Serwis i regeneracja pomp przemysłowych

Pompy stanowią jeden z najbardziej newralgicznych elementów instalacji przemysłowej: jeśli ulegną awarii, ich naprawa lub wymiana spowoduje nieplanowane przestoje w produkcji, zaś samodzielny ich remont przez służby UR jest często trudny do przeprowadzenia. Z tych powodów ważna jest odpowiednia eksploatacja i regularna diagnostyka układów pompowych, a jeśli zaistnieje konieczność naprawy czy regeneracji, najlepiej powierzyć ją specjalistom.

Aż trudno uwierzyć, że pierwsza pompa wodna napędzana tłokiem powstała jeszcze w starożytnej Grecji w III w. p.n.e. Jej twórca – Ktesibios z Aleksandrii – zapewne nie podejrzewał, że jego wynalazek jeszcze po upływie dwóch tysiącleci będzie napędzał przemysł. I choć dzisiejsze pompy są dużo bardziej skomplikowane pod względem konstrukcyjnym, mają w gruncie rzeczy do spełnienia tę samą funkcję: korzystając z siły mechanicznej, zasysają ciecz roboczą i podają ją dalej do układu. W sektorze przemysłowym najczęściej w roli tej wykorzystuje się trzy rodzaje pomp: wirowe (w tym odśrodkowe), wyporowe oraz pompy hydrauliki siłowej, które, choć funkcjonują na podobnych zasadach, stanowią element bardziej złożonych układów, a tym samym wymagają odrębnego potraktowania.

Wirowa, wyporowa czy hydrauliczna?

Kluczowym elementem pomp wirowych jest wirnik łopatkowy, którego pęd tworzy efekt zasysania cieczy na wlocie, jednocześnie powodując wzrost ciśnienia na wylocie. W przeciwieństwie do nich w pompach wyporowych część ssawna oddzielona jest od tłocznej, która pompuje ciecz dzięki pracy elementu tłocznego (tłoka, kół zębatych lub membrany). Słabością pomp wyporowych jest konieczność stałej kontroli przeciążeń spowodowanych niekontrolowanym zwiększeniem ciśnienia płynu w układzie. Mimo to cieszą się one dużą popularnością m.in. ze względu na dużą wysokość podnoszenia płynów oraz zdolność do ich samoistnego zasysania. Sprawdzają się jednak głównie w układach niewymagających wysokiej wydajności pompy. Zdecydowanie przegrywają bowiem pod tym względem zarówno z pompami wirowymi, jak i z hydraulicznymi.

Te ostatnie różnią się od pozostałych tym, że jako medium robocze wykorzystują olej. Z reguły nie występują też samodzielnie, lecz stanowią element złożonych układów hydrauliki siłowej, na które oprócz pomp składają się także m.in. rozdzielacze, zawory, siłowniki i silniki.

W przemyśle najczęściej wykorzystywane są dwa rodzaje pomp hydraulicznych: tłoczkowe i łopatkowe. Trend ten stoi w sprzeczności z ogólnym popytem na rynku, w którego strukturze zdecydowanie dominują pompy zębate – z 75-procentowym udziałem w sprzedaży. Są one jednak stosowane głównie w budownictwie i rolnictwie. Ich cechy – stała wydajność i wytrzymałość mechaniczna – w przemyśle odgrywają mniejszą rolę niż wysoka sprawność, możliwość generowania wysokiego ciśnienia i zmienny kierunek obrotu charakterystyczny dla pomp tłoczkowych. Z kolei pompy łopatkowe, stosowane powszechnie m.in. w napędach obrabiarek i wtryskarek, przekonują użytkowników łagodną charakterystyką pracy oraz możliwością generowania wysokiego ciśnienia przy stosunkowo niskiej prędkości obrotowej.

Z perspektywy działu utrzymania ruchu podział ten jest o tyle istotny, że diagnostyka pomp wirowych i wyporowych jest z reguły zadaniem prostszym niż ocena stanu pomp hydraulicznych – głównie ze względu na większą złożoność układów hydrauliki siłowej. Natomiast metodyka konserwacji i postępowania w przypadku awarii jest tu bardzo zbliżona.

Lepiej zapobiegać niż leczyć

Pompy przeznaczone dla przemysłu różnią się od jednostek dostarczanych na rynek komercyjny m.in. wytrzymałą konstrukcją i odporną na oddziaływanie czynników zewnętrznych obudową, która zapewnia prawidłową pracę urządzenia w trudnych warunkach. Mimo to każda z nich podlega nieuchronnemu zużyciu części eksploatacyjnych, w tym głównie elementów ruchomych oraz uszczelek. Proces ten można do pewnego stopnia spowolnić, przestrzegając warunków eksploatacji określonych przez producenta w dokumentacji techniczno-ruchowej (DTR).

W opinii ekspertów wiele błędów w tym zakresie popełnianych jest już na etapie doboru i montażu pompy: zbyt niskie nominalne ciśnienie robocze czy objętość wolumetryczna pompy w stosunku do wymagań układu szybko doprowadzą do jej przeciążenia, zaś zbyt duże obciążenia osiowe czy promieniowe mogą nadwerężyć łożyska, powodując ich przedwczesne zużycie. W obu przypadkach konieczna jest podstawowa wiedza na temat zasad funkcjonowania układów pompowych. W sytuacji jej braku najlepiej zdać się na opinię dostawcy, który pomoże w doborze i poprawnie zamontuje urządzenie.

W trakcie eksploatacji obowiązuje jedna żelazna zasada: nie należy przekraczać określonych przez producenta urządzenia maksymalnych wartości ciśnienia, temperatury ani wysokości (w przypadku pomp wyporowych) pompowanej cieczy. Pompa nie może także pracować pod pełnym obciążeniem: należy zachować określoną rezerwę mocy wyszczególnioną w DTR. Uruchamiając urządzenie, należy się upewnić, że pompa jest zalana, a w przypadku pomp hydraulicznych – że w układzie znajduje się odpowiednia ilość oleju. Zbyt niski poziom cieczy/oleju – w połączeniu z dużymi oporami przepływu – może bowiem powodować powstanie zjawiska kawitacji, czyli tworzenia się pęcherzyków gazu skutkujących erozją elementów pomp. Ich uszkodzeniu sprzyjają także zanieczyszczenia cieczy/oleju, niebezpieczne zwłaszcza dla łożysk i uszczelek.

Diagnostyka: wszystko pod kontrolą

Nawet jeśli pompa działa bez zarzutu, należy przestrzegać terminów okresowych przeglądów. Mogą one być dokonywane przez dział utrzymania ruchu – pod warunkiem że dysponuje on odpowiednią wiedzą na temat budowy danego modelu pompy. Nowe urządzenia cechują się bowiem bardziej złożoną konstrukcją, a dodatkowo wymagają często kompletnego demontażu w celu dotarcia do newralgicznych punktów. Jeśli więc mamy wątpliwość, czy personel zakładu poradzi sobie z tym zadaniem, lepiej powierzyć je dostawcy lub firmie specjalizującej się w tego typu zabiegach.

Przegląd urządzenia powinien obejmować diagnostykę wszystkich części eksploatacyjnych: układów napędowych, łożysk i uszczelek. To właśnie ten ostatni element jest odpowiedzialny za większość awarii pomp. Należy także zweryfikować stan wszystkich komponentów wewnętrznych pod kątem ubytków w masie pompy.

Alternatywą dla cyklicznych przeglądów jest stały monitoring pracy pompy na podstawie odczytów z czujników i/lub okresowych pomiarów z wykorzystaniem sprzętu diagnostycznego. Najczęściej takie pomiary obejmują trzy wielkości: drgania, temperaturę oraz fale ultradźwiękowe. Miernik drgań można zainstalować bezpośrednio na pompie, co umożliwia stałe monitorowanie częstotliwości, prędkości i przemieszczenia drgań, a także ich porównanie z wartościami historycznymi. Drgania wiele mówią o stanie elementów ruchomych, przede wszystkim wirników i łożysk tocznych, a zarejestrowane odchyłki jednoznacznie świadczą o zużyciu tych komponentów.

Podobną funkcję pełni pomiar temperatury z wykorzystaniem kamery termowizyjnej. Na podstawie lokalnego wzrostu temperatury można bowiem z dużą dozą prawdopodobieństwa wnioskować o zużyciu lub nieprawidłowej pracy danego komponentu. Świadczyć o tym będzie także odmienne niż w innych punktach natężenie sygnału podczas badania miernikiem ultradźwiękowym. Co więcej, przy użyciu fal ultradźwiękowych można także zdiagnozować zjawisko kawitacji: pękające pęcherzyki powietrza wydają bowiem charakterystyczny dźwięk, z łatwością rejestrowany przez urządzenie.

Ogólnych informacji na temat stanu pompy dostarcza także czujnik ciśnienia w układzie. Dzięki stałemu monitoringowi ciśnienia pozwala on na wyznaczenie trendu, który stanowi punkt referencyjny dla kolejnych pomiarów. Odchyłki od zadanych tolerancji sygnalizowane są komunikatem alarmowym i mogą świadczyć m.in. o wystąpieniu kawitacji, zapełnieniu filtra czy nieprawidłowej regulacji zaworu.

Zanim pojawią się nieszczelności

Choć powolna degradacja uszczelnień i wycieki na połączeniach elementów układu są zjawiskiem nieuniknionym, można je odsunąć w czasie dzięki zastosowaniu dodatkowych środków uszczelniających i smarów. Tego typu pielęgnacji można z powodzeniem poddać wszelkie połączenia gwintowane, śruby mocujące i o-ringi, a także pasowania, np. między łożyskiem a uszczelniaczem. W przypadku gwintów i śrub można w tym celu zastosować specjalne produkty do ich zabezpieczania, zaś na o-ringi zaaplikować smar, który przedłuży ich elastyczność.

Eliminacja nieszczelności

Spadek ciśnienia w układzie może być także dowodem na występowanie nieszczelności na połączeniach elementów pompy. Takich sytuacji nie da się uniknąć: uszczelnieniom nie sprzyjają zanieczyszczenia cieczy roboczej czy częste włączanie i wyłączanie pompy – typowe w przypadku urządzeń napędzanych silnikiem elektrycznym o zmiennej liczbie obrotów. Aby zwiększyć ich żywotność, w nowych modelach pomp oraz urządzeniach pracujących w ekstremalnych warunkach tradycyjną gumę zastępuje się tworzywami elastomerowymi z dodatkiem włókna węglowego, tytanu, ceramiki, węglika krzemu lub wolframu.

Wymiany uszczelek można z powodzeniem dokonać na miejscu. Znów jednak podstawą jest dostępność specjalistów dysponujących odpowiednią wiedzą z zakresu materiałów uszczelniających oraz zasad demontażu i montażu uszczelek. Materiał należy bowiem dobrać stricte do aplikacji i parametrów pracy pompy, tak by wykazywał się odpowiednią wytrzymałością na ciśnienie panujące w układzie, a także rodzaj i temperaturę pompowanego medium.

Znacznie bardziej kłopotliwe są nieszczelności występujące w układach hydraulicznych. Bardzo często do wycieku oleju dochodzi bowiem na uszczelniaczu wału, co wielu użytkowników interpretuje jako objaw nieszczelności tego komponentu. Prawdziwa przyczyna nierzadko leży jednak gdzie indziej: olej może być uwalniany również przez uszczelki części roboczej pompy, skąd wędruje wzdłuż wałków do uszczelniacza. Po jego wymianie problem więc szybko powraca i bez kompleksowej diagnostyki pompy może nie doczekać się rozwiązania.

Typowe objawy nieprawidłowej pracy pompy:

→ hałasy i/lub drgania układu,

→ spadek ciśnienia w układzie,

→ spadek wydajności pompy,

→ niekontrolowane wycieki wody/oleju,

→ w przypadku pomp hydraulicznych: nieprawidłowa konsystencja oleju.

Pompa w naprawie

Jeśli mimo usunięcia nieszczelności nadal obserwowany jest spadek ciśnienia i/lub wydajności układu, może to świadczyć o poważniejszej usterce. W przypadku pompy hydrauliki siłowej powinna zaniepokoić także mętna konsystencja i/lub obecność piany w oleju, które świadczą o przedostawaniu się do układu powietrza. Innymi oznakami nieprawidłowej pracy są wyraźnie wyczuwalne drgania lub słyszalne odgłosy pracy mechanizmu.

Naprawę najlepiej zlecić na zewnątrz: producentowi, dostawcy lub niezależnemu usługodawcy o odpowiedniej renomie. Wskazówek w tym zakresie może dostarczyć dokumentacja urządzenia zawierająca adresy autoryzowanych punktów serwisowych. Jest to istotne zwłaszcza w przypadku urządzeń stosunkowo nowych, drogich lub o skomplikowanej konstrukcji: ścisła współpraca serwisu z producentem stanowi bowiem gwarancję fachowej obsługi i dostępności oryginalnych części zamiennych.

Jak wylicza firma Prevac, standardowo naprawa pompy powinna składać się z sześciu podstawowych kroków: demontażu, czyszczenia komponentów, diagnostyki uszkodzeń, wymiany zepsutych elementów i materiałów eksploatacyjnych, a także uruchomienia, regulacji i kontroli poprawności działania w pracy ciągłej. Realizacja tych czynności, a zwłaszcza przeprowadzenie prób końcowych na stanowisku testowym, powinna stanowić jedno z kluczowych kryteriów wyboru usługodawcy. Oczywiście istotną rolę odgrywa także cena oraz czas wykonania usługi, jednak ze względu na duży wpływ efektywności pracy pompy na energochłonność i produktywność całej maszyny, linii produkcyjnej, a nawet zakładu kwestie te nie powinny determinować decyzji. Wyjątkiem jest sytuacja, w której awaria i związany z nią przestój produkcji generuje istotne straty dla przedsiębiorstwa. W każdym przypadku jednak naprawa będzie rozwiązaniem szybszym niż zakup nowego urządzenia, na którego dostawę trzeba często czekać kilka tygodni.

Regenerować czy wymienić?

W trakcie naprawy niejednokrotnie okazuje się, że uszkodzeniu uległa także konstrukcja pompy i poza wymianą części eksploatacyjnych konieczna jest regeneracja urządzenia. Kiedy ma ona sens? Jak podkreślają eksperci, kluczową rolę w podjęciu decyzji o regeneracji powinny odgrywać trzy zmienne: koszt, czas i dostępność zamienników.

Jeśli koszt remontu jedynie nieznacznie ustępuje cenie nowego urządzenia, regeneracja zwyczajnie się nie opłaca. W takiej sytuacji lepiej zdecydować się na zakup nowej pompy. Jest jednak pewne „ale”: jeśli pompa stanowi kluczowy element linii produkcyjnej, oczekiwanie na dostawę nowego produktu może generować straty uzasadniające decyzję o regeneracji. Warto również się na nią zdecydować, jeżeli urządzenie cechuje się nietypowymi parametrami i trudno będzie szybko znaleźć dla niego odpowiedni zamiennik.

Za regeneracją przemawia także fakt, że dzisiejsze możliwości zakładów specjalizujących się w remontach pomp pozwalają na uzyskanie efektu zbliżonego do oryginału. Specjaliści są w stanie m.in. odtworzyć uszkodzone komponenty metodą inżynierii wstecznej, a tym samym „wyprodukować” części niedostępne na rynku. Zaś oprócz standardowej obróbki mechanicznej czy spawania mogą także uzupełnić ubytki w masie pompy przez wypełnienie materiałem kompozytowym. Taka procedura pozwala szybko uzyskać bardzo dobre efekty, ale wymaga dostosowania materiału do aplikacji oraz przestrzegania zaleceń jego producenta w trakcie eksploatacji urządzenia. Na popularności zyskuje także praktyka nanoszenia dodatkowych powłok ochronnych, np. ceramicznych czy kompozytowych, zarówno na nowe, jak i regenerowane komponenty urządzeń. Dzięki temu zyskują one wytrzymałość nierzadko większą od oryginalnych części.

Regenerację pompy dobrze jest powierzyć firmie współpracującej z producentem danego urządzenia. Ułatwi to dostęp do oryginalnych części zamiennych i oddanie pompy do użytku. Jeśli firma decyduje się na niezależnego wykonawcę, powinna zwrócić uwagę nie tylko na cenę i termin realizacji usługi, lecz także na kwestie testowania, montażu, kalibracji i gwarancji. Po regeneracji pompa powinna bowiem zostać poddana kontroli w pracy ciągłej na stanowisku testowym, zaś raport z testów przekazany klientowi. Dobrze, jeśli warsztat nie tylko zamontuje, ale także odpowiednio wyreguluje parametry pompy, tak aby zapewnić odpowiednią wydajność pracy i trwałość jej komponentów. Na regenerowane urządzenie zakład powinien także otrzymać gwarancję: niektóre firmy udzielają jej nawet na rok, oferując jednocześnie pełny pakiet usług gwarancyjnych.

Podsumowanie

Kluczową kwestią jest zawsze przeprowadzenie rachunku zysków i strat z uwzględnieniem całości kosztów remontu i pracy urządzenia. Praca ta zwykle pochłania bowiem dużą część energii wydatkowanej na obsługę maszyn, w związku z czym kwestie wydajności i efektywności energetycznej pomp istotnie wpływają na bilans energetyczny przedsiębiorstwa. Pobieżny serwis czy niestarannie przeprowadzony remont mogą więc w dłuższej perspektywie przynieść więcej strat niż pożytku. A uszkodzenia spowodowane niefachowym demontażem komponentów są często nie do naprawienia. Dlatego nie warto eksperymentować i w razie wątpliwości lepiej powierzyć to zadanie specjaliście. Zwłaszcza że na naszym rynku nie brakuje przedsiębiorstw, które mają wieloletnie doświadczenie w tym zakresie.

Agata Świderska jest autorką tekstów i tłumaczką języka niemieckiego specjalizującą się w szeroko pojętej tematyce przemysłowej. Na rynku prasy specjalistycznej aktywnie działa od 2015 r.