Pod pojęciem pompy powszechnie rozumie się kompletny agregat składający się z części hydraulicznej (korpus, wirnik) oraz napędu. W praktyce jako napęd najczęściej stosowane są silniki elektryczne, chociaż w niektórych aplikacjach spotkamy również silniki spalinowe (pompy pożarowe, odwadniające).

Rodzaj silnika

Rodzaj zastosowanego silnika elektrycznego zależy w znacznej mierze od typu pompy. W wypadku pomp bezdławnicowych stosowane są silniki zintegrowane. W tym wypadku nie można jednoznacznie oddzielić części pompowej i napędu (rys.). Taki silnik nie może funkcjonować jako samodzielna jednostka napędowa, stanowi integralną część agregatu pompowego. Cecha ta uwzględniona została w przepisach Unii Europejskiej dotyczących sprawności energetycznej pomp bezdławnicowych. Wskaźnik sprawności energetycznej EEI określany jest dla kompletnego agregatu, a nie osobno dla części hydraulicznej i silnika, jak to ma miejsce w przypadku pomp dławnicowych. Z uwagi na ograniczenia konstrukcyjne, jak i stosunkowo niską sprawność, silniki te stosowane są do mocy około 2500 W. Cechą charakterystyczną zintegrowanych silników pomp bezdławnicowych jest zastosowanie łożysk ślizgowych wału, smarowanych pompowaną cieczą oraz tulei osłonowej stanowiącej obudowę rotora i oddzielającej pompowaną ciecz od uzwojeń stojana. W ostatnich latach pojawiły się na rynku pomp bezdławnicowych wysokosprawne silniki synchroniczne wykonane w technologii magnesu trwałego. Rotor silnika wykonany jest z magnesu trwałego z materiału o nazwie neodym. Zaletą tego rozwiązania jest znaczne zmniejszenie strat energetycznych związanych z koniecznością wytworzenia pola magnetycznego rotora na drodze indukcji elektromagnetycznej.

Gawronek210-5

Zaoszczędzona w ten sposób energia pozwala klasyfikować pompy z tymi silnikami znacznie poniżej wymaganych wskaźników sprawności energetycznej (EEI ≤ 0,23). Warto wspomnieć, że również standardowe silniki chłodzone powietrzem doczekały się wersji z rotorem z magnesem trwałym. Ich moce osiągają nawet poziom 7,5 kW. Sprawności silników przewyższają wymagania określone dla najwyższej klasy energetycznej – IE4.

Cecha chararakterystyczna

Charakterystyczną cechą silników z magnesem trwałym jest konieczność zastosowania rozruchu elektronicznego. Stąd też stosowane są przede wszystkim w pompach regulowanych, wyposażonych w zintegrowaną przetwornicę częstotliwości.

Gawronek210-6

W wypadku pomp dławnicowych szerokie zastosowanie znalazły standardowe silniki asynchroniczne z rotorem klatkowym. Silniki te mogą występować jako samodzielne jednostki napędowe i mogą być stosowane do pomp wielu typów. Podobnie jak w wypadku pomp bezdławnicowych wymagane sprawności energetyczne zostały określone w przepisach Unii Europejskiej. Rozporządzenie nr 640/2009 wprowadziło pojęcie klasy energetycznej IE oraz wymogi, jakim muszą sprostać silniki wprowadzane na rynek europejski. Aktualnie najwyższa klasa oznaczona jest symbolem IE 4.

Konstrukcja

Charakterystyczne cechy konstrukcyjne silnika to:

* wał z rotorem klatkowym osadzony w łożyskach tocznych,

* stator,

* wentylator zapewniający chłodzenie powierzchni silnika,

* obudowa.

Warto przyjrzeć się wybranym parametrom silnika, istotnym dla prawidłowej współpracy z pompą.

Moc silnika

Moc znamionowa silnika określana jest symbolem P2 i określa moc użyteczną na wale silnika. Moc wejściowa pobierana z sieci energetycznej określana jest symbolem P1. Stosunek mocy P2 do P1 to sprawność silnika. Dobierając silnik do określonej pompy, należy przestrzegać zasady, aby moc znamionowa silnika była większa od wymaganej mocy na wale pompy. Nadwyżka mocy silnika jako margines bezpieczeństwa określona jest normą ISO 5199 i zależna jest od wymaganej mocy na wale pompy w jej punkcie pracy. W wypadku doboru kompletnego agregatu moc silnika określona jest przez producenta. Warto zaznaczyć, że w wypadku pomp bezdławnicowych na tabliczce znamionowej znajdziemy tylko moc P1.

Gawronek210-7

Wielkość mechaniczna

Parametr ten definiowany jest jako wartość liczbowa określona wzniosem osi wału nad powierzchnią montażu silnika oraz długością zabudowy statora (L, M, S), np. 100L. Wielkość mechaniczna powiązana jest również z mocą silnika i innymi istotnymi wymiarami. Np. wielkość 100L odpowiada mocy w zależności od liczby biegunów silnika:

* 2-biegunowy – 3 kW,

* 4-biegunowy – 3 kW lub 2,2 kW.

Forma wykonania

Forma wykonania określa sposób wykonania i montażu silnika. W praktyce pompowej stosowane są trzy formy wykonania silników; posadowienie na łapach, mocowanie kołnierzowo z otworami w kołnierzu (FF) i mocowanie kołnierzowo z otworami gwintowanymi w kołnierzu (FT). Oznaczenia poszczególnych form wykonania określa norma IEC 60034-7 kod I lub kod II.

Gawronek210-8.1 Gawronek210-8.2

Stopień ochrony

Klasa obudowy określa stopień ochrony silnika przed dostawaniem się do wnętrza cząstek stałych i wody. Stopień ochrony wyrażony jest w postaci dwóch liter IP oraz dwóch cyfr. Pierwsza cyfra określa stopień ochrony przed wnikaniem cząstek stałych, druga przedstawia stopień ochrony przed wnikaniem wody. Przykładowo IP44 oznacza:

* 4 – silnik jest zabezpieczony przed ciałami stałymi większymi niż 1 mm,

* 4 – silnik jest chroniony przed wodą rozbryzgiwaną pod dowolnym kątem.

Funkcjonuje również nowe oznaczenie, np. IPX4 D, które odpowiada IP44. Nowe oznaczenie uwzględnia nieco inny sposób przeprowadzenia badania.

Gawronek210-9

Klasa izolacji

Klasa izolacji określa odporność uzwojeń silnika na temperaturę. W technice pompowej funkcjonują trzy klasy B, F i H, które określają maksymalny przyrost temperatury uzwojeń w stosunku do temperatury otoczenia definiowanej jako 40oC.

Temperatura otoczenia

Maksymalna temperatura powietrza chłodzącego silnik określana jest w przedziale od 40 do 60oC w zależności od typu silnika i producenta. Przekroczenie dopuszczalnej temperatury grozi przegrzaniem i uszkodzeniem silnika. W wypadku konieczności pracy silnika w wyższej temperaturze otoczenia konieczne jest zapewnienie odpowiedniego zapasu mocy (praca z niedociążeniem) lub zastosowanie silnika o większej mocy.

Prędkość obrotowa

Prędkość obrotowa silników asynchronicznych zależy od liczby biegunów i częstotliwości prądu zasilania. Przy częstotliwości 50 Hz prędkości te wyglądają następująco:

* 2-biegunowe – 2900 obr./min,

* 4-biegunowe – 1400 obr./min,

* 6-biegunowe – 960 obr./min.

Prędkość obrotowa silnika ma bezpośredni wpływ na osiągi pompy. Wydajność pompy (Q) jest wprost proporcjonalna do prędkości obrotowej wirnika pompy (n). Wysokość podnoszenia (H) jest proporcjonalna do drugiej potęgi obrotów (n), natomiast moc (P) do trzeciej potęgi prędkości obrotów wirnika pompy. Silniki/pompy o mniejszej prędkości obrotowej charakteryzują się niższym poziomem hałasu (ciśnienia akustycznego), mniejszym zużyciem łożysk i uszczelnienia wału pompy niż silniki 2-biegunowe. Mogą natomiast powodować hałas w instalacji w efekcie generowania niższych częstotliwości drgań własnych.

Tryb pracy

Charakterystyczną cechą silników jest tryb pracy określający czas pracy i postoju silnika. W praktyce pompowej spotykamy się z dwoma trybami pracy: praca ciągła – S1 i przerywana – S3. Silnik oznaczony jako S1 może pracować nieprzerwanie z obciążeniem nominalnym, natomiast przy trybie S3 wymagana jest przerwa w pracy w celu obniżenia temperatury silnika. Wymagany czas pracy i spoczynku określa producent silnika, podając czas całego cyklu i czas pracy (w procentach). Przykładowo silnik o oznaczeniu S3: 12 min, 25% może pracować 3 minuty, po czym wymagany jest 9-minutowy postój.

Praca z przetwornicą częstotliwości

Dostępność przetwornic częstotliwości sprawia, że są one często wykorzystywane do regulacji prędkości obrotowej silników/pomp. Jeżeli stosujemy silniki ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości, właściwy dobór przetwornicy i silnika leży po stronie producenta. Jeżeli natomiast dobieramy przetwornicę do oddzielnego silnika, należy przestrzegać następujących zasad.

* Przetwornicę dobieramy na prąd znamionowy silnika.

* Silnik musi posiadać uzwojenia ze wzmocnioną izolacją lub izolację między uzwojeniami faz z uwagi na powstające piki napięciowe mogące uszkodzić izolacje statora. Dzięki zastosowaniu dodatkowego filtra wyjściowego dU/dT możemy ograniczyć występowanie pików napięciowych.

* W wypadku silników o większej mocy, np. dla 2-biegunowych o mocy od 45 kW, należy zabudować jedno z łożysk silnika jako izolowane. Ograniczy to indukowanie prądów w rotorze, które przepływając przez łożysko, powodują jego uszkodzenie.

Szczegółowe zasady współpracy silnika z przetwornicą publikowane są przez producentów silników/pomp.

Parametry elektryczne

Omawiając parametry i właściwości silników, nie można oczywiście zapomnieć o parametrach elektrycznych, takich jak:

* napięcie zasilania,

* częstotliwość zasilania,

* sposób połączenia uzwojeń silnika: trójkąt/gwiazda,

* sposób rozruchu silnika: bezpośredni, gwiazda/trójkąt, softstart, przetwornica częstotliwości, autotransformator,

* zabezpieczenie silnika: termik, termistor PTC.

Oddzielny temat stanowią łożyska, których zastosowany typ i sposób obsługi mają istotny wpływ na bezawaryjną pracę silnika.

Długą listę parametrów silników zamykają specyficzne wykonania, na przykład przeciwwybuchowe silniki Ex lub z ogrzewaniem postojowym chroniącym przed kondensacją wilgoci w silniku przy pracy na zewnątrz pomieszczeń.

Ryszard Gawronek

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij