Pompy i hydraulika w przemyśle

-- czwartek, 12 luty 2009

Różnego typu pompy i systemy hydrauliczne znajdują szerokie zastosowanie w wielu aplikacjach. Pompy przeznaczone dla przemysłu funkcjonują często w trudnych warunkach, ekstremalnych temperaturach, przy wysokim ciśnieniu, w kontakcie z agresywnymi cieczami. Zapytaliśmy naszych czytelników o stosowane w ich zakładach pompy i systemy hydrauliczne.

Pompy

Rodzaj stosowanych pomp jest uzależniony w znacznym stopniu od specyfiki produkcji. Jak wynikało z odpowiedzi, w stosunkowo niewielu aplikacjach wykorzystuje się pompy magnetyczne. Przeniesienie napędu z silnika do sekcji pompy odbywa się za pomocą sprzęgła magnetycznego (różniące się biegunami magnesy, z których jeden podłączony jest do wału napędowego, a drugi osadzony jest na wirniku pompy). Nie ma żadnego mechanicznego połączenia pomiędzy sekcją pompy a silnikiem, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania uszczelnień. A niektóre dane sugerują, że 80% awarii pomp spowodowanych jest uszkodzeniem uszczelnień. W tego typu konstrukcjach mamy wyższy stopień bezpieczeństwa na przykład w przypadku pompowania cieczy żrących, a przy tym niskie koszty LCC (całkowity koszt zakupu i eksploatacji). Również pompy tego typu wytrzymują ciągłą pracę przy niewielkich nakładach na konserwację. Udzielone w ankiecie odpowiedzi wskazują na powszechne wykorzystywanie pomp zębatych, wirowych i membranowych.

W powszechnej opinii pompy zębate to obecnie konstrukcje zaawansowane technologicznie o unikatowych własnościach eksploatacyjnych. W pompach tego typu kierunek przepływu cieczy ulega nieznacznemu odchyleniu i mają one dużą zdolność do samozasysania przy łagodnym przepompowywaniu, co ma duże znaczenie w przypadku transportu cieczy o bardzo dużych lepkościach. Zaletą jest nieskomplikowana budowa i jedno uszczelnienie wału.



Zapytaliśmy, jakie specjalne cechy użytkowe pomp są ważne w aplikacjach naszych respondentów. W większości odpowiedzi podstawowym warunkiem było spełnienie wymagań procesowych, na przykład dla „trudnych” mediów, choćby takich, jak: żywica formaldehydowa, fenol, farby, bardzo brudna woda itp., lub możliwość pracy w podwyższonych temperaturach (problemy z  uszczelnieniem). Również ważna jest ogólnie rozumiana żywotność pomp. Ma to znaczenie tam, gdzie pracują pompy wysokociśnieniowe, a nie można zagwarantować odpowiedniej czystości wody czy oleju. W zależności od specyfiki zakładu wśród wymagań pojawiają się certyfikaty i dopuszczenia Atex ExII (na przykład przemysł spożywczy). W przypadku pracy w ruchu ciągłym znaczenia nabiera niezawodność. Dlatego stosuje się pompy typu S oraz PW – o podwyższonej wytrzymałości. Tam gdzie stosuje się pompy dozujące,
użytkownicy oczekują niezależności wydajności od ciśnienia i lepkości cieczy.
Niekiedy o doborze pomp decyduje zupełnie inny czynnik, jakim jest unifikacja pod względem doboru uszczelnienia mechanicznego stosowanego w zakładzie. Jednak zawsze liczy się prostota konstrukcji i łatwość serwisowania – jednym słowem prosta obsługa, co podkreślało wielu ankietowanych.
Jeśli chodzi o stosowany napęd w pompach, to w przeważającej liczbie aplikacji jest to napęd elektryczny. W wielu zakładach jest to jedyne wykorzystywane źródło napędzania pomp. Na drugim miejscu jest napęd pneumatyczny, a okazjonalnie stosuje się napęd spalinowy. Oczywiście są takie zakłady, w których napęd spalinowy jest głównym źródłem napędzania pomp.



Decydującymi czynnikami przy wyborze pompy są wydajność i niezawodność. W następnej kolejności bierze się pod uwagę niski całkowity koszt zakupu i eksploatacji (LCC). Ekonomiczna praca – wysoki stopień sprawności (oszczędność energii) oraz wsparcie techniczne ze strony producenta/dostawcy nie jest już tak ważne. Można podejrzewać, że w wielu przypadkach nie ocenia się parametru LCC. Niestety nie potrafimy jeszcze dokładnie liczyć kosztów w każdym punkcie, w którym powstają. Jest to źródło wiedzy, którą można wykorzystać do rzeczywistej optymalizacji kosztów produkcji. Oszczędzanie energii, optymalizacja kosztów związanych z serwisem to działania, które będą dotyczyły każdego działu, w tym również służb utrzymania ruchu. Symptomem zmian są, choć jeszcze nieliczne, odpowiedzi wskazujące jako najważniejsze przy wyborze pomp całkowity koszt zakupu i eksploatacji oraz wysoką sprawność energetyczną.

Systemy hydrauliczne

Systemy hydrauliczne muszą spełniać coraz więcej wymogów, takich jak bezpieczeństwo przeciwpożarowe związane z możliwością zapalenia się oleju czy możliwością kontaktu z żywnością lub ochrona środowiska naturalnego. W przypadku niektórych zastosowań bezpieczeństwo przeciwpożarowe jest szczególnie ważne. W takim przypadku stosuje się trudnopalne i niepalne ciecze hydrauliczne. Wydostanie się oleju z pękniętego przewodu i jego kontakt z gorącą powierzchnią lub ogniem nie stanowi zagrożenia. Produkty takie opracowano  głównie dla potrzeb przemysłu węglowego, metalurgicznego i energetycznego. Są jednak wykorzystywane coraz szerzej. W ankiecie na korzystanie z cieczy niepalnych wskazało 39 procent pytanych.



Coraz większym zainteresowaniem cieszą się płyny, których bazą jest woda. Jako medium jest bezpieczna dla ludzi i środowiska naturalnego. Lepkość wody jest znacznie mniejsza od lepkości oleju i nie zależy też od temperatury. W efekcie opory przepływu przez instalację są dużo mniejsze co zwiększa sprawność całego układu o prawie 40% w stosunku do układów olejowych. Układy hydrauliczne wypełnione cieczą na bazie wody są bardziej sztywne, co jest związane z mniejszą o 50% ściśliwością wody w stosunku do oleju. Dodatkową zaletą wody jest odprowadzanie dwukrotnie większej ilości ciepła niż w przypadku oleju. Pozwala to na przykład nawet na rezygnację z chłodzenia cieczy. Niskie są też koszty utylizacji. Wady hydrauliki wodnej, czyli korozja i niedostateczne smarowanie elementów ruchomych, są obecnie eliminowane w nowych konstrukcjach łożysk w pompach i silnikach. Pojawia się tu element wyższych kosztów, ale warto obserwować również takie rozwiązania jako przyszłościowe.



W połowie przypadków użytkownicy systemów hydraulicznych biorą pod uwagę bezpieczeństwo związane z możliwością kontaktu z żywnością lub wymagania ochrony środowiska. Jeśli chodzi o korzystanie z tych samych produktów (marek) cieczy hydraulicznych, to widać przywiązanie do sprawdzonych rozwiązań: „działamy już wiele lat i mamy doświadczenia w zakresie używanych pomp, raczej trzymamy się sprawdzonych aplikacji/dostawców”. Niekiedy przywiązanie do dostawcy lub producenta wynika z polityki firmy. Czasem jest to uwarunkowane głównie spełnianiem wymaganych parametrów technicznych lub zmianą sprawdzonych rozwiązań na inne, o ile nie są znacząco droższe. Zachowawcza postawa jest słuszna, choć nowe produkty, które pojawiają się w ofercie producentów płynów do hydrauliki, są też warte sprawdzenia. Podstawowymi cechami użytkowymi cieczy hydraulicznych są właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe. Urządzenia hydrauliczne, a zwłaszcza pompy, są wykonane z dużą precyzją. Dodatki uszlachetniające nadają cieczy hydraulicznej odpowiednie właściwości przeciwzużyciowe. Mało znane produkty mogą nie chronić w wystarczający sposób pracujących elementów.
Jak podaje koncern Shell, skutki stosowania tanich, mało wydajnych olejów hydraulicznych to: korozja, zanieczyszczenie, gromadzenie się szlamu, zwiększone zużycie urządzeń, zablokowanie filtra, zawieszenie zaworu. Wydatki na olej stanowią niewielką część przeciętnego budżetu układu hydraulicznego, natomiast koszt naprawy lub wymiany przedwcześnie zużytych części może zwiększyć ponoszone nakłady.

Powszechnie uważa się, że nieodpowiednia czystość cieczy hydraulicznej jest przyczyną ponad 80% awarii układów hydraulicznych. Dlatego o jakość używanych cieczy warto zadbać. Czasem używa się porównania cieczy w układzie hydraulicznym do krwi krążącej w naczyniach krwionośnych.
Regeneracja płynów hydraulicznych nie jest wśród naszych respondentów popularna. Oczywistym jest, że sprawność układu hydraulicznego jest w wielu sytuacjach ważniejsza niż oszczędności wynikające z regeneracji. Zwłaszcza w mniejszych jednostkach nie opłaca się jej stosować, nawet jeśli jest możliwa.



Najlepiej ściśle stosować się do zaleceń producenta hydrauliki i firmy analizującej oleje, jeśli z usług takiej korzystamy.

Podsumowując wyniki ankiety można odnieść wrażenie, że nadal w wielu miejscach nie udaje się jeszcze zmienić utartych schematów postępowania. Szukanie nowych rozwiązań, zainteresowanie nowymi technologiami niesie ze sobą ryzyko, ale równocześnie umożliwia zwiększanie wydajności. Nowoczesne technologie wymagają spełnienia ściśle określonych i coraz ostrzejszych kryteriów zarówno dotyczących materiałów eksploatacyjnych, jak i szeroko rozumianego poziomu obsługi. Wszystkie elementy wymagają dziś bardzo starannego traktowania. Dlatego nawet optymalna ciecz hydrauliczna nie da dobrych efektów w źle utrzymanym układzie

Autor: Bohdan Szafrański