Aby pompować sprawnej - identyfikacja stanu pracy pompy Pompa, jak każde urządzenie energetyczne, powinna pracować w warunkach, do jakich jest przeznaczona, a zwłaszcza z parametrami odpowiadającymi jej najwyższej sprawności. Wiadomo, że w eksploatacji bywa różnie, bądź to za sprawą zmiennych warunków, bądź na skutek niewłaściwego doboru. Informację o warunkach pracy pompy nie zawsze łatwo uzyskać; tylko nieliczne instalacje są uzbrojone w odpowiednie przyrządy pomiarowe. Wielokrotnie jedynym sprawnie działającym przyrządem jest manometr na króćcu lub rurociągu tłocznym oraz amperomierz. Poniżej przedstawiono sposoby określania warunków pracy pompy wirowej dla różnych poziomów oprzyrządowania, począwszy od stanu idealnego, kończąc na najbardziej prymitywnym. Wniosek z pomiaru wydajności Instalacje z pomiarem wydajności zapewniają najbardziej precyzyjną i wiarygodną identyfikację stanu pracy pompy o znanej wydajności nominalnej, a zwłaszcza o znanej charakterystyce. Pomiar natężenia przepływu (czyli strumienia objętości, wg aktualnie stosowanej nomenklatury) pozwala śledzić ten stan i jego chwilowe zmiany. Pośredni pomiar wydajności, dokonywany przez pomiar przepompowanej objętości i czasu pracy, pozwala wyznaczyç wartość średnią. gdzie: natężenie przepływu Q śr np. w m 3 /h, przepompowana objętość V w m 3, czas pracy t w godzinach.
Rys. 1. Identyfikacja stanu pracy pompy na podstawie pomiaru wdajności. Stan pracy jest określony dostatecznie dokładnie mimo szerokiego pasma niepewności pomiaru. Z rysunku 1 wynika dokładność wyznaczenia punktu pracy, zwłaszcza sprawności, na podstawie znajomości natężenia przepływu. Nawet dość znaczna niepewność pomiaru wydajności (szeroki pas wokół wartości mierzonej) praktycznie nie wpływa na ocenę efektywności energetycznej pracy pompy. Wniosek z pomiaru wysokości podnoszenia Identyfikacja warunków pracy pompy na drodze pomiaru wysokości podnoszenia jest trudniejsza. Wymaga określenia przyrostu ciśnienia z odczytu wskazań dwóch manometrów i znajomości masy właściwej cieczy. W przypadku pompowania wody H = 0,1(p t - p s )+z gdzie: H - wysokość podnoszenia w metrach, p t i p s - ciśnienia, odpowiednio na tłoczeniu i na ssaniu w barach, z - różnica wysokości pomiędzy osiami manometrów w metrach. Rys. 2. Identyfikacja stanu pracy pompy na podstawie pomiaru wysokości podnoszenia. Stan pracy, mimo wąskiego pasma niepewności pomiaru, mieścić się może w szerokim zakresie wydajności i
sprawności. O stanie pracy pompy świadczy porównanie wartości pomierzonej z podaną na tabliczce znamionowej, w DTR i z charakterystyką, jeśli jest ona znana. Odniesienie pomierzonej wartości wysokości podnoszenia na skalę charakterystyki QH wyznacza stan pracy, jednak ze znacznie większym błędem niż w przypadku pomiaru wydajności. Jest on tym większy, im większa niepewność pomiaru (wiadomo, jak trudno uzyskać pewny odczyt ciśnienia pracującej pompy) i im bardziej płaska jest charakterystyka QH pompy - rys. 2. Wniosek z pomiaru sprawności Pomiar sprawności nie jest tak trudny, jakby się mogło wydawać. Zmierzona wydajność, zmierzona wysokość podnoszenia i zmierzony pobór mocy pozwalają wyznaczyć sprawność z zależności gdzie H - wysokość podnoszenia w metrach, Q - w m 3 /h, P w - jest mocą pobieraną w kw. Pozostaje jedynie kwestia niepewności pomiaru, która będzie na pewno podnoszona, gdy celem badania jest podważanie sprawności deklarowanej przez producenta. Pomiar sprawności w eksploatacji stosuje się rzadko, a jeśli ma służyć weryfikacji sprawności pompy, to powinien być przeprowadzony zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 9906, co niestety nie jest łatwe. Wniosek ze wskazań amperomierza Wyżej omawiane sposoby identyfikacji stanu pracy pompy wymagały posługiwania się przyrządami pomiarowymi i znajomości parametrów znamionowych lub charakterystyki pompy. Wielokrotnie wobec braku odpowiednich przyrządów zachodzi potrzeba dokonania oceny przybliżonej. Z doświadczenia wiadomo, że jedynym, na który zawsze można liczyć, jest pomiar mocy, a więc łatwo dostępny pomiar amperomierzem natężenia prądu pobieranego przez silnik pompy. Poniżej zostanie przedstawiona oryginalna metoda orientacyjnej identyfikacji stanu pracy pompy na podstawie odczytów wskazań amperomierza (tylko wskazań, a nie wartości natężenia prądu). W metodzie tej należy wykonać następujące czynności: krok 1 - odczytać wskazanie amperomierza w stanie pracy pompy i zanotować jako a, krok 2 - zamknąć na chwilę zawór na rurociągu tłocznym i w tym stanie, odczytać i zanotować wskazanie a 0, krok 3 - określić stosunek a:a 0 i przyrównać go do wartości (a:a 0 ) opt, wynikającej z wykresu - rys. 3.
Jeśli wartość a:a 0 jest zbliżona do (a:a 0 ) opt, oznacza to, że pompa pracuje w zakresie wydajności optymalnej (przy wysokiej sprawności). Jeśli wartość a:a 0 odbiega (a:a 0 ) opt, oznacza to, że pompa pracuje poza zakresem wydajności optymalnej. Wydajność jest mniejsza lub większa od optymalnej, jak wynika z opisu rysunku. Rys. 3. Identyfikacja stanu pracy pompy na podstawie wskazań amperomierza. Wykres - rys. 3 przedstawia oryginalną interpretację znanych z literatury [1, 2] zależności przebiegu charakterystyk poboru mocy od wydajności P(Q)ns pomp o wyróżnikach szybkobieżności w zakresie do n s = 180. Traktując zależności źródłowe jako statystyczne, należy się liczyć z rozbieżnościami między charakterystykami konkretnych pomp a charakterystykami uśrednionymi. Stąd na rysunku 3 przedstawiono pasmo niepewności wokół wartości źródłowych. Zaskakująca na pozór, przemienna interpretacja pól wykresu wynika z faktu zmiany nachylenia charakterystyk poboru mocy z wzrastających na malejące, pomp o szybkobieźnościach około n s = 90. W tym zakresie szybkobieżności niepewność identyfikacji stanu pracy pompy jest największa. Przy wyższych szybkobieżnościach metoda przynosi bardziej wiarygodne wyniki. Szybkobieżność pompy n s = nq 1/2 H -3/4 przyjąć można z jej charakterystyki (jeśli jest podana przez producenta), obliczyć, określić z relacji między parametrami nominalnymi (wydajnością i wysokością podnoszenia) lub oszacować na podstawie kształtu wirnika - rys. 4.
Rys. 4. Identyfikacja stanu pracy na podstawie wskazań manometru. Wniosek ze wskazań manometru Podobnie jak w poprzednio opisanym sposobie można orientacyjnie identyfikować stan pracy pompy na podstawie wskazań manometru natłoczeniu pompy. Należy: krok 1 - odczytać ciśnienie w stanie pracy pompy i zanotować jako p, krok 2 - zamknąć na chwilę zawór na tłoczeniu, odczytać ciśnienie i zanotować jako p 0. krok 3 - określić stosunek p/p 0 i przyrównać go do wartości (p:p 0 ) opt, wynikającej z wykresu - rys. 5. Jeśli wartość p/p 0 jest w przybliżeniu równa (p:p 0 ) opt, oznacza to, źe pompa pracuje w zakresie wydajności optymalnej, Jeśli wartość p/p 0 jest większa od (p:p 0 ) opt, oznacza to, że pompa pracuje przy wydajności mniejszej od optymalnej, Jeśli wartość p/p 0 jest mniejsza od (p:p 0 ) opt, oznacza to, że pompa pracuje przy wydajności większej od optymalnej. Rys. 5. Związek między wyróżnikiem szybkobieżności i kształtem wirnika pompy. Zakresy wyróżnika szybkobieżności, w których mieszczą się pompy wielostopniowe. Dokładność przedstawionego sposobu określania stanu pracy na podstawie odczytów ciśnień może być większa, jeśli zamiast odczytów ciśnienia na tłoczeniu będzie się operować przyrostem ciśnienia w pompie.
Wnioski Identyfikacja stanu pracy pompy jest niezbędnym warunkiem w dążeniu do ograniczania energochłonności pompowania. Na jej podstawie należy wnioskować o poprawności doboru pompy do określonych warunków pracy, możliwości korekty charakterystyki pompy lub zmian w instalacji. Sposoby identyfikacji stanu pracy pompy są tym dokładniejsze, im większy jest dysponowany zasób danych o pompie i większe są możliwości dokładnego pomiaru. Jednak nawet najdalej idące ograniczenia nie usprawiedliwiają zaniechania oceny sytuacji. W niniejszej treści zostały przedstawione możliwości, jakie dają dwa podstawowe przyrządy pomiarowe - amperomierz i manometr. Proponowana metoda przybliżonej oceny poprawności doboru opiera się na założeniach: pompa poprawnie dobrana powinna pracować przy całkowicie otwartym zaworze na tłoczeniu, bez dławienia, stosunki mierzonych wartości, odpowiadających natężeniom prądu i ciśnieniom, odpowiadają stosunkom poboru mocy i wysokości podnoszenia przy Q opt i Q=0, a te powinny być zgodne z prawidłowościami określonymi w literaturze [1, 2]. Komentarz Są tylko dwa przypadki, w których można łatwo stwierdziç, że mamy do czynienia ze złą pracą lub złym doborem pompy. Pierwszy - gdy pompa, pracując przy otwartych w pełni zaworach, nie zapewnia wymaganej wydajności, drugi - gdy praca pompy wymaga stałego dławienia. W pierwszym mamy do czynienia z pompą o zbyt małej wydajności, a w drugim - z pompą o wydajności zbyt dużej. W obu przypadkach tylko pomiar i analiza wyników uprawniają do określenia przyczyn oraz stwierdzenia, jak dalece parametry pracy pompy odbiegają od optymalnych energetycznie. Poprawny dobór pompy do określonego zadania spotyka się niezwykle rzadko. Wydaje się czasem, że lepiej nie podejmować trudnych pomiarów oraz analiz i pozostać w przeświadczeniu, że dobrze jest, jak jest". To trochę tak jak obawa przed wizytą u lekarza, który mógłby postawić diagnozę burzącą dobre samopoczucie. Rozsądnym w obu wypadkach jest stopniowe, krok po kroku, dążenie do precyzyjnej diagnozy. Pierwszym krokiem, zwłaszcza przy ograniczonych możliwościach pomiarowych, jest dokonanie przybliżonej identyfikacji stanu pracy pompy, najprostszymi środkami, przedstawioną prostą metodą. Literatura 1.A.J. Stepanoff, Centrifugal and Axial Flow Pumps. Theory, Design, and Application, John Wiley&Sons, New York, London, 1957 2. W. Jędral, Pompy Wirowe, PWN, Warszawa 2001
Źródło: "Pompy Pompownie" (1/2009) KONTAKT ZPBiP CEDOS Sp. z o.o.