Uzyskanie wysokiej sprawności ogólnej pomp wiąże się z wyeliminowaniem strat elektrycznych, mechanicznych, jak i hydraulicznych w pracy urządzeń. Istotnym aspektem jest przy tym zachowanie wysokiej niezawodności, która jest kluczowa z punktu widzenia eksploatacji. Artykuł prezentuje podejście firmy Grundfos do tych zagadnień oraz kilka ze stosowanych przez producenta rozwiązań konstrukcyjnych.

Wzrost emisji CO₂ oraz kosztów energii powoduje, że wiele organizacji, państw i firm koncentruje się na jak najefektywniejszym wykorzystaniu energii. Ze względu na konieczną ochronę środowiska naturalnego prawodawcy wprowadzają nowe wymagania także w zakresie gospodarki ściekowej. Pompowanie ścieków w sieciach kanalizacyjnych i oczyszczalniach zajmuje znaczącą pozycję w kosztach energii ponoszonych przez zarządy miast i oczyszczalnie ścieków. Zaawansowane technologicznie pompy ściekowe o wysokiej sprawności ogólnej, z efektywnym wolnym przelotem oraz o wytrzymałych konstrukcjach pozwalają obniżyć koszty eksploatacji systemów pomp ściekowych, a przez to przyczynić się również do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.

Zatapialne pompy do ścieków typu SE firmy Grundfos

Normy wewnętrzne Grundfos

Niestety do tej pory nie obowiązuje żadna określona normatywnie minimalna sprawność pomp ściekowych, o ile nie są one napędzane znormalizowanymi silnikami elektrycznymi z wentylatorami chłodzącymi. Firma Grundfos, dysponując bogatym doświadczeniem z pracy z normami sprawności, zdecydowała się samodzielnie ustanowić swoje własne, wewnętrzne normy, tak aby zapewnić optymalną efektywność wytwarzanych urządzeń. Poniższe zestawienie zagadnień w zakresie sprawności pomp ściekowych zostało opracowane, aby pomóc w wyborze odpowiedniej pompy i umożliwić uniknięcie najczęstszych błędów.

Sprawność ogólna

O wysokości rachunków za energię decyduje sprawność ogólna pomp, czyli sprawność energetyczna. Aby uczynić pompy urządzeniami efektywnymi, konieczne jest wyeliminowanie strat elektrycznych, mechanicznych i hydraulicznych występujących w ich pracy. Producent pomp musi poradzić sobie z nimi wszystkimi bez pogarszania niezawodności urządzeń.

Pompa do ścieków SL firmy Grundfos

Sprawność elektryczna
Norma IEC60034 ustanawia minimalne wymagania w zakresie sprawności silników elektrycznych, ale obowiązuje tylko w odniesieniu do znormalizowanych silników z wentylatorami chłodzącymi. Jeśli firma Grundfos oznacza zatapialną pompę ściekową etykietą np. IE3, oznacza to, że jest w stanie przedstawić certyfikaty badania typu składników silnika. Certyfikaty te wydane są na podstawie badań w zgodnych z normą IEC60034 wykonaniach silnika, co daje użytkownikowi gwarancję ważności i wiarygodności informacji.

Sprawność mechaniczna
Jak wspomniano, sprawność pompy ma znaczenie tylko wówczas, kiedy nie zostaje osiągnięta kosztem niezawodności. Obsługa serwisowa pompy, zarówno planowa, jak i nieplanowana jest kosztowna, dlatego bezawaryjność stała się podstawowym zagadnieniem w zakresie budowy pomp Grundfos. Dla zapewnienia konstrukcyjnej wytrzymałości kluczowych składników producent stosuje np.:
• stożkowe łożyska wałeczkowe – chociaż wykazują one większe straty w porównaniu ze zwykłymi łożyskami wałeczkowymi, pozwalają uzyskać dłuższą żywotność przy pracy w trudnych warunkach (heavy-duty),
• uszczelnienie wału – pompy Grundfos są wyposażone w kasetowe uszczelnienie wału z podwójnym uszczelnieniem mechanicznym. Rozwiązanie to zużywa dodatkową energię, ale zapewnia dłuższą eksploatację i mniej przestojów. Wymianę przeprowadza się bezproblemowo na miejscu eksploatacji pompy i bez użycia specjalistycznych narzędzi.
Sprawność hydrauliczna
W hydraulice pomp zmniejszanie podatności na zatykanie i zwiększanie sprawności zawsze wymagało ograniczania wolnego przelotu. Firma Grundfos rozwiązała ten problem i obecnie oferuje systemy pomp ściekowych, które dysponują wysoką sprawnością hydrauliczną oraz odpowiednimi parametrami wolnego przelotu.

Schemat budowy pompy z zamontowanym wirnikiem tubowym typu S-tube

Technologia silników
Grundfos wykorzystuje własne normy m.in. do zapewnienia optymalnej sprawności silników pomp. Technologia silników Grundfos Blueflux stosowana przez producenta jest dostosowana do realnych potrzeb instalacji, w których pracują systemy lub rozwiązania pompowe. Układy z silnikiem Grundfos Blueflux mają najczęściej znacznie wyższą sprawność ogólną niż porównywalne rozwiązania i przyczyniają się do znacznego obniżenia kosztów całego cyklu życia urządzeń (LCC).

Pompy SE i SL

Przykładem urządzeń realizujących założenia konstrukcyjne Grundfos są pompy do ścieków SE i SL dostępne w wersjach od 0,9 do 30 kW. Pompy typu SL są przeznaczone do instalacji zatapialnych, a pompy typu SE, wyposażone w płaszcz chłodzący, do instalacji suchych i zatapialnych. Urządzenia nadają się do pompowania wód drenażowych i powierzchniowych, ścieków surowych w instalacjach komunalnych, przemysłowych i wód technologicznych. Są przeznaczone do pompowania wody i ścieków w przepompowniach sieciowych, oczyszczalniach ścieków, budynkach użyteczności publicznej, przemyśle, instalacjach wody deszczowej. Pompy ściekowe typu SE i SL mogą być montowane na stałe przy użyciu autozłącza, mogą być także wykorzystywane jako wolnostojące lub przenośne. Wersje SE mogą być ponadto zamontowane w instalacjach suchych w położeniu pionowym lub poziomym. Urządzenia wymagają bardzo małej powierzchni instalacyjnej. Oznacza to możliwość zastąpienia istniejących pomp ściekowych pompami SE i SL bez konieczności przebudowy instalacji lub studzienek. Modele SE oferowane są w różnych wersjach wykonania, jak np. z wirnikiem ze stali nierdzewnej do pracy w środowiskach agresywnych (zgodnie z normą EN 1.4408 oraz EN 1.4517/1.4539). Wirnik ze stali nierdzewnej dostępny jest również dla pomp SL.

Elementy konstrukcji i funkcje
Pompy SE i SL łączy szereg rozwiązań i funkcji:
• sprawność silnika IE3 – najwyższa sprawność energetyczna silnika zapewnia znaczące oszczędności kosztów dzięki redukcji zużycia energii,
• inteligentny system monitorowania i sterowania Autoadapt – koszty montażu i uruchamiania pompy z Autoadapt są znacznie obniżone, jej niezawodność zwiększona, a eksploatację charakteryzuje niskie zużycie energii,
• zintegrowane czujniki analogowe – w uzupełnieniu do standardowych czujników termicznych w uzwojeniach silnika, pompa może być wyposażona w czujniki analogowe i cyfrowy czujnik wilgoci. Czujniki oferują pełne monitorowanie stanu pompy i zapewniają korzyści wynikające z ciągłości nadzoru, wczesnych ostrzeżeń i alarmów,
• uchwyt do podnoszenia – zaprojektowany z optymalnym środkiem ciężkości, aby zapewnić prawidłowe podnoszenie pompy i zabezpieczyć przed uszkodzeniem uszczelnienia autozłącza,
• gładka, łatwa do czyszczenia, wytrzymała i odporna na uderzenia obudowa ze stali nierdzewnej,
• zintegrowanie przewodów sygnałowych czujników i przewodów zasilających w jednym kablu pozwala na uproszczenie montażu, uruchamiania i konserwacji pompy,
• szczelne przyłącze kablowe ze stali nierdzewnej zabezpiecza przed przedostaniem się wilgoci przez kabel do silnika,
• opatentowane uszczelnienie autozłącza SmartSeal zapewnia całkowicie szczelne połączenie między pompą i podstawą systemu autozłącza,
• system mocowania w postaci pierścienia zaciskowego ze stali nierdzewnej (do 11 kW) pozwala na szybki i łatwy demontaż pompy z zespołu silnika bez używania narzędzi, zapewniając łatwy dostęp podczas konserwacji pompy. Śruby stosowane w większych pompach są łatwe w demontażu i nie wymagają używania specjalistycznych narzędzi,
• podwójne uszczelnienie mechaniczne wału – uszczelnienie główne i pomocnicze umieszczone w jednej kasecie zapewnia dłuższą żywotność oraz łatwą i pewną wymianę – nawet w miejscu instalacji. Wymiana uszczelnienia nie wymaga użycia specjalnych narzędzi,
• krótki wał rotora – redukuje drgania i chroni uszczelnienia wału i łożyska, a to zapewnia im dłuższą żywotność i ogranicza zakres potrzebnych napraw,
• zintegrowany system chłodzenia silnika dla pomp SE – wszystkie pompy SE wyposażone są w system chłodzenia silnika albo za pomocą aluminiowej, monolitycznej obudowy, która przekazuje ciepło do przepływającej przez pompy cieczy, albo za pomocą wewnętrznego obiegu płynu chłodzącego (na bazie glikolu),
• SmartTrim – opatentowany system regulacji szczeliny czołowej wirnika pomaga utrzymywać maksymalną sprawność pompy. Regulacja szczeliny czołowej wirnika nie wymaga przy tym stosowania specjalistycznych narzędzi lub demontażu pompy,
• większy wolny przelot – wirnik tubowy typu S-tube o wolnym przelocie do 160 mm zalecany jest do pracy ciągłej i pompowania ścieków z zawartością suchej masy do 3%. Wysoka sprawność hydrauliczna oraz duży wolny przelot pompy oznaczają lepsze tłoczenie ciał stałych i większą odporność na zatykanie. Do pracy przerywanej i dla zawartości suchej masy do 5%, zalecany jest wirnik typu SuperVortex o wolnym przelocie do 100 mm. Wytwarzany w korpusie pompy wir utrzymuje włókna i wydzielające się gazy osadu w ruchu, zapewniając w ten sposób niezakłócone działanie pompy.

Opracowano
na podstawie materiałów
firmy Grundfos