Pompy odśrodkowe należą do najczęściej używanych w zakładach przemysłowych. Odznaczają się stosunkowo prostą budową, co nie oznacza jednak, że łatwo je właściwie dobrać i eksploatować.
Pierwszy opis techniczny urządzenia, które można uznać za pompę odśrodkową, pojawił się w traktacie włoskiego inżyniera Francesco di Giorgio Martini z 1475 r. – urządzenie to służyło do podnoszenia błota. Jednak dopiero pod koniec XVII w. pompę odśrodkową z prostymi łopatkami zbudował Denis Papin. Wygięte łopatki zastosował dopiero w 1851 r. brytyjski wynalazca John Appold.
Oczywiście obecnie, mimo że zasady działania nie uległy zmianom, pompy odśrodkowe mają wyrafinowane, nowoczesne konstrukcje i są wykonywane z dostępnych współcześnie materiałów, również syntetycznych. Uzyskiwane w tego typu pompach sprawności mieszczą się zazwyczaj w zakresie od η = 0,65 dla małych pomp do η = 0,89 dla dużych konstrukcji.
Rynek
W minionym roku firma badawcza Future Market Insights (FMI) opublikowała badanie światowego rynku pomp odśrodkowych „Centrifugal Pumps Market: Global Industry Analysis and Opportunity Assessment, 2015-2025”. Jak w nim napisano, popyt na pompy jest w znacznym stopniu skorelowany z podejmowanymi i realizowanymi projektami infrastrukturalnymi krajów rozwijających się – głównie Chin i Indii. Chodzi o pompy do zastosowań domowych, do zaopatrzenia w wodę i stosowane w oczyszczalniach ścieków. Prognozowany jest również wzrost popytu na tego rodzaju urządzenia ze strony małych i średnich przedsiębiorstw. Dotyczy to także pomp do zastosowań w procesach przemysłowych, co jest związane z potrzebą ich wymiany.
Obecność na rynku dużej liczby producentów z Chin, oferujących tanie urządzenia, stanowi pewnego rodzaju hamulec w rozwoju globalnych i regionalnych dostawców. Ponadto stopa zastąpienia dla pomp odśrodkowych zmniejsza się wraz ze wzrostem zainteresowania użytkowników pompami o długiej żywotności i dużej wydajności energetycznej. To kolejne wyzwanie dla producentów pomp odśrodkowych na świecie. Pod względem sprzedaży jednostkowej w latach 2015-25 w raporcie FMI szacuje się przeciętną średnią stopę wzrostu na poziomie 4,2%.
Mimo że rynek producentów pomp jest rozdrobniony, z dużą liczbą aktywnych graczy, twórcy raportu zauważają działania w kierunku konsolidacji i prognozują znaczną liczbę fuzji i przejęć. Ważną obserwacją wydaje się, że w procesie decyzyjnym wraz ze wzrostem kosztów energii oraz rosnącą świadomością ekologiczną wśród użytkowników końcowych coraz większą rolę odgrywa kompromis pomiędzy kosztami początkowymi i ponoszonymi w całym cyklu życia pompy odśrodkowej.
Wśród największych światowych producentów pomp wymienia się takie firmy, jak: ITT, KSB, Flowserve, Sulzer, Ebara, Grundfos, Weir Group, Wilo, Xylem, Ruhrpumpen i Vertiflow Pump. Na lokalnych rynkach działa wielu producentów pomp również o uznanej marce. W Polsce wymienia się takie firmy, jak Hydro-Vacuum – producenta m.in. pomp wirowych samozasysających SKA. Dużym wytwórcą pomp przemysłowych jest Grupa Powen-Wafapomp – produkująca pompy od 110 lat i wprowadzająca w nich nowe rozwiązania konstrukcyjne. Oprócz pomp i części zamiennych do nich Grupa Powen-Wafapomp wykonuje remonty oraz oferuje kompleksowe usługi inżynierskie, obejmujące audyty energetyczne i projektowanie układów pompowych, doradztwo przy doborze pomp, a także wykonywanie „pod klucz” układów pompowych. Ponadstuletnimi tradycjami mogą się poszczycić także tacy producenci, jak Kielecka Fabryka Pomp „Białogon” (wytwarzająca np. poziome pompy wirowe o swobodnym przepływie typu RZ) i Leszczyńska Fabryka Pomp (LFP).
Spośród znaczących producentów warto wymienić także firmę Sigma Group, która od 1868 r. dostarcza pompy przemysłowe własnej konstrukcji. W 2010 r. Sigma Group uruchomiła nowe Centrum Hydraulického Výzkumu, mające status jednostki badawczej według prawa UE. Jego zadaniem jest uczestnictwo instytucji naukowych, studentów i ekspertów w badaniach i rozwoju w dziedzinie mechaniki płynów, maszyn hydrostatycznych, hydrodynamicznych i inżynierii pompowania. Od lat 90. wyłącznym przedstawicielem Sigma Group w Polsce jest Sigma Polska, a jej podstawową działalnością jest dostarczanie pomp, agregatów pompowych oraz realizacja kompletnych pompowni w formule EPC dla energetyki klasycznej i jądrowej, wszystkich gałęzi przemysłu, gospodarki wodnej i górnictwa, branży chemicznej, petrochemicznej i rafinerii. To doświadczenie przekłada się na projektowanie i konstrukcję pomp o jak najmniejszej awaryjności oraz zbieranie informacji o problemach eksploatacyjnych maszyn wirujących przez pracowników Sigma Polska od przedstawicieli SUR w całym polskim przemyśle.
Dobór
Zapytaliśmy specjalistów zajmujących się pompami odśrodkowymi, na co ich zdaniem zwracać uwagę przy wyborze pompy do danej aplikacji. Jak stwierdził Damian Matusik z HERMETIC Pumps Polska, jest to dość złożone zagadnienie, które trudno omówić w kilku zdaniach. Przykładem są pompy hermetyczne oferowane przez firmę, które dla wielu użytkowników w Polsce są nadal jeszcze nowością, choć budowane są od lat 60. XX w. Przeznaczone są do obsługi niebezpiecznych, trujących lub wybuchowych mediów, które nie zawierają więcej niż 2% zanieczyszczeń. Pompy są drogie na etapie zakupu, lecz bardzo tanie w eksploatacji. Z punktu widzenia utrzymania ruchu to bardzo dobre maszyny. Odpowiednio eksploatowane nie wymagają napraw lub nawet przeglądów przez wiele lat pracy. Znane są przypadki pracy takich pomp przez prawie 50 lat bez awarii. Jak dodaje Damian Matusik, z jego punktu widzenia zakup każdej konwencjonalnej pompy do czystego medium, którego wycieki mogą być niebezpieczne, jest błędem.
Również dr inż. Grzegorz Pakuła z Grupy Powen-Wafapomp jest zdania, że problematyka doboru i eksploatacji pomp jest na tyle obszerna, że w artykule można ją tylko zasygnalizować. Pompy występują niemal w każdej instalacji przemysłowej – w niektórych z nich pełnią podstawową funkcję technologiczną, a w innych pomocniczą. Pobór energii przez nie stanowi poważną pozycję w bilansie energetycznym każdego zakładu, odpowiadając w niektórych przypadkach za kilkadziesiąt procent całego zużycia energii elektrycznej. Z tych powodów zespoły pompowe są istotne dla służb utrzymania ruchu oraz służb energetycznych.
Jak mówi Grzegorz Pakuła, rozwój techniki pompowej zmierza wyraźnie ku ograniczeniu wymagań w zakresie bieżącej obsługi. Tradycyjnie węzłami konstrukcyjnymi pomp wymagającymi stałej uwagi obsługi były tzw. dławnicowe uszczelnienia wału – należało je okresowo regulować w celu ograniczenia wycieku, oraz łożyska – niezbędna tu była kontrola ilości czynnika smarującego (oleju lub smaru stałego). Budowane obecnie pompy, wyposażone w mechaniczne, ślizgowe uszczelnienia wałów oraz łożyska o zwiększonej trwałości, w zasadzie nie wymagają bieżącej obsługi i są przystosowane do w pełni zautomatyzowanej pracy. Jego zdaniem sprzyja temu również stosowanie droższych, lecz trwalszych, odpornych na korozję materiałów konstrukcyjnych, pozwalających na zwiększanie niezawodności ruchowej. Niezbędne jest jedynie kontrolowanie parametrów pomp, co coraz częściej również jest realizowane bez udziału człowieka poprzez zdalne, komputerowe systemy monitoringu.
Stopniowo zanikają też tradycyjne metody organizacji polityki remontowej, polegające na kierowaniu pompy do remontu co określony czas, bez względu na jej rzeczywisty stan techniczny. Zamiast tego znaczenie zyskują dwa skrajne podejścia. Z jednej strony pojawiają się pompy (zwłaszcza niewielkie jednostki) produkowane z zastosowaniem tanich technologii, których w ogóle nie opłaca się remontować i które w przypadku awarii zastępowane są nowymi. Z drugiej wprowadza się złożone systemy monitoringu, umożliwiające prewencyjną politykę remontową, polegającą na kierowaniu pompy do remontu w momencie, gdy jej stan techniczny wskazuje na wzrastające prawdopodobieństwo awarii.
Systemy tego rodzaju polegają z reguły na monitoringu poziomu drgań oraz temperatury. Dlatego zdaniem Grzegorza Pakuły problemy z utrzymaniem pomp w ruchu powinny stopniowo zanikać. Nie zawsze ma to miejsce, a to z tego powodu, że równolegle daje się w przemyśle zaobserwować niepokojące zjawisko polegające na zaniku wiedzy o technice pompowej oraz praktycznego doświadczenia w eksploatacji pomp.
Jednak postęp w technice pompowej nie przynosi efektów, jeśli popełniane są błędy w doborze urządzenia. Każda pompa ma pewien dopuszczalny zakres parametrów, w którym powinna być eksploatowana. Błędy doboru, skutkujące pracą poza tym zakresem, powodują nie tylko zwiększenie energochłonności, ale również skrócenie okresu międzyremontowego. Wynika to z tego, że działanie urządzenia w niedozwolonym punkcie pracy powoduje m.in. wzrost drgań prowadzący w konsekwencji do uszkodzenia łożysk i uszczelnień.
Oszczędności
Przy dużej konkurencji rynkowej i wzroście kosztów energii szuka się obecnie oszczędności również przy zakupie i eksploatacji pomp. Jak mówi mgr inż. Igor Redliński, kierownik projektu Sigma Polska, duże znaczenie ma właśnie czynnik ekonomiczny. Zwłaszcza w przemyśle chemicznym, petrochemicznym i rafineryjnym pewność ruchowa maszyn, głównie pomp, decyduje o wskaźnikach finansowych danej instalacji w kontekście liczby postojów planowych lub awaryjnych. Dlatego jego zdaniem należy znaleźć rozsądny balans pomiędzy techniczną doskonałością konstrukcji pompy, w szczególności sprawności układu przepływowego, a podatnością na uszkodzenie podczas pracy. Najczęściej nawet o kilka procent niższa sprawność przekłada się na bezawaryjną, długotrwałą eksploatację – co, całościowo i wbrew intuicji, przynosi korzyści ekonomiczne.
Grzegorz Pakuła, na podstawie doświadczeń zebranych przy okazji wielu audytów energetycznych układów pompowych pracujących w przemyśle, ocenia, że w bardzo wielu z nich istnieje potencjał do ograniczenia zużycia energii na pompowanie o kilkanaście lub nawet kilkadziesiąt procent, głównie dzięki poprawie doboru pomp do wymaganych parametrów, zastosowaniu efektywnych metod regulacji oraz właściwej polityce remontowej. Sprawność energetyczna pompy maleje w miarę pogarszania się jej stanu technicznego w trakcie eksploatacji, a w celu jej odtworzenia wymagany jest odpowiednio przeprowadzony remont. Jak dodaje, poziom zużycia energii zależy oczywiście od konstrukcji pompy i jakości jej wykonania, ale jego zdaniem w jeszcze większym stopniu – od jakości doboru, gdyż sprawność energetyczna pompy znacznie spada w miarę oddalania się od optymalnego zakresu pracy. Jeszcze większy wpływ na energochłonność ma stosowana metoda regulacji parametrów roboczych pompy, jeśli mają się one zmieniać w trakcie eksploatacji (co często ma miejsce w praktyce). Tradycyjna, najprostsza metoda, polegająca na dławieniu zaworami, jest skrajnie nieefektywna z punktu widzenia oszczędności energii. Coraz powszechniej stosuje się nowocześniejsze metody regulacji, takie jak regulacja przez zmianę prędkości obrotowej. Jednak uzyskanie optymalnych efektów z wdrożenia takich metod również wymaga fachowej wiedzy praktycznej.
Podsumowanie
Na rynku oferowany jest duży wybór pomp odśrodkowych, pozwalający na dobór urządzenia praktycznie do każdego zastosowania. Dostępne są np. pompy higieniczne, wielostopniowe, do osadów, różnych płynów itp., wykonane z takich materiałów konstrukcyjnych, jak: żeliwo, stale konstrukcyjne i nierdzewne, różne stopy, tworzywa sztuczne, np. polipropylen czy włókno szklane. Są też urządzenia spełniające wymagania specjalne, np. przy produkcji wina.
Wydaje się, że cechy, na jakie należy współcześnie zwracać szczególną uwagę przy doborze optymalnego rozwiązania, to bezobsługowość i energooszczędność urządzeń. Na pewno trzeba brać pod uwagę łączne koszty w całym okresie eksploatacji. Warto przy tym, ze względu na mnogość konstrukcji i wykonania, skorzystać z wiedzy specjalistów.
Autor: Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do służb utrzymania ruchu w przemyśle.
Tekst pochodzi z nr 2/2017 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
