Diagnostyka pomp

stratosy_w_instalacji_m

Pompa obiegowa STRATOS. Zdjęcie: Wilo

 

Pompa jest urządzeniem, które służy do wytworzenia różnicy ciśnień pomiędzy stroną ssawną, czyli wlotem pompy a tłocznią będącej wylotem z pompy. W efekcie jest zapewniona możliwość transportowania cieczy lub osadów.

Zasada działania pompy bazuje na przekazaniu cieczy siły mechanicznej przez wirnik, tłok lub membranę celem jej sprężenia. Pompa aby móc pracować powinna być zalana a więc przestrzeń robocza pompy oraz rurociąg ssawny musi być wypełniony cieczą i odpowietrzony w chwili rozruchu pompy. Przeciwieństwem tej zasady są jednak pompy samozasysające oraz niektóre pompy wyporowe o wysokim poziomie szczelności, a także umieszczone w układzie pompowym o niewielkiej wysokości ssania, które mogą zacząć pompować bez konieczności wcześniejszego zalania rurociągu ssawnego.

Pompy określa przynajmniej kilka parametrów. I tak też ważna jest wydajność (Q), która jest mierzona w objętości przepompowanej cieczy na jednostkę czasu w układzie SI określaną w metrach sześciennych na sekundę. Nie mniej ważna jest wysokość podnoszenia lub maksymalne ciśnienie (H), które mierzy się w metrach słupa wody lub w paskalach. Z kolei parametr w postaci mocy obliczany jest jako iloczyn wysokości podnoszenia i wydajności.

Podstawowy podział dzieli pompy na wirowe (przepływowe) oraz wyporowe, takie jak np. pompy tłokowe.

Pompa powinna być ściśle dobrana z uwzględnieniem konkretnych potrzeb instalacji. Określone medium musi być tłoczone przy zapewnieniu odpowiedniego ciśnienia celem zagwarantowania określonej wysokości ciśnienia a więc dostarczenia do punktu odbioru pod wymaganym ciśnieniem.

Usterek, które mogą wystąpić w pracy pomp jest wiele. I tak też zwraca się uwagę na awarie łożysk, nadmierny poziom drgań, nieszczelność, kawitację na wirnikach, głośną pracę oraz nieprawidłowy stan tulei ochronnych wału.

 

Diagnostyka pomp do odwadniania

Na etapie bieżącej diagnostyki silnika napędowego pomiary mogą być ograniczone do rezystancji uzwojeń stojana, rezystancji izolacji uzwojenia stojana, wizualnej kontroli stanu technicznego klatki wirnika praz łożysk silnika. Ocena stanu technicznego instalacji zasilającej odbywa się poprzez sprawdzenie obwodów zasilających, elementów wykonawczych takich jak falowniki, softstarty (w przypadku zasilaczy przekształtnikowych) oraz zabezpieczenia zwarciowe. Używane mogą być przy tym programy testujące, które umieszczone są np. w pamięci sterownika przemysłowego poprzez nastawy zabezpieczeń przeciążeniowych, zwarciowych czy też kontrolę ciągłości napięć zasilających oraz obwodów sprzężeń zwrotnych.

FZR.1_m

Pompa zatapialna FZR.1. Zdjęcie: Hydro-Vacuum

Przy diagnostyce układów mechanicznych i kinematycznych górniczych pomp głównego odwadniania używane są sygnały z czujników umieszczonych w elementach wirujących. Chodzi między innymi o czujniki temperatury, czujniki drgań i wibracji, a także czujniki ciśnienia oleju i czujniki stanu technicznego przekładni mechanicznej. Sygnały pozyskane dzięki czujnikom są przesyłane za pomocą magistrali komunikacyjnej do komputera nadrzędnego. Tym sposobem zyskuje się dane wejściowe pozwalające na optymalne sterowanie pracą pomp głównego odwadniania i na potrzeby diagnostyki.

Zwraca się uwagę, że jedną z przyczyn awarii pomp głównego odwadniania niejednokrotnie stanowi uszkodzenie lub zatarcie wirnika pompy. Na uszkodzenie węzła łożyskowego może wskazywać wzrost drgań, głośna praca łożyska, szum oraz wzrost temperatury uzwojeń silnika i obudowy. Podczas diagnostyki węzłów łożyskowych niejednokrotnie uwzględnia się metody takie jak SPM (Shock Pulse Metod), SE (Spike Energy), SEE (Spectral Emitted Energy), metodę analizy częstotliwościowej oraz analizy akustycznej. Dużym uznaniem cieszy się metoda detekcji obwiedni, która polega na analizowaniu drgań rezonansowych maszyny. Na uszkodzenie węzła łożyskowego mogą wskazywać krótkotrwałe udary, które są widoczne w przebiegach czasowych mierzonego sygnału maszyn. Dzięki znajomości właściwości w zakresie geometrii łożyska oraz ilości elementów tocznych i prędkości obrotowej bieżni jest możliwe obliczenie częstotliwości rezonansu układu. Podczas diagnostyki tego typu odpowiedni czujnik drgań generuje sygnał pomiarowy z uwzględnieniem filtracji za pomocą filtrów pasmowo przepustowych. Nie mniej ważne jest również dopasowanie a potem analizowanie w pobliżu obliczonych częstotliwości rezonansowych.

 

Analiza drganiowa

Wspomniana już analiza drganiowa wpisała się już w kanon podstawowych narzędzi diagnostycznych używanych przez służby utrzymania i niejednokrotnie jest uwzględniana przy wykrywaniu usterek w pracy pomp. Korzystając z diagnostyki drganiowej kluczową rolę odgrywa odpowiednia interpretacja wyników. I tak też warto zwrócić uwagę na normy ISO 10816 i ISO 7919, w myśl których określane są strefy oceny maszyny. W przypadku drgań nowych maszyn oddanych do eksploatacji uwzględnia się strefę A co oznacza stan dobry maszyny. Z kolei strefa B określa maszyny o stanie dopuszczalnym, mogące pracować bez ograniczeń. Nie mniej ważne są maszyny nie nadające się do pracy długotrwałej do momentu wdrożenia odpowiednich czynności eliminujących usterkę. Maszyny tego typu zalicza się do strefy C co odpowiada stanowi jeszcze dopuszczalnemu. Stan niedopuszczalny maszyny określa strefa D.

W czasie diagnostyki, która jest oparta na analizie drgań z pewnością przydatna okaże się norma ISO 10816. Dzieli ona maszyny na cztery grupy w zależności od typu, mocy znamionowej lub wzniosu wału. I tak też w grupie pierwszej znajdują się maszyny o mocy znamionowej przekraczającej 300 kW przy zakresie prędkości obrotowych mieszczących się pomiędzy 120obr./min a 15tys.obr/min. Grupa 2 obejmuje maszyny średniej mocy znamionowej wynoszącej od 15kW do 300kW.

Kluczową rolę odgrywa grupa 3. Są to pompy z wirnikami wielołopatkowymi i oddzielnym napędem o mocy, która przekracza 15 kW. W myśl normy ISO 10816 do grupy 4 zalicza się pompy z wirnikami wielołopatkowymi i wbudowanym napędem. Chodzi o urządzenia odśrodkowe o mieszanym przepływie i o przepływie poosiowym o mocy powyżej 15kW.

 

Usuwanie usterek

Jeżeli zauważalny jest wyciek medium przez dławnicę bazującą na uszczelnieniu czołowym to warto sprawdzić czy nie doszło do uszkodzenia uszczelnień o charakterze wtórnym lub powierzchni ciernych. Przyczynę usterki może stanowić również zużycie elementów. Bez wątpienia w takiej sytuacji konieczna jest wymiana uszczelnienia.

foto18_m

Pompy do ścieków. Źródło: Hydro-Vacuum

W przypadku gdy pompa nie może zasysać medium trzeba sprawdzić czy została ona odpowiednio zalana, czy nie doszło do nieszczelności w rurociągu ssawnym oraz czy nie zatkał się kosz lub rurociąg ssawny. Oprócz tego pompa nie może być umieszczona zbyt nisko. Ważne jest wtedy zatrzymanie pompy, prawidłowe jej zalanie, usunięcie nieszczelności, oczyszczenie kosza ssawnego oraz wyczyszczenie lub wymiana rurociągu ssawnego lub umieszczenie pompy na odpowiedniej głębokości.

Niejednokrotnie zdarza się, że pompa ma zmniejszoną wydajność. Przyczyn tego typu usterek należy szukać w zatkanym dyfuzorze lub dyszy oraz niedrożnym przewodzie ssawnym. Warto sprawdzić pompę pod kątem nieszczelności po stronie ssania. Jeśli w aplikacji pracuje pompa zatapialna to trzeba sprawdzić czy głębokość posadowienia pompy nie jest zbyt duża. Kluczową rolę odgrywa kontrola pompy pod kątem ewentualnych oporów. Zatem powinny być usunięte wszelkie nieszczelności również te, które mogą wystąpić w połączeniach.

Usterki w pracy pomp mogą leżeć po stronie silnika elektrycznego. Mierzony jest zatem pobór prądu przez pompę oraz temperatura obudowy silnika. Koniecznie trzeba sprawdzić kierunek obrotów oraz czy nie występują tarcia poszczególnych elementów wirujących. Kluczową rolę odgrywa zatem sprawdzenie a w razie potrzeby wyeliminowanie tarcia lub zmiana kierunku wirowania silnika.

Nadmiernie głośna czy też niestabilna praca pompy może być efektem obecności ciała obcego we wnętrzu pompy. Oprócz tego warto sprawdzić stan wyważenia wirnika oraz wentylator pod kątem uszkodzeń. Nie mniej ważne jest przy tym sprawdzenie wału oraz poziomu zużycia łożysk. Odpowiednio czyści się więc pompę, wyważa wirnik lub wymienia, prostuje i naprawia wentylator.

 

Co na rynku?

Np. firma Hydro Feed jest w stanie przeprowadzić remont pomp producentów takich jak Grupa Powen-Wafapomp (typu Z, K, W, YS, D, S, HD, HM i inne), KSB (typu CHTR, HGC i inne), Tofama (typu KAN, KCG, KCZ, KGM, KMM i inne), LFP (typu WR, PJM i inne), Sigma (typu CHP, CVX, V-D i inne) oraz NASH (typu Vectra, P, TC/TCM, AT, 2BE4, 905, SC-3 i inne).

Z kolei firma Partner Serwis dysponuje własną stacją prób, która pozwala w sposób bezpośredni kontrolować parametry zespołów pompowych po przeprowadzonym remoncie. Przeprowadzane badania obejmują, oprócz wyznaczenia sprawności pompy, sprawdzenie poziomu drgań, temperatury wybranych węzłów konstrukcyjnych, szczelności, wybiegu po wyłączeniu itp. Tym sposobem zyskuje się pewność, że wykonane czynności remontowe doprowadziły urządzenie do stanu opisanego w dokumencie DTR emitowanym przez producenta.

 

Diagnostyka wymiany danych

Nowoczesne urządzenia nie obejdą się bez odpowiednich systemów wymiany danych, które również wymagają właściwej diagnostyki. Dzięki sprawnie działającej transmisji danych jest możliwa bardzo dokładna regulacja wydajności względem różnych warunków instalacji oraz zmiennych procesów technologicznych. Dodatkowe możliwości pozwalające na wymianę informacji zazwyczaj zyskuje się dzięki dodatkowym modułom komunikacyjnym. Stąd też w niektórych pompach przewidziano szeregowy cyfrowy interfejs umożliwiający podłączenie pompy do systemu automatyki budynkowej.

Niejednokrotnie zastosowanie znajduje szeregowy interfejs LON umożliwiający podłączenie do sieci LONWorks. Przydatne rozwiązanie stanowi złącze na podczerwień. Zarówno w systemach automatyki budynkowej i przemysłowej bardzo często zastosowanie znajduje cyfrowy interfejs Modbus RTU umożliwiający podłączenie urządzeń poprzez system magistralę RS-485. Oprócz tego pompy obiegowe, dzięki specjalnym modułom komunikacyjnym, mogą wymieniać dane poprzez interfejs BACnet MS/TP Slave oraz CAN.

Diagnozując system wymiany danych zastosowanie znajdują oscyloskopy pozwalające na sprawdzenie poziomów napięć sygnałów, a także specjalne programy testujące wymianę rozkazów.

 

Pompy obiegowe

Na etapie montażu pompy należy pamiętać aby urządzenie zawsze instalować pomiędzy dwoma elementami odcinającymi. W pobliżu miejsca montażu pompy nie wolno pracować z płomieniem spawalniczym. Rurociąg, na którym będzie instalowana pompa powinien być wolny od naprężeń. Z kolei wał pompy musi znajdować się w poziomie w sposób niezależny od korpusu urządzenia. Ważne jest aby podłączenie elektryczne bazowało na przewodach ułożonych na stałe. Zwraca się uwagę na podłączenie w zasilaniu silnika odłącznika wszystkich biegunów, których odległość otwartych zestyków powinna wynosić przynajmniej 3 mm. Celem ułatwienia ewentualnej wymiany pompy przyłącze elektryczne należy zapętlić. Niejednokrotnie chcąc zapobiec szumom sygnałów sterujących montuje się filtr zaporowy.

Pamiętać należy, że zbyt małe ciśnienie robocze negatywnie wpływa na smarowanie łożysk ślizgowych pompy, a co za tym idzie, skraca się jej trwałość. W praktyce wymagane ciśnienie robocze zależy od typu pompy, maksymalnej temperatury czynnika oraz temperatury ciśnienia. Jeżeli położenie naczynia rozszerzalnościowego jest niewłaściwe to podczas pracy pompy może wystąpić zjawisko dodatkowego spadku ciśnienia na dopływie. W efekcie przedostające się powietrze może doprowadzić do niewłaściwego smarowania łożysk. Ważne jest więc odpowiednie zwiększenie statycznego ciśnienia roboczego. Pompy obiegowe, w których przewidziano sterowanie elektroniczne cechują się odpornością na zwarcia i nie wymagają stosowania zewnętrznego zabezpieczenia.

19

Pompy do ścieków. Źródło: Hydro-Vacuum

 

 

Podsumowanie

Na etapie prac obejmujących naprawę pomp szczególną uwagę należy zwrócić na odpowiedni wybór części zamiennych. Kluczową rolę odgrywa dokładne określenie parametrów medium, które będzie pompowane zwłaszcza w kontekście możliwości wystąpienia substancji agresywnych i obciążenia wtrąceniami. Jeżeli jest to wymagane trzeba zastosować części wykonane w postaci kwasoodpornej. Trzeba zadbać o prawidłową pracę zabezpieczeń przed suchobiegiem oraz nadciśnieniem.

Błędną praktyką jest zastosowanie części pozwalających na przewymiarowanie pompy. Ewentualny zapas niejednokrotnie jest przyczyną pracy pompy poza charakterystyką, a także wystąpienia wibracji i uszkodzeń. Ważne jest aby pompa nie pracowała przy zbyt niskiej sprawności objętościowej i całkowitej. Z kolei zastosowanie tanich zamienników może przyczynić się do zwiększenia zapotrzebowania na energię i wzrostu poziomu awaryjności.

 

Autor: Damian Żabicki

 

Artykuł pochodzi z czasopisma Główny Mechanik 2/2015

Okladka GM2 i Dodatek 600x417

Authors

Related posts

Góra
English