Powszechnie znany jest fakt, że każda pompa pracująca przy stałej prędkości obrotowej osiąga parametry wynikające z jej charakterystyki, tzn. przy określonej wydajności wytwarza określoną wysokość podnoszenia i osiąga określoną sprawność, z których to parametrów wynika pobór mocy. Aczkolwiek pompa może pracować przy każdej kombinacji parametrów wynikających z charakterystyki to prawidłowo pracuje jedynie w pobliżu tzw. parametrów nominalnych, to znaczy takich na jakie została zaprojektowana. W tym zakresie pompa osiąga najwyższą sprawność. Im bardziej rzeczywisty punkt pracy pompy oddala się od punktu nominalnego tym bardziej sprawność rożni się na niekorzyść od maksymalnej, a ponadto pojawiają się inne niekorzystne zjawiska w postaci zwiększonego poziomu drgań i hałasu. To, w jakim punkcie swojej charakterystyki pracuje pompa zależy od jej współpracy z układem, w którym jest zainstalowana – punkt pracy pompy wypada bowiem przy takiej wydajności, przy której charakterystyka pompy przetnie się z charakterystyką układu pompowego. Prawidłowy dobór pompy polega zatem na dokładnym obliczeniu i narysowaniu charakterystyki układu pompowego, a następnie na znalezieniu takiej pompy, której charakterystyka przetnie się z charakterystyką układu w zakresie optymalnych sprawności.

Pomimo tego, że powyższe stwierdzenia powinny być oczywiste dla każdego inżyniera mechanika, w praktyce wiele pomp dobranych jest nieprawidłowo, na skutek czego pracują one ze sprawnością znacznie niższą niż możliwa do uzyskania. Fakt ten wynika nie tylko z własnych obserwacji autora lecz potwierdzony jest badaniami tak uznanych instytucji jak amerykański Hydraulic Institute czy europejskie stowarzyszenie producentów pomp Europump. Z ich szacunków wynika, że w rezultacie poprawy jakości doboru pomp do układów pompowych można uzyskać do 40% oszczędności energii, a zatem znacznie więcej niż z podnoszenia sprawności samych pomp. W tym ostatnim zakresie możliwości postępu są ograniczone, gdyż obecnie konstrukcje pomp są na tyle dopracowane, że w wyniku dalszego rozwoju metod projektowania i technologii wytwarzania pomp nie należy spodziewać się wzrostu sprawności większego niż kilkuprocentowy. (Stwierdzenie to dotyczy prawidłowo zaprojektowanych pomp produkowanych przez poważnych producentów, co nie wyklucza istnienia na rynku pomp złej jakości, które ze względów energetycznych powinny ulec zastąpieniu przez produkty o odpowiednim standardzie technicznym).

W zakresie doboru pomp do układu należy rozróżnić dwie jakościowo odmienne sytuacje:

1. Stały punkt pracy, czyli sytuacja w której wymagane przez układ parametry nie zmieniają się. W takim przypadku nie ma technicznych powodów aby pompa pracowała poza swoim optymalnym zakresem, a jeśli tak jest to oznacza to błąd w sztuce inżynierskiej, który wymaga korekty jedną z metod, o jakich mowa w dalszej części tekstu.

2. Parametry okresowo zmienne na skutek zmiennego zapotrzebowania układu (w okresie dobowym, w zależności od pór roku itp.). Jeśli zachodzi taka sytuacja to nie jest technicznie możliwe aby pompa przy stałych obrotach pracowała optymalnie w każdej sytuacji. Można co najwyżej minimalizować straty dobierając pompę na najczęściej występującą kombinację parametrów. Aby uzyskać poprawę jakości doboru potrzebna jest pewna metoda regulacji parametrów pompy. Wspomniane wyżej dane, mówiące o potencjalnych możliwościach dotyczących uzyskania do 40 % oszczędności energetycznych w układach pompowych dotyczą w pierwszym rzędzie stosowania lepszych metod regulacji, gdyż możliwość uzyskania oszczędności tego rzędu w przypadku stałego punktu pracy zachodzi jedynie w rzadkich przypadkach rażąco błędnego doboru.

Istnieją cztery najbardziej znane metody regulacji parametrów, z których każda posiada mocne i słabe strony (wymieniono tu jedynie metody mające zastosowanie do różnych typów pomp, pominięto natomiast metody znajdujące zastosowanie jedynie w specyficznych rozwiązaniach konstrukcyjnych, jak np. regulacja przez zmianę kąta ustawienia łopat w pompach śmigłowych lub przez kierownicę prerotacyjną):

a) Regulacja przez dławienie zaworem po stronie tłocznej – nie wymaga wysokich nakładów inwestycyjnych lecz nie przynosi dobrych efektów energetycznych. Najlepiej nadaje się do pomp i układów pompowych o płaskich charakterystykach oraz dla pomp o rosnącej charakterystyce mocy.

b) Regulacja przez upust – nadaje się wyłącznie dla pomp o poborze mocy malejącym z wydajnością (np. pompy śmigłowe i niektóre diagonalne).

c) Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej – wymaga znaczących nakładów inwestycyjnych lecz stwarza potencjał do znacznych oszczędności energetycznych w stosunku np. do regulacji dławieniowej. Najlepsze efekty daje w przypadku układów pompowych gdzie wysokość strat dominuje nad wysokością statyczną (np. w układach obiegowych) natomiast słabiej się nadaje do sytuacji gdy dominuje wysokość statyczna (np. zmiana wydajności przy utrzymaniu stałego, wysokiego ciśnienia na tłoczeniu).

d) Regulacja przez zmianę liczby pomp pracujących równolegle (nie jest to metoda regulacji pojedynczej pompy lecz całej pompowni) – zaletą tej metody jest niski koszt, natomiast wadą to, że pompy o mniejszych wydajnościach z reguły mają sprawności gorsze niż jedna większa pompa je zastępująca. Metoda ta najlepiej nadaje się do sytuacji, w której należy uzyskać wydajność pompowni zmieniającą się w znacznym zakresie przy utrzymaniu w przybliżeniu stałego ciśnienia w kolektorze tłocznym.

Pomimo tego, że jak wspomniano, optymalizacja sposobu regulacji zawiera w sobie największy potencjał dla oszczędności energetycznych, kwestia ta nie będzie tu omawiana, gdyż wymaga to znacznie więcej miejsca niż pozwalają na to ramy niniejszego artykułu. Kwestie regulacji podsumujemy stwierdzeniem, że jest to sprawa bardzo istotna z punktu widzenia energetycznego i w każdym wypadku wymaga wyboru indywidualnego, optymalnego rozwiązania (na ogół spośród w/w czterech możliwości).

W dalszej części skoncentrujemy się na prostszej kwestii doboru pomp na stały punkt pracy. Na wstępie należy zdać sobie sprawę skąd biorą się przypadki nieprawidłowego doboru w takiej, stosunkowo prostej od strony teoretycznej i dobrze znanej sytuacji.

Można wyróżnić następujące, zasadnicze powody:

1. Prosty błąd doboru. – W przypadku dużych inwestycji pompy często traktowane są jako drugorzędne maszyny pomocnicze i z tego powodu ich doborowi nie poświęca się tyle uwagi co najważniejszym urządzeniom. Projektantami dużych instalacji są z reguły specjaliści od danego procesu technologicznego, którzy nie zawsze w dostatecznym stopniu rozumieją problematykę pompową i nie zawsze korzystają z konsultacji specjalistów z tej dziedziny. Jeśli realizacja dużej inwestycji odbywa się w systemie „pod klucz” to producent pomp rzadko jest generalnym wykonawcą (uczestnikiem przetargu) i z tego powodu ma ograniczone możliwości dokonania ustaleń z użytkownikiem.

2. Nadmierna ostrożność. – Pomimo tego, że metody obliczania charakterystyki układu są teoretycznie znane, to istnieje jednak zakres niepewności w szacowaniu oporów przepływu. Z tego powodu, aby uniknąć sytuacji, ze pompa nie da oczekiwanej wydajności, projektanci z reguły dobierają ją z pewnym nadmiarem wysokości podnoszenia. Jeśli zapas ten jest nadmierny to pompa „ucieka” na wyższe wydajności wychodząc z optymalnego zakresu pracy.

3. Zmiana zapotrzebowania – Na przestrzeni lat wymagane parametry mogą się zmienić w stosunku do założeń projektowych. Dla przykładu, taka sytuacja jest typowa dla sieci wodociągowych i ciepłowniczych, w których na skutek rozwoju miast i zmian w technologii zachodzą znaczne zmiany w zakresie parametrów wymaganych od pomp.

4. Optymalizacja układu – Należy podkreślić, że jedną z podstawowych możliwości oszczędzania energii na pompowanie jest optymalizacja układów pompowych polegająca na redukcji strat. Może to polegać na eliminacji elementów powodujących zbędne dławienie (odcinki rurociągów o zbyt niskiej średnicy, nieprawidłowa armatura) lub wprowadzaniu nowych technologii (np. filtry lub wymienniki ciepła o mniejszych stratach ciśnienia). Paradoksalnie, wprowadzanie takich zmian prowadzących do oszczędności zużycia energii powoduje, że pompy w instalacji mogą się znaleźć poza zakresem optymalnej pracy, gdyż dysponują nadmiarem wysokości podnoszenia. Aby w pełni wykorzystać możliwości oszczędzania energii wynikające z redukcji oporów należy zatem dokonać modyfikacji parametrów pompy.

Jeśli zatem, z jakiejkolwiek przyczyny, mamy do czynienia z sytuacją, że parametry pompy nie odpowiadają wymaganiom układu to w celu poprawy sprawności pompowania należy dokonać korekty ich parametrów.

Stosowane w tym celu metody zostaną przedstawione w drugiej części artykułu.

Dr inż. Grzegorz Pakuła

Rady dotyczące bieżącej obsługi pomp można by w zasadzie sprowadzić do zalecenia zapoznania się z Instrukcją Użytkowania konkretnego egzemplarza i do podkreślenia konieczności stosowania się do niej. Nie umniejszając znaczenia przestrzegania Instrukcji można pokusić się o sformułowanie kilku ogólnych uwag mających zastosowanie do bieżącej obsługi pomp niezależnie od ich konstrukcji

Współczesne pompy są tak budowane, że wymagania w zakresie bieżącej obsługi są minimalne. Bieżąca obsługa sprowadza się praktycznie do monitorowania parametrów pracy w celu uchwycenia odstępstw od poziomu nominalnego. W zasadzie jedynym węzłem konstrukcyjnym potrzebującym stosunkowo częstej obsługi jest dławnica sznurowa, która wymaga regulacji wycieku, co realizuje się przez dociąganie bądź luzowanie śrub mocujących dławik dociskający szczeliwo. Prawidłowo wyregulowana dławnica powinna posiadać kroplowy wyciek (rzędu kilku kropli na minutę) co jest wymagane dla zapewnienia smarowania i chłodzenia powierzchni tulei współpracującej ze szczeliwem. Zbyt silne dociśnięcie dławika powodujące całkowite wstrzymanie wycieku skutkuje przegrzaniem i uszkodzeniem dławnicy. Należy dbać o właściwe uchwycenie i odprowadzenie wycieku (z reguły przez przewód podłączony do dolnej części korpusu dławnicy), gdyż woda rozlewająca się wokół pompy sprzyja korozji. Jeśli nadmiernego wycieku nie da się ograniczyć przez dalsze dokręcanie dławika konieczna jest wymiana sznurów uszczelniających. Jest to z reguły możliwe bez demontażu pompy, choć bywa kłopotliwe. Najpierw należy usunąć zużyte szczeliwo. Wyciągnięcie najgłębiej umieszczonych sznurów można zrealizować korzystając za specjalnych narzędzi w postaci elastycznych pręcików zakończonych gwintem służącym do wkręcenia w szczeliwo. Nowe sznury uszczelniające należy zakładać w postaci odcinków o długości odpowiadającej obwodowi wału. Niedopuszczalne jest spiralne nawijanie szczeliwa na wał. Miejsca łączenia końców kolejnych odcinków należy sytuować po przeciwnych stronach wału. Po wymianie szczeliwa dławnicy nie należy od razy mocno dociągać lecz pozostawić początkowo zwiększony wyciek, a następnie stopniowo go ograniczać. Wymiana szczeliwa nie przyniesie oczekiwanego skutku jeśli powierzchnia tulei jest zbyt zniszczona (nierównomiernie wytarta, skorodowana itp.) W takim przypadku należy tuleję wymienić, co z reguły wymaga już częściowego demontażu pompy.

 W odróżnieniu od tradycyjnych dławnic sznurowych coraz częściej stosowane mechaniczne, ślizgowe uszczelnienia wału nie wymagają z reguły żadnej bieżącej obsługi. Ich eksploatacji ogranicza się do obserwacji wycieku, który powinien być niewidoczny.Gdy się pojawi konieczna jest naprawa uszczelnienia, co ze względu na precyzję tego urządzenia najlepiej powierzyć serwisowi producenta. Uszczelnienia mechaniczne są jednak w porównaniu z dławnicami sznurowymi bardziej wrażliwe na niekorzystne warunki pracy. Zwiększone drgania wału zwiększają prawdopodobieństwo awarii uszczelnienia mechanicznego dlatego eksploatując pompy wyposażoną w takie uszczelnienia należy kontrolować i ograniczać poziom drgań. Ponadto, uszczelnienia mechaniczne łatwo ulegają awarii przy pracy na sucho, dlatego przed rozruchem pompa wymaga starannego odpowietrzenia.

Obsługa łożysk sprowadza się do utrzymywania właściwego poziomu czynnika smarującego (smaru stałego lub oleju) oraz do jego wymiany z częstotliwością zalecaną przez producenta. Zarówno zbyt niski jak i zbyt wysoki poziom czynnika smarującego prowadzi do niewłaściwej pracy łożysk objawiającej się wzrostem temperatury. Ważne jest też utrzymanie czystości czynnika smarującego co wymaga kontroli uszczelnień komory łożyskowej zainstalowanych w miejscu gdzie wychodzi z niej wał. Niedopuszczalne jest eksploatowanie pompy, na którą leje się woda lub która znajduje się w warunkach nadmiernego zapylenia, gdyż grozi to po pewnym czasie uszkodzeniem uszczelnień komory łożyskowej a w konsekwencji samych łożysk.

W trakcie eksploatacji ważna jest kontrola stanu zainstalowania pompy obejmująca kontrolę dociągnięcia śrub oraz kontrole osiowania z silnikiem. Ten ostatni zabieg powinien być przeprowadzany okresowo gdyż początkowe, prawidłowe wyosiowanie pompy i silnika może ulec pogorszeniu w trakcie eksploatacji. Poluzowanie śrub mocujących pompę do fundamentu prowadzi do zwiększenia poziomu drgań, a poluzowanie śrub mocujących rurociąg ssawny do kołnierza pompy grozi jej zapowietrzeniem.

W trakcie eksploatacji należy sprawdzać drożność orurowania doprowadzającego wymagane media (np., woda chłodząca łożyska, ciecz zaporowa do uszczelnienia, odprowadzenie wody spod tarczy odciążającej) oraz zadbać aby media te były dostarczane z wymaganym natężeniem przepływ

W trakcie eksploatacji ważne jest monitorowanie parametrów pracy pompy. Zwiększenie poboru mocy (lub prądu silnika) o ile nie jest związanie ze zmianą wydajności zawsze stanowi sygnał o nieprawidłowościach, może być np. oznaką przycierania wewnętrznych elementów pompy. Podobnie, sygnałem alarmowym jest wzrost temperatury łożysk. Najczęstszą przyczyna jest w tym przypadku niewłaściwa ilość czynnika smarującego, ale wzrost temperatury może też wynikać z nadmiernego obciążenia łożysk (np. na skutek braku osiowości pompy i silnika lub na skutek pracy przy parametrach mocno różniących się od nominalnych) albo może świadczyć o pogarszającym się stanie technicznym łożysk.

Należy też monitorować parametry hydrauliczne pompy tzn. wydajność i wysokość podnoszenia. Jeśli ulegają one zmianie, a nie wynika to ze zmiany w układzie pompowym (jak np. wzrost oporów przepływu spowodowany przymknięciem zaworów) to jest to objaw niepokojący, wskazujący z reguły na problem techniczny. Pompa powinna pracować jak najbliżej swoich parametrów nominalnych, gdyż praca z dala od nich powoduje wzrost drgań i hałasu, co przyspiesza zużycie węzłów konstrukcyjnych, a szczególnie łożysk. Ważna jest również obserwacja ciśnienia na ssaniu gdyż jego nadmierny spadek świadczy o niebezpieczeństwie wystąpienia kawitacji. Przyczynami mogą być zbyt niski poziom cieczy w zbiorniku ssawny, zatkany kosz ssawny lub rurociąg ssawny albo zbyt wysoka wydajność pompy.

Dr inż. Grzegorz Pakuła

I. Wprowadzenie.

Planowanie remontów pomp wymaga znalezienia odpowiedzi na dwa zasadnicze pytania:
1. W jakim momencie pompa powinna zostać skierowana do remontu?
2. Jakie parametry po remoncie pompa powinna uzyskać?

W znalezieniu odpowiedzi na powyższe pytania pomocna jest analiza energetyczna układu pompowego oparta o badanie sprawności eksploatacyjnej pomp. Poziom tej sprawności zależy nie tylko od konstrukcji i jakości wykonania pompy ale także od jakości doboru pompy do układu pompowego. Sprawność energetyczna pompy jest ponadto funkcją czasu ze względu na pogarszanie się stanu technicznego w trakcie eksploatacji.

II. Planowanie remontów pomp na podstawie monitoringu energochłonności.
Prewencyjne planowanie remontów pomp ma na celu wykonanie remontu przed wystąpieniem poważnej awarii, co sprzyja ograniczeniu kosztów remontu i zapobiega awaryjnym przestojom instalacji. Planowanie takie oparte jest zazwyczaj o jedną z dwu najczęściej stosowanych metod:

1. Planowanie w oparciu o ilość godzin pracy
2. Planowanie w oparciu o monitoring parametrów technicznych

Pierwsza metoda polega na stosowaniu okresów międzyremontowych ustalonych na podstawie zaleceń producenta bądź na podstawie własnych doświadczeń użytkownika. W niektórych przypadkach okres remontowy pompy wynikać może z okresu remontowego instalacji, w jakiej pompa pracuje. Taka sytuacja może mieć miejsce m.in. dla pomp pracujących w blokach energetycznych, kiedy to remont pompy przeprowadza się w okresie remontu całego bloku, zaplanowanego ze względu nie na stan techniczny pompy, lecz pozostałych maszyn i urządzeń
Jest to metoda prosta co do zasady i nie wymaga ponoszenia kosztów na układy monitoringu lecz z reguły konserwatywna, to znaczy prowadząca zazwyczaj do przeprowadzania remontów z większą częstotliwością niż wynika to z faktycznego stanu technicznego pompy.
W celu precyzyjnego ustalenia momentu, w którym remont jest wymagany stosuje się metody planowania oparte o monitoring parametrów ruchowych pompy. W energetyce obejmuje to zazwyczaj monitoring poziomu drgań i/lub temperatur określonych węzłów konstrukcyjnych pompy.
Możliwa, a nawet prawdopodobna jest jednak sytuacja, kiedy pompa znajduje się w dobrym stanie ruchowym, tzn. wykazuje akceptowalny poziom drgań i temperatur lecz posiada obniżoną sprawność energetyczną. Takie przejawy zużycia technicznego pompy jak zwiększenie chropowatości kanałów przepływowych na skutek korozji, powiększenie szczelin uszczelniających, wynikająca ze zużycia zmiana kątów wylotowych łopatek, nie dają często niekorzystnych objawów ruchowych w postaci drgań, powodują natomiast znaczące obniżenie sprawności. W takiej sytuacji wskazane jest przeprowadzenie remontu pomimo występowania sprawności ruchowej pompy, ze względu na redukcję kosztu zużywanej energii.

W Grupie Powen-Wafapomp SA przeprowadzono pomiary energetyczne pomp zasilających skierowanych do remontu jeszcze przed jego wykonaniem, co miało na celu stwierdzenie w jakim stopniu sprawność ulegać może obniżeniu w trakcie eksploatacji. Niektóre egzemplarze pomp zasilających, dla których sprawność pomp nowych powinna przekraczać 80 % nadchodziły do remontu ze sprawnością na poziomie 70%. Spowodowane to było znacznym wyeksploatowaniem lub niewłaściwie przeprowadzonym poprzednim remontem.
Przykładowo, dla pompy pracującej na parametrach Q = 450 m3/ h, H =1800 m, i przy temperaturze wody, dla której ciężar właściwy wynosi 9400 N/ m3 taka dziesięcioprocentowa obniżka sprawności oznacza wzrost poboru mocy o ok. 380 kW. Przyjmując koszt kilowatogodziny na poziomie 30 groszy oraz zakładając 8000 godzin pracy w ciągu roku można obliczyć, że koszt zwiększonego zużycia energii jest na poziomie 900 tys. zł rocznie. Jest to suma znacznie przewyższająca koszt remontu kapitalnego pompy tego typu.
Przykład ten wskazuje, iż warto skierować pompę do remontu gdy jej sprawność uległa pogorszeniu, nawet przy zachowaniu sprawności ruchowej, gdyż koszt remontu zwróci się w postaci zmniejszonego zużycia energii do napędu.

W praktyce aby ustalić optymalny moment, w jakim pompa powinna być skierowana do remontu wystarczy rejestrować ilość przepompowanych metrów sześciennych oraz ilość kilowatogodzin zużytych do napędu pompy. Można przyjąć, że koszt eksploatacji pompy składa się z dwu głównych składników: kosztu remontów oraz kosztu zużywanej energii (pozostałe koszty, jak np., koszt obsługi są niższego rzędu). Należy w trakcie eksploatacji monitorować jak oba te składniki wpływają na koszt przepompowania metra sześciennego. Jeśli podzielić koszt remontu (który można traktować w przybliżeniu jako stały) przez ilość metrów sześciennych przepompowanych od czasu poprzedniego remontu to uzyskamy koszt remontu na metr sześcienny. Wartość ta zmniejsza się podczas eksploatacji wraz ze wzrostem ilości przepompowanej cieczy. Jeśli monitoruje się ilość energii zużytej do napędu pompy, to mnożąc ją przez cenę jednostki energii oraz dzieląc przez ilość przepompowanych metrów sześciennych uzyskamy średni koszt energii na przepompowany metr sześcienny. Wartość ta wzrasta w trakcie eksploatacji ze względu na pogarszanie sprawności w związku z postępującym pogarszaniem się stanu technicznego pompy. Zsumowanie kosztu remontu i kosztu energii daje całkowity koszt przepompowania metra sześciennego. Wartość ta w trakcie eksploatacji początkowo spada ze względu na malejący składnik remontowy, ale w pewnym momencie zaczyna wykazywać wzrost ze względu na wzrastający koszt energii. Z punktu widzenia ekonomii korzystne jest skierowanie pompy do remontu z chwilą stwierdzenia wystąpienia takiego wzrostu, nawet jeśli pompa nadal wykazuje sprawność ruchową.

Powyższy sposób ustalanie optymalnego momentu skierowania pompy do remontu jest właściwy przy dwu założeniach. Po pierwsze, iż pompa pracuje na w przybliżeniu stałych parametrach, gdyż w innym wypadku zmiana zużycia energii może wynikać nie z pogorszenia sprawności lecz ze zmiany parametrów. Po drugie, że remont spowoduje odtworzenie sprawności początkowej pompy, gdyż w innym wypadku nakłady poniesione na remont nie zostaną odzyskane w postaci oszczędności na kosztach energii.
Pokazana wyżej przykładowa relacja pomiędzy kosztem remontu, a kosztami dodatkowego zużycia energii na skutek obniżonej sprawności wskazuje, iż zasadniczym kryterium odbioru remontu powinna być uzyskana po remoncie sprawność zespołu pompowego. Sprawność ta powinna też być podstawowym kryterium wyboru wykonawcy remontu, gdyż przytoczone liczby wskazują iż różnice w koszcie zużywanej energii przewyższają znacznie różnice w kosztach remontu. Każdorazowo po wykonanym remoncie pompa powinna być poddana badaniom odbiorczych na stacji prób w celu sprawdzenia nie tylko sprawności ruchowej lecz przede wszystkim sprawności energetycznej.

III. Ocena układu pompowego pod względem energetycznym jako podstawa planowania remontu.
Celem remontu kapitalnego pompy jest nie tylko przywrócenie jej do stanu pełnej sprawności ruchowej, ale również, a nawet przede wszystkim, powinno nim być uzyskanie przez pompę wymaganych parametrów hydraulicznych. Oznacza to, że pompa po remoncie powinna dawać określoną wydajność przy określonej wysokości podnoszenia, a praca w tak określonym punkcie powinna odbywać się z odpowiednio wysoką sprawnością energetyczną. Parametry te powinny być wyspecyfikowane w zleceniu na remont, a zleceniodawca powinien rozliczać wykonawcę remontu z ich uzyskania. W tym celu po remoncie powinny być przeprowadzone próby odbiorcze mające na celu sprawdzenie czy wyspecyfikowany punkt pracy jest spełniony z zachowaniem określonych tolerancji.
W praktyce remont najczęściej prowadzony jest jako tzw. remont odtworzeniowy, w trakcie którego oczekuje się uzyskania początkowych parametrów pompy. Bardzo często jako wymagane po remoncie parametry specyfikuje się parametry podane na tabliczce znamionowej. Jest to rozwiązanie proste i nie budzące wątpliwości formalnych lecz nie zawsze daje optymalne efekty z tego względu, iż w wielu przypadkach parametry znamionowe różnią się od optymalnych.

Może to wynikać z kilku powodów takich jak, między innymi:
a) Popełniony w przeszłości błąd w określeniu wymaganych parametrów lub w doborze pompy
b) Zmiana wymaganych parametrów, jaka nastąpiła od czasu początkowego doboru pompy
c) Zmniejszenie oporów przepływu w układzie jakie nastąpiło w wyniku wymiany armatury (zaworów, filtrów itp.) na urządzenia o nowocześniejszej konstrukcji.

Te lub podobne powody mogą powodować, że pompa nie pracuje z optymalną sprawnością, co powoduje, iż zużycie energii na pompowanie przekracza niezbędny poziom.
Z tego powodu przed zleceniem remontu wskazane jest dokonanie oceny energetycznej układu, w którym pracuje pompa przewidywana do remontu. Celem tej oceny powinno być ustalenie w jakim punkcie swojej charakterystyki pracuje pompa i jak punkt ten ma się do punktu optymalnej sprawności. Zadanie to jest stosunkowo proste do zrealizowania jeśli znana jest charakterystyka pompy H(Q) (zmiana wysokości podnoszenia ze zmianą wydajności). W takim przypadku wystarczający jest prosty do zrealizowania pomiar przyrostu ciśnienia wytwarzanego przez pompę, co pozwala oszacować wysokość podnoszenia. Na tej podstawie można ustalić w jakim punkcie charakterystyki pompa pracuje. Taka sytuacja zachodzi dla pomp stosunkowo nowych, nie wykazujących znacznego zużycia, dla których znana jest charakterystyka zmierzona na fabrycznej stacji prób. W taki sposób można ocenić czy pompa jest prawidłowo dobrana do układu, czyli czy pracuje w zakresie swoich najwyższych sprawności.

Dla pomp znajdujących się od dłuższego czasu w eksploatacji sytuacja się komplikuje, gdyż należy wziąć pod uwagę, że charakterystyka pompy mogła się zmienić na skutek zużycia. Zmierzony przyrost ciśnienia nie odpowiada już jednoznacznie wydajności wynikającej z charakterystyki pompy nowej. W takim przypadku pomiar przyrostu ciśnienia może służyć jedynie jako orientacyjny wskaźnik jakości doboru, pozwalający na stwierdzenie znacznych nieprawidłowości. Dla precyzyjnej oceny doboru pompy do układu należy w takim przypadku dokonać pomiaru wydajności. Co do zasady jest to również prosty pomiar, lecz jego wykonanie w niektórych przypadkach napotyka na problemy w instalacjach przemysłowych. Problemy te mogą wynikać między innymi z tego, że dla precyzyjnego pomiaru wymagany jest prosty odcinek rurociągu o określonej długości, na którym należy zainstalować przepływomierz. Spełnienie tego wymogu nie zawsze jest możliwe w instalacji przemysłowej. Jeśli to możliwe zalecane jest dokonanie precyzyjnego pomiaru charakterystyki pompy na fabrycznej stacji prób przed remontem, co pozwala jednoznacznie ocenić jej stan oraz punkt pracy, w którym znajdowała się przed remontem.

Drugim elementem jaki należy wziąć pod uwagę w ocenie jakości doboru pompy jest charakterystyka układu, bez znajomości której prawidłowy dobór jest niemożliwy. Ustalenie charakterystyki układu wymaga określenia statycznej wysokości podnoszenia (wysokości podnoszenia przy zerowej wydajności) oraz zależności strat wynikających z oporów przepływu od wydajności, która to zależność jest teoretycznie paraboliczna. Na etapie projektowania charakterystykę układu można oszacować na drodze obliczeniowej, co jednak zawsze obarczone jest pewnymi błędami lub odchyłkami związanymi z przyjętym zapasem bezpieczeństwa. Z tego powodu dobory pomp bywają obarczone błędem, gdyż często pompa dobierana jest ze zbędnym nadmiarem wysokości podnoszenia na skutek przyjęcia zapasu bezpieczeństwa przy szacowaniu oporów przepływu. Planowany remont pompy może być okazją do weryfikacji obliczeniowej charakterystyki układu. Rzeczywistą charakterystykę można uzyskać na drodze pomiarowej mierząc ciśnienia przy kilku wydajnościach.
Charakterystyka układu pompowego w trakcie eksploatacji zmienia się w mniejszym stopniu niż charakterystyka pompy. Wobec tego, przy znanej charakterystyce układu pomiar spadku ciśnienia na określonym odcinku pozwala na oszacowanie wydajności z lepszą dokładnością niż pomiar przyrostu ciśnienia wytwarzanego przez pompę, a tym samym na bardziej precyzyjne oszacowanie położenia punktu pracy w stosunku do punktu optymalnego.
Analizując charakterystykę pompy oraz charakterystykę układu można ocenić jakość doboru i na tej podstawie podjąć decyzję czy pompa po remoncie powinna być przywrócona do parametrów znamionowych czy też ze względu na poprawę energochłonności wskazana jest korekta jej parametrów. Ocena taka wymaga wiedzy i doświadczenia w zakresie audytów układów pompowych.

Podkreślenia wymaga fakt, iż praca pompy poza punktem optymalnym powoduje negatywne konsekwencje wykraczające poza wzrost energochłonności. Występuje też niekorzystny wpływ na trwałość pompy. Straty energetyczne występujące w pompie pracującej w pobliżu punktu optymalnej sprawności to głównie niemożliwe do całkowitego wyeliminowania straty objętościowe (przepływy powrotne przez szczeliny hydrauliczne) oraz straty brodzenia wirników i straty tarcia w przepływie przez stosunkowo wąskie kanały układu hydraulicznego. Natomiast przy pracy z dala od punktu optymalnego pojawiają się straty związane z wewnętrznymi zawirowaniami w pompie. W odróżnieniu od poprzednio wymienionych, straty te stanowią poważne źródło wymuszenia drgań niszcząco wpływających na stan techniczny pompy. Zatem eksploatując pompę poza optymalnym punktem pracy nie tylko tracimy energię, ale zużywamy ją na uruchomienie mechanizmu niszczącego pompę.

IV. Metody korekty parametrów pompy w trakcie remontu.
Jeżeli w wyniku analizy parametrów pompy stwierdzone zostanie, że nie jest ona prawidłowo dobrana do układu wskazane jest dokonanie odpowiednich korekt w trakcie remontu. Istnieją sposoby nie wymagające ponoszenia znacznych nakładów, możliwe do wykonania w ramach zakresu podstawowego remontu. Zaliczyć tu można dobór odpowiedniej średnicy wirnika. Staczając wirnik można na ogół obniżyć wysokość podnoszenia pompy w granicach ok 20% bez znaczącego pogorszenia sprawności, co skutkuje znacznym obniżeniem poboru mocy. Jest to zatem łatwa do zrealizowania metoda obniżenia parametrów pompy dobranej ze zbędnym nadmiarem wysokości podnoszenia. Zakres optymalnych sprawności przy redukcji średnicy wirnika przesuwa się w stronę niższych wydajności. Ustalenie optymalnej średnicy wirnika wymaga doświadczenia. Istnieje też możliwość podwyższenia parametrów pompy przez zastosowanie wirnika o średnicy ponadstandardowej, co jest w pewnym zakresie możliwe przy wykorzystaniu naddatków na obróbkę występujących na odlewie. Należy mieć na uwadze, że zmiany średnicy wirnika powinny być przeprowadzane w porozumieniu z producentem pompy. Znaczna zmiana wymiarów wirnika prowadzi do zmiany krytycznych prędkości obrotowych zespołu wirującego. Ponadto, ze względu na nieuniknione niedokładności technologii odlewniczych i wynikający z nich nierównomierny rozkład mas odlewu każdy wirnik po obróbce na końcową średnicę musi podlegać wyważeniu dynamicznemu, najlepiej wraz z całym zespołem wirującym pompy. Z tego powodu korekty średnicy wirnika powinny podejmować się tylko zakłady posiadające odpowiednie wyposażenie.
Należy podkreślić, że zmiana średnicy wirnika podczas remontu nie wpływa w zasadzie na jego koszt, a może pozwolić na znaczącą poprawę energochłonności. Jest to zatem niemal bezinwestycyjna możliwość uzyskania oszczędności energetycznych, gdyż jedyne nakłady w takim przypadku to nakłady na analizę układu.
Oprócz powszechnie znanego sposobu korekty parametrów polegającego na zmianie średnicy zewnętrznej wirnika istnieją też bardziej wyrafinowane metody obróbki wirnika pozwalające na zmianę charakterystyki pompy.

Należą do nich:
a) Zmiana kątów wylotowych łopatek przez tzw. ich „podcięcie”
b) Zmiana kąta krawędzi wylotowej łopatki w przekroju merydionalnym drogą skośnego stoczenia
c) Zaostrzenie krawędzi łopatek
d) Roztoczenie wlotu wirnika
e) Korekta geometrii części wlotowej łopatek

Zabiegi te, wykonywane łącznie lub osobno pozwalają nie tylko na zmianę parametrów nominalnych lecz również w pewnym stopniu na zmianę nachylenia charakterystyki oraz zmianę właściwości antykawitacyjnych pompy. Opracowanie projektu wirnika obrabianego w specjalny sposób wymaga znacznej wiedzy konstrukcyjnej, i jeśli ma przynieść pożądane efekty nie powinno być podejmowane przez osoby bez doświadczenia w tym zakresie. Podobnie jak w przypadku prostego stoczenia średnicy, a nawet w większym stopniu, wymaga to odpowiedniego wyposażenia zakładu.
Jeśli korekta parametrów pompy powinna wykraczać poza zakres możliwy na drodze zmiany sposobu obróbki wirnika należy zastosować dalej idące modyfikacje. Dla pomp wielostopniowych naturalnym sposobem może być zmiana liczby stopni co pozwala na zmianę wysokości podnoszenia pompy bez zmiany jej optymalnej wydajności. Producenci dla niektórych pomp posiadają różne wersje układów przepływowych (wirnik, lub wirnik-kierownica) dające się zabudować w tej samej pompie. Można zatem w trakcie remontu zmienić wersję układu przepływowego uzyskując w taki sposób lepsze dopasowanie do wymagań w danym układzie pompowym.
Jeszcze dalej idącym sposobem jest generalna modernizacja pompy polegająca na przeprojektowaniu jej elementów na nowe parametry. Zazwyczaj polega to na zachowaniu istniejących korpusów i wymianie elementów wewnętrznych. Sens ekonomiczny tego typu zabiegów powinien być jednak starannie analizowany. Koszt opracowania dobrego projektu hydraulicznego oraz wykonania omodelowania dla nowych odlewów jest bowiem znaczny i trudny do uzasadnienia w przypadku jednostkowej modernizacji. (co innego, jeśli jak opisano wyżej, tworzony jest alternatywny układ przepływowy z myślą o wielokrotnym zastosowaniu). Należy ponadto mieć na uwadze, że zakres zmian parametrów możliwych do uzyskania przy zachowaniu korpusów pompy i wymianie jej elementów wewnętrznych jest ograniczony, gdyż korpusy, a szczególnie ich króćce projektowane są na określone wydajności i ciśnienia. Zbyt dalekie odejście od wyjściowych parametrów grozi pogorszeniem sprawności (zbyt wysokie straty przepływu), a nawet poważną awarią w przypadku przekroczenia granic wytrzymałości konstrukcji.
Jeśli mamy do czynienia z przypadkiem drastycznego niedostosowania parametrów pompy do wymagań, niejednokrotnie optymalnym rozwiązaniem okazuje się jej wymiana na inną typowielkość, pomimo związanych z tym nakładów. Analiza kosztów nadmiernego zużycia energii często wskazuje, że jest to opłacalne.

V. Aspekty formalno-prawne remontu.
Pompa znajduje się legalnie w eksploatacji na podstawie dokumentów wydanych przez producenta z chwilą wprowadzenia produktu do obrotu. Od czasu wdrożenia unijnego systemu oceny bezpieczeństwa produktów dokumentami wymaganymi formalnie dla eksploatacji zespołu pompowego jest wydana przez producenta deklaracja zgodności z normami oraz oznaczenie znakiem CE. Producent ma prawo zastrzec, i na ogół tak czyni, że w przypadku znacznej ingerencji w strukturę pompy, na przykład podczas remontu obejmującego wymianę zasadniczych elementów, dokumenty te tracą ważność i producent nie bierze odpowiedzialności za dalszą bezpieczną eksploatację. Jeśli zatem wykonawca remontu wykroczył poza zakres dopuszczony przez producenta w instrukcji obsługi i użytkowania, to wykonawca remontu powinien dokonać ponownej analizy bezpieczeństwa zespołu pompowego i wystawić własną deklarację zgodności WE.

VI. Sprawdzenie parametrów pompy po remoncie.
Jak pokazano wyżej na przykładzie różnice w sprawności pomp mogą prowadzić do zwiększenia kosztów energii przewyższającego koszt remontu. Nawet z pozoru nieznaczne odchylenie sprawności zespołu pompowego od wartości oczekiwanej ma poważny wpływ na koszt zużywanej energii. Należy zaznaczyć że różnice w sprawnościach pomp uzyskiwane po remontach prowadzonych przez firmy stojące na różnym poziomie technicznym mogą być znaczne Ponadto, istotna jest nie maksymalna wartość sprawności w optymalnym punkcie charakterystyki lecz wartość sprawności w punkcie pracy. Warto podkreślić, że spadek sprawności eksploatacyjnej może wynikać nie tylko ze złej jakości remontu prowadzącego do uzyskania obniżonej sprawności maksymalnej, lecz również ze złego doboru do układu. Dla typowych pomp spadek sprawności o 3% występuje zazwyczaj już przy pracy z wydajnością różniącą się od optymalnej o 10-15%.
Oznacza to, że dla uniknięcia zbędnych kosztów energii elektrycznej, odbiór pompy po remoncie powinien obejmować jej pomiary energetyczne mające na celu sprawdzenie czy pompa osiąga ustalony punkt znamionowy i czy w punkcie tym posiada wymaganą sprawność.

VII. Podsumowanie.
Planowanie remontów pomp powinno odbywać się nie tylko w oparciu o monitoring parametrów ruchowych, lecz również, a nawet przede wszystkim, na podstawie monitoringu parametrów energetycznych.
Przed zleceniem remontu celowe jest przeprowadzenie analizy doboru pompy do układu mające na celu ustalenie czy parametry znamionowe pompy są optymalne. Remont pompy jest okazją do korekty jej parametrów, co w wielu przypadkach można przeprowadzić metodami nie wymagającymi znacznych nakładów.
Konieczne są badania odbiorcze charakterystyk pomp po remoncie mające na celu ustalenie czy osiąga ona punkt znamionowy i czy w punkcie tym posiada wymaganą sprawność gdyż konsekwencje ekonomiczne nawet stosunkowo nieznacznych odchyłek są poważne.

Dr inż. Grzegorz Pakuła