kaw itacji

należy przedsięw ziąć środki zaradcze.

W pom pie współpracującej z rurociągiem o stałej charakterystyce, pobór p rą d u I inform uje o stanie pompy. Z kilku pomp odśrodkowych tego samego ty p u i wielkości oraz współpracujących z tym samym rurociągiem , pompa pobierająca najw iększy p rąd będzie w najlepszym technicznym stanie. Oczy­

wiście należy eksploatować pompy najspraw niejsze.

Odczyty w skazań licznika energii elektrycznej oraz odczyty ilości przepo­

mpowanej wody mierzonej przepływom ierzem pozwalają n a określanie a k tu ­ alnego i uśrednianego jednostkowego zuzycia energii przypadającej n a jedno­

stkę przepom powanej wody.

W przypadku pomp krytycznych, naw et małej mocy, opłacalny może sie okazać system atyczny pom iar ich drgań od m om entu zainstalow ania nowej pompy. W ykres poziomu d rgań filtrowanych, zwany funkcją tren d u , wskazuje n a dynam ikę rozwoju określonego uszkodzenia w m aszynie w funkcji czasu.

Pozwala przewidzieć końcową datę bezpiecznej eksploatacji m aszyny. Należy

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 357

zaznaczyć, że m aszyna ruchowo pew na nie m usi być w ysokospraw na. Wibro- akustyczn a diagnostyka nie zastąpi pom iarów param etró w energetycznych.

7. O k r e s e k s p lo a ta c ji m ię d z y r e m o n to w e j

Pom py dużej mocy wpływają istotnie n a koszty w łasne zakładu, w którym są eksploatow ane. Dlatego jest konieczne w yposażenie zasilania ich silników w liczniki energii oraz zabudowa n a rurociągach przepływom ierzy. Pom iar zużycia energii Eel i ilości przepompowanej wody pozw ala przeprowadzić p ro stą analizę kosztów, umożliwiającą optym alizację m iędzy rem ontowego ok resu eksploatacji pompy.

Je śli pominiemy inne, nie wpływające n a w ynik niniejszej analizy stale k oszty eksploatacji układu pompowego, to koszt zużycia energii Ke oraz koszt rem o n tu kapitalnego Kr stanowią całkow ite koszty K eksploatacji pom py [13]:

K = Ke + Kr

P rzy średniej cenie energii elektrycznej Cel, jej koszt będzie wynosił:

Ke = Cel Eel

Kosztem jednostkowym energii elektrycznej nazwiemy:

ke = Ke/V Kosztem jednostkowym remontu określimy:

k r = Kr/V

Całkowitym kosztem jednostkowym przepom pow ania jednostki objętości wody nazywamy:

kj = K/V = ke + k r gdzie V je s t sum ą objętości przepompowanej wody.

Odczytując system atycznie ze w skazań liczników energii Eel oraz ze w ska­

zań przepływomierzy V, można iloraz sum tych wielkości, np. po każdym tygodniu nanosić n a wykres. Przykład takiego w ykresu p rzed staw ia rys. 17 [13]. Został on sporządzony dla przykładowych danych. Przyjęto, że rem on t k a p ita ln y kosztuje Kr = 30 000 zł. Silnik elektryczny napędzający pom pę po jej rem oncie n a początku międzyremontowej eksploatacji pobiera 1192 kW.

czas t [1000h]

Rys, 17. Zm iana kosztu jednostkowego pompowania 1 m 3 wody w czasie eksploatacji pompy Fig. 17. Change of the pum ping specific cost vs a operation tim e

Ocena, dobór i eksploatacja pomp wirowych 359

Przyjęto, że n a sk u te k spadk u spraw ności pompy, n a wypompowanie tej samej ilości wody zużycie energii z czasem liniowo w zrasta i po 10 000 h eksploatacji je s t o 10% większe.

Po określonym n a podstaw ie w ykresu okresie eksploatacji tek , jednostkow y koszt całkow ity tj osiąga m inim um i w dalszym okresie eksploatacji będzie w zrastał. Oczywiście te k je s t ekonomicznym czasem eksploatacji pompy, po którym powinno się ją rem ontować. D la przykładu ilustrow anego w ykresem wynosi on ok. 4000 h. O pisana i zilustrow ana graficznie zależność je s t s to su n ­ kowo płaska. Po kolejnych 4000 h pracy pom py kj rośnie o 1,8%.

Przy eksploatacji k ilku pomp należy rejestrow ać ilość wypompowanej wody przez k ażd ą pom pę i sporządzać ta k i w ykres dla każdej z nich. Przy równole­

głej w spółpracy k ilk u pomp należy dokonywać pomocniczych pom iarów p a ra ­ m etrów ich indyw idualnych punktów pracy.

Ekonom iczny okres m iędzyrem ontowej eksploatacji pompy zależy od ceny energii, od kosztu jej rem o n tu kapitalnego oraz od szybkości spadku jej sp raw ­ ności.

W przypadku pomp dużej mocy, pom pujących czystą wodę, np. kondensat, i pracujących w ściśle określonych w arunkach, producent podaje zalecany czas m iedzyrem ontow ej eksploatacji. Pow inien on być zbliżony do czasu określone­

go n a podstaw ie a nalizy przeprowadzonej w opisany powyżej sposób. W pływa­

jące n a w ynik wielkości mogą się zm ieniać i m ożna dokonywać k o rek t uw z­

ględniających te zmiany.

Należy zauważyć, że w praktyce pom py są zwykle dłużej eksploatow ane aniżeli wynosi ich ekonomiczny okres eksploatacji. P odstaw ą do oceny pomp je s t ich spraw ność początkowa. Zbyt n isk a spraw ność w sto su n k u do osiągal­

nej, je s t podstaw ą do decyzji o w ym ianie pomp n a spraw niejsze.

L ite r a tu r a

1. S pam m er P.: Die w irtschaftliche Entw icklung, des P um penbaus. Pum- pen und ih re A nw endungen. VDMA 1988.

2. D ietrych J ., Kocańda S., Korewa W.: Podstaw y konstrukcji m aszyn.

WNT, W arszaw a 1971.

3. Łazarkiew icz Sz., Troskolański A.T.: Pom py wirowe. WNT, W arszaw a 1972.

4. Stepanoff A.J.: Radial- u nd A xialpum pen. S pringer Verlag, B erlin 1959.

5. Sulzer- K reiselpum pen- H andbuch. R edaktor D. Florjancic. V ulkan Ver­

lag. W in te rth u r 1990.

6. Groll H., Liegat S., B itterw olf F.: B aukostenkonzept H ochdruckpum pen in d er Energie- und V erfahrenstechnik. Technische R undschau Sulzer.

W in te rth u r 1988, n r 4.

7. Korczak A.: E ksploatacja pomp głównego odw adniania kopalń. Szkoła eksploatacji pomp. W rocław 1995.

360 Andrzej Korczak

8. Korczak A.: E ksploatacja układów pompowych pracujących w w arun ­ kach ustalonych. M ateriały szkoleniowe kursu: A udyting w energetyce.

Gliwice 1996.

9. G utkow ski J.: Bilans regulacji obrotam i pomp może równać się zero.

Pompy-Pompownie. W rocław 1996, n r 9.

10. Kurowicz M.: D iagnostyka w ibroakustyczna m aszyn wirnikowych. Szko­

ła Eksploatacji Pomp. Wrocław 1995.

11. PN-81/M-44006. Pompy wirowe. B adania odbiorcze wielkości chara­

kterystycznych. K lasa B i C.

12. Pokój M.: B adania pompy jednostopniowej. P raca dyplomowa. Politech­

n ik a Ś ląska. Gliwice 1994.

13. Korczak A., P a k u ła G., Perchał S.: A naliza techniczno-ekonom iczna pompowni przy szybie Dąbrów ka oraz propozycje jej m odernizacji. O pra­

cowanie nie publ. n a zlec. ZGH BOLESŁAW w Bukownie. Gliwice 1993.

Recenzent: Dr hab. inż. Andrzej W itkowski Prof. Politechniki Śląskiej W płynęło do Redakcji: 10. 10. 1996 r.

A b stra ct

In th is paper a quality and selection criterions has been presented. The perform ance curves (e.g. efficiency curves) of a single-stage and m ultistage at choosen ro tatio n speed, as well as different rotation speeds has been dis­

cussed. The im peller pum pes characteristics, which are function relations betw een capacity, efficiency, NPSM r and noise h a s been detaily presentyd.

The assessm en t of im peller type pum pe ith helpof kinem atic specific speed w as given.

Basic w orking d a ta criterion of g u aran teed operational points of pum ps w as form ulated. The basic m easurem ents sets to th e operation control of pum pe w as w ritten . The optim al operation tim e of pum pe betw een two over­

h a u ls procedures w as defined.