Założenia konstrukcyjne.
Fabryka Pomp POWEN w przeszłości produkowała głównie pompy przeznaczone do trudnych zastosowań, takich jak pompowanie wód kopalnianych i hydrotransport mieszanin zawierających znaczne ilości ciał stałych.
W przypadku pomp o takim przeznaczeniu zazwyczaj najważniejszym kryterium konstrukcyjnym jest odporność na niekorzystne warunki pracy, a inne względy, takie jak gabaryty, lub nawet do pewnego stopnia sprawność, odgrywają mniejszą rolę. Z tego powodu zakres stosowania tego typu pomp poza przemysłem ciężkim jest ograniczony.
Ponieważ zapotrzebowanie na pompy dla przemysłu ciężkiego wykazuje tendencje spadkowe Fabryka Pomp POWEN przed kilku laty podjęła prace nad skonstruowaniem typoszeregów pomp, przeznaczonych do łatwiejszych zastosowań, takich jak pompowanie czystej, zimnej wody. Potencjalne zastosowania takich pomp to przede wszystkim instalacje wodociągowe oraz przemysłowe obiegi wody chłodzącej.
Przed przystąpieniem do prac konstrukcyjnych przeprowadzono badania rynku mające na celu, oprócz określenia pola wymaganych parametrów pracy, również ustalenie, jakie cechy pomp są dla użytkowników najistotniejsze. Dzięki uprzejmości naszych potencjalnych odbiorców, przede wszystkim pracowników firm wodociągowych, którzy znaleźli czas aby odpowiedzieć na opracowaną przez nas ankietę, udało się sprecyzować szczegółowe wymagania użytkownika. Wyniki nie zawierają w zasadzie żadnych niespodzianek. Każdy doświadczony konstruktor jest oczywiście w stanie z góry przewidzieć, czego od pompy może oczekiwać użytkownik. Badanie rynku natomiast pozwoliło na ustalenie hierarchii tych oczekiwań. Jak wynika z uzyskanych odpowiedzi w przypadku pomp wodociągowych zdecydowanie najwyżej stawiane są trzy kryteria:
- niezawodność pracy i zdolność pompy do pracy bezobsługowej,
- wysoka sprawność energetyczna,
- umiarkowana cena.
W drugiej grupie, pośród kryteriów rzadziej wymienianych, lecz również istotnych znalazły się:
- dostępność serwisu i części zamiennych,
- hałas generowany przez pompę.
Z badań wynika, że użytkownicy stosunkowo mało uwagi przywiązują do gabarytów pomp oraz do ogólnej estetyki ich wyglądu.
W pierwszej kolejności opracowano typoszereg monoblokowych pomp jednostopniowych, gdyż, jak wynika z badań rynku, pompy tego typu są w stanie obsłużyć przeważająca część pola wymaganych parametrów.
W trakcie prac konstrukcyjnych uwzględniono wszystkie powyższe postulaty użytkowników. Elementem pompy, który wymagał najczęstszej obsługi, była zwykle dławnica sznurowa. W nowym typoszeregu przyjęto założenie, że stosowane będą wyłącznie uszczelnienia mechaniczne, a na zainstalowanie dławnicy nie przewidziano miejsca. Dało to dodatkową korzyść w postaci zwartej konstrukcji i minimalnego wysięgu wału, co eliminuje potencjalne problemy z drganiami pompy.
Innym zagadnieniem, mogącym powodować problemy z niezawodnością, jest przeniesienie siły osiowej. Dla przykładu, stosowanie tradycyjnych otworów odciążających jest skuteczne tylko, dopóki występuje odpowiednie dławienie na szczelinach ograniczających przepływ przez otwory. Jeśli, na skutek zużycia, wymiary szczelin dławiących powiększają się, nie tylko wzrastają straty hydrauliczne, ale również spada skuteczność odciążenia na skutek wzrostu ciśnienia za wirnikiem. Z tego powodu, po dokonaniu testów, w nowym typoszeregu zdecydowano się przenieść siłę osiową w całości na łożyskach tocznych silnika.
Należy podkreślić współpracę ze strony producenta silników – Celmy Cieszyn, który dokonał odpowiedniej modyfikacji łożyskowania. Przeniesienie siły osiowej przez łożyska toczne nie tylko eliminuje problemy z niezawodnością, ale również nie powoduje pogorszenia sprawności, jakie towarzyszy innym sposobom odciążenia.
Pompy monoblokowe nowego typoszeregu, dzięki swojej konstrukcji, nie wymagają żadnych zabiegów obsługowych pomiędzy okresowymi przeglądami, poza nieuniknionymi czynnościami związanymi z rozruchem, takimi jak zalewanie i odpowietrzanie.
W celu uzyskania wysokiej sprawności parametry pomp zostały tak dobrane, aby znajdowały się w pobliżu optymalnej wartości wyróżnika szybkobieżności. Początkowo zakładano opracowanie, przy współpracy specjalistów z Politechniki Śląskiej i Wrocławskiej, całego typoszeregu nowych układów przepływowych.
Program ten został częściowo zrealizowany, jednak sytuacja uległa zmianie po utworzeniu grupy kapitałowej obejmującej oprócz Fabryki Pomp POWEN również Warszawską Fabrykę Pomp i Armatury oraz Świdnicką Fabrykę Pomp. WFPiA oraz ŚFP dysponowały już układami przepływowymi o odpowiednich parametrach i wysokiej sprawności (np. pompy typoszeregów A oraz CH). Typoszeregi te są jednak przewidziane do pracy w trudniejszych zastosowaniach (woda gorąca, chemikalia) i z tego powodu posiadają własne łożyskowanie i bardziej rozbudowany system uszczelnienia wału. Na skutek tego, przy zastosowaniu do czystej, zimnej wody, są mniej konkurencyjne cenowo. Zastosowanie istniejących układów hydraulicznych do pomp monoblokowych pozwoliło na przyspieszenie prac nad typoszeregiem i ułatwiło spełnienie kolejnego postulatu użytkowników – uzyskanie umiarkowanej ceny. Nowy typoszereg otrzymał oznaczenie ON. Pełna nazwa pompy obejmuje jeszcze średnicę króćca tłocznego w milimetrach oraz dwie dodatkowe litery. Ostatnia litera B oznacza pompę monoblokową, a przedostatnia typ układu przepływowego, różniący się parametrami (np. ON-200BB, ON-200CB, ON-150BB). Ponieważ możliwe jest wykorzystanie praktycznie wszystkich istniejących w grupie kapitałowej układów przepływowych do budowy pomp monoblokowych, typoszereg obejmuje co najmniej pole pracy warszawskiego typoszeregu A, poszerzone o dodatkowe typowielkości ze Świdnicy i Zabrza.
Parametry pompy ON-200BB.
Jako przykład omówione zostaną parametry pompy ON-200BB (rys. 1), która posiada nowy, opracowany od podstaw układ przepływowy. Został on poddany bardzo szerokiemu programowi badań. Parametry nominalne wynoszą: wydajność 550 m3/h, wysokość podnoszenia 38 m, prędkość obrotowa 1480 obr/min, co daje wyróżnik szybkobieżności około 38, zbliżony do optymalnego.
Maksymalna sprawność pompy w wersji standardowej wynosi 84%. Badania wykazały, że stosując pokrycia standardowych odlewów preparatami zwiększającymi gładkość można uzyskać dalszy wzrost sprawności rzędu 2-3%. Pompa ON-200BB cechuje się korzystną, płaską charakterystyką sprawności, dzięki czemu posiada bardzo szerokie pole efektywnej pracy. Na rys. 2 przedstawiono pole, w którym pompa pracuje ze sprawnością powyżej 80%. Wykres powstał w wyniku badań wirników o zakresie średnic zewnętrznych od 300 do 369 mm. Zmienność parametrów oczywiście można z równym powodzeniem zrealizować przez regulację prędkości obrotowej.
Podstawowa wersja pompy zblokowana jest z silnikiem o mocy 75 kW. Dla średnic zewnętrznych wirnika zredukowanych poniżej 340 mm możliwe, a nawet wskazane, jest zastosowanie silnika o mocy 55 kW, co wymaga jedynie zmiany konstrukcji ramy.
Pompa ON200BB posiada bardzo dobre właściwości ssawne. Wymagane NPSH jest rzędu 4 metrów. Dzięki prawidłowo zaprojektowanej hydraulice pompa pracuje cicho – zmierzony poziom hałasu na stanowisku pracy nie przekracza 53 dB i jest niższy od hałasu powodowanego przez silnik elektryczny.
Wersje rozwojowe.
Udany układ przepływowy pompy ON-200BB został już wykorzystany w innych konstrukcjach. Opracowana została pompa zatapialna o takich samych parametrach (wydajność 550 m3/h, wysokość podnoszenia 38 m, prędkość obrotowa 1480 obr/min, moc silnika 75 kW) oraz pompa wielostopniowa, która przy tej wydajności osiąga wysokość podnoszenia do 230 metrów. Te nowe, ciekawe konstrukcje zostaną zaprezentowane czytelnikom „Pomp-Pompowni” w osobnym artykule.
Pompa ON-200BB na życzenie odbiorcy może być wyposażona w układ monitoringu i diagnostyki, który rejestruje parametry pracy i automatycznie reaguje w przypadku nieprawidłowości w pracy.
Pompa ON-200BB po przejściu badań stoiskowych na fabrycznej stacji prób doczekała się już zastosowań na rzeczywistych stanowiskach pracy. Jednym z pierwszych było odwadnianie rozlewiska, jakie tworzy się w trakcie intensywnych opadów na dnie odkrywki kopalni węgla brunatnego. Rozlewisko to jest trudne do odpompowania przy użyciu głównego, stacjonarnego systemu odwadniania. Specjaliści z KWB „Bełchatów” opracowali koncepcję pomp pływających na pontonach, połączonych z elastycznymi rurociągami (fot. 1 i 2). Wlot do pompy znajduje się pod powierzchnią zwierciadła, co eliminuje problemy z zalewaniem i odpowietrzaniem w trakcie rozruchu. Pompy ON-200 okazały się odpowiednie do takiego zastosowania, zarówno pod względem parametrów jak i gabarytów i pracują od wiosny 2001 roku.
Zastosowano dwie odmiany pompy (ON- 200BB i ON-200FB) różniące się wysokością podnoszenia (40-70 m), a co z tego wynika, również mocą silnika.
Pompy okazały się odporne na zanieczyszczenia występujące w wodzie deszczowej. Ten oryginalny sposób zabudowy pompy (pokazany na zdjęciu w trakcie prób w basenie) zasługuje na szerszą popularyzację, gdyż wydaje się możliwy do zastosowania na przykład w celu odwadniania rozlewisk w trakcie akcji powodziowych.
Dr inż. Grzegorz Pakuła.
Artykuł został opublikowany w numerze 3 czasopisma „Pompy-Pompownie” w roku 2002.
Komentarz autora:
„Artykuł napisany został w roku 2002, kiedy prace nad rozwojem typoszeregu ON trwały. Od tego czasu typoszereg został znacznie rozbudowany i obecnie obejmuje 10 typowielkości pokrywających obszar pracy pokazany na poniższym rysunku. Moce silników znajdują się w zakresie 11 – 160 kW. Pompy ON znalazły zastosowanie głównie w odwadnianiu powierzchniowym kopalń odkrywkowych. Najbardziej popularne są pompy z grupy ON-200 o wydajności nominalnej rzędu 500 m3/h i wysokości podnoszenia ( w zależności od typu) 30-80 m. Znane są zastosowania pomp ON w innych gałęziach przemysłu. Typoszereg ten posiada potencjał na dalsze, znaczne rozszerzenie zastosowań gdyż łączy niezawodność z umiarkowaną ceną.”
Rys. 1. Pole pracy pomp typoszeregu ON.
