2/2017 Pompy Pompownie

W NUMERZE: I nowych możliwościach w zakresie nadzoru pomp I problemach z równoległą współpracą I zintegrowanych inteligentnych agregatach pompowych dużej mocy w wersji energooszczędnej

Bez zbędnych zapasów > 16

Chropowata sprawność

> 41

Między kosztami pompowania a stratami ciepła > 64

SPIS TREŚCI

E f e k t y w n o ś ć e n er g et y c z n a 58 I Zintegrowane, inteligentne, energooszczędne…

Zygmunt Szymański 64 I Między kosztami pompowania a stratami ciepła Andrzej J. Osiadacz, Małgorzata Kwestarz 71 I Powłoka na efektywność Poprawa sprawności pomp wirowych Roman Masek U s z c z e l n ie n i a 74 I Technologia na tarcia Bogdan Antoszewski 80 I Próba niskiej temperatury dla uszczelnienia Koncepcja stanowiska do badania uszczelnień złączy kołnierzowo-śrubowych pracujących w temperaturze kriogenicznej Łukasz Walencki, Przemysław Jaszak 85 I Kompaktowe i podwójne Modernizacja uszczelnień pomp wirowych Ensival w ZGH Bolesław S.A. Artur Cebo Z ż y ci a br a n ż y 88 I 23 w ogóle, 3 z BMP Relacja z XXIII Kongresu Użytkowników Pomp Fe l iet o n 94 I Kierunek pompy i turbiny wodne Piotr Świtalski

Niczym krewetki

dr inż. Ryszard Nowicki

P o m p y w pr a k t y ce fot. BMP

22

Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp

Pożeracze energii fotoreportaż z bloku energetycznego PKN ORLEN we Włocławku 74

U s z c z e l n ie n i a fot. 123rf.com

E k s p l oatac j a 36 I Problemy z równoległą współpracą Waldemar Jędral 41 I Chropowata sprawność Zbigniew Krawczyk, Jerzy Rokita 48 I Zmiana prędkości, redukcja średnicy i…

Przeliczanie parametrów pomp wirowych przy zmianie prędkości obrotowej i redukcji średnicy wirnika Grzegorz Pakuła, Andrzej Wesołowski, Mateusz Karpeta 54 I Przemysł z głową w chmurach Rozwiązanie problemów eksploatacyjnych pomp z zastosowaniem systemu ELMODIS Artur Hanc

8 P o m p y w pr a k t y ce © Roy L. Caldwell – with the consent of the owner

P o m p y w pr a k t y ce 8 I Niczym krewetki Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp Ryszard Nowicki 16 I Bez zbędnych zapasów Wywiad z Andrzejem Morawskim z Biura Inżynierskiego Automatyki Przemysłowej 22 I Pożeracze energii fotoreportaż z bloku energetycznego PKN ORLEN we Włocławku 25 I Pompy kondensatu do poprawki Andrzej Błaszczyk 30 I Trzeba mieć stadion Wywiad z Piotrem Kańtochem i Grzegorzem Pakułą z Grupy Powen-Wafapom S.A.

Technologia na tarcia Bogdan Antoszewski POMPY POMPOWNIE 2/2017 3

O D R E D AK C J I

Wydawca: BMP spółka z ograniczoną odpowiedzialnością spółka komandytowa

Jo a n n a Ja ś kow s k a redaktor wydania t e l . 3 2 4 1 5 9 7 7 4 w e w. 1 9 t el . kom . 7 2 8 4 4 9 5 0 2 e - m a i l : j o a n n a . j a s k o w s k a @ e - b m p. pl

Nie ma jak POMPA… piewa Maryla Rodowicz w utworze, do którego słowa napisała Agnieszka Osiecka. Autorzy artykułów, które publikujemy w najnowszym numerze „Pomp Pompowni”, z pewnością dodaliby: „nie ma jak pompa efektywna, pracująca z najwyższą sprawnością, energooszczędna, a do tego może inteligentna i zintegrowana”. Dlaczego? Ponieważ pompy potrafią być prawdziwymi „pożeraczami energii”, na co uwagę zwracamy m.in. w fotoreportażu z nowego bloku energetycznego we Włocławku należącego do PKN ORLEN (s. 22).

...Ś

C

C

A

o zrobić, by zmniejszyć ich „apetyt”?

O zintegrowanych inteligentnych agregatach pompowych dużej mocy w wersji energooszczędnej pisze Zygmunt Szymański z Politechniki Śląskiej (s. 58).

A na to, jak chropowatość powierzchni wirnika wpływa na sprawność całkowitą pompy i tym samym na jej efektywność, zwracają uwagę Jerzy Rokita i Zbigniew Krawczyk (s. 41) oraz Roman Masek (s.

71).

4 POMPY POMPOWNIE 2/2017

o więcej, aby pompa była sprawna i efektywna, nie wystarczy skupić się tylko na niej samej – ważne są też elementy towarzyszące, czyli napęd, uszczelnienie czy armatura. – Optymalny dobór napędu do pompy czy wentylatora daje znaczące efekty w obniżenia kosztów całej inwestycji – podkreśla Andrzej Morawski z Biura Inżynierskiego Automatyki Przemysłowej (wywiad na s. 16).

Z

achęcam też do lektury artykułu Ryszarda Nowickiego, który zdradza, co łączy pompy i krewetki (s. 8). w związku z tym, że wielkimi krokami zbliżamy się do zakończenia roku 2017, życzę Państwu sylwestra z POMPĄ.

A gdy będziecie układać listę celów do zrealizowania na nowy rok, proszę nie zapomnieć o zapisaniu: 10-11 maja XXIV Kongres Użytkowników Pomp. W 2018 roku spotkamy się w Bełchatowie. I będzie, jak zawsze, z POMPĄ.

KRS: 0000406244, REGON: 242 812 437 NIP: 639-20-03-478 ul. Morcinka 35 47-400 Racibórz tel./fax 32 415 97 74 tel.: 32 415 29 21, 32 415 97 93 e-mail: joanna.jaskowska@e-bmp.pl www.kierunekpompy.pl BMP to firma od 25 lat integrująca środowiska branżowe, proponująca nowe formy budowania porozumienia, integrator i moderator kontaktów biznesowych, wymiany wiedzy i doświadczeń.

To organizator branżowych spotkań i wydarzeń – znanych i cenionych ogólnopolskich konferencji branżowych, wydawca profesjonalnych magazynów i portali.

Rada Programowa: dr inż. Piotr Świtalski, Akademia Techniki Pompowej – przewodniczący prof. dr hab. inż. Jan Bagieński, Politechnika Warszawska prof. dr hab. inż. Andrzej Błaszczyk, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Marek Gawliński, Politechnika Wrocławska prof. dr hab. inż. Waldemar Jędral, Politechnika Warszawska dr inż. Grzegorz Pakuła, Stowarzyszenie Producentów Pomp prof. zw. dr inż. Janusz Plutecki, Politechnika Wrocławska dr inż. Marek Skowroński, Politechnika Wrocławska Prezes zarządu BMP Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp. k.

Adam Grzeszczuk Redaktor Naczelny: Przemysław Płonka Redaktor wydania: Joanna Jaśkowska Redakcja techniczna: Maciej Rowiński, Marek Fichna Reklama: Małgorzata Pozimska Prenumerata, kolportaż: Ewelina Kalinowska Prenumerata krajowa: Zamówienia na prenumeratę instytucjonalną przyjmuje firma Kolporter Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością S.K.A. Informacje pod numerem infolinii 0801 40 40 44 lub na stronie internetowej http://dp.kolporter.com.pl/ Cena 1 egzemplarza – 23,15 zł + 8 vat ISSN: 1231-5842 Wpłaty kierować należy na konto: Bank Spółdzielczy w Raciborzu 40 8475 0006 2001 0014 6825 0001 Wykorzystywanie materiałów i publikowanie reklam opracowanych przez wydawcę wyłącznie za zgodą redakcji. Redakcja zastrzega sobie prawo do opracowywania nadesłanych tekstów oraz dokonywania ich skrótów, możliwości zmiany tytułów, wyróżnień i podkreśleń w tekstach. Artykułów niezamówionych redakcja nie zwraca.

Redakcja nie odpowiada za treść reklam.

Niniejsze wydanie jest wersją pierwotną czasopisma Fot. na okładce: 123rf Druk: FISCHER Poligrafia

w o bie k t y w ie

P o m p o w n i a w o d y w n o w e j s t a c j i u z d a t n i a n i a P G E Gi E K E l e k tr o w n i a Op o l e Pompownia uzupełnia obiegi chłodzenia (oczyszczonego i uzdatnionego), obecnie tłoczy wodę w stronę bloków energetycznych nr 1-4, a w niedalekiej przyszłości też w kierunku bloków 5 i 6

fot. PGE GiEK SA

POMPY POMPOWNIE 2/2017 5

k ieru n e k p o m p y. p l fot. 123rf.com

Z P O R TA L U

Pompa głębinowa Hydro-Vacuum S.A. w unowocześnionej wersji GBD.4

Hydro-Vacuum S.A. rozwija ofertę pomp głębinowych, dostosowując je do zmieniających się potrzeb klientów, a także coraz bardziej wyśrubowanych norm środowiskowych oraz wymagań sprawnościowych i energetycznych.

źródło i fot.: Hydro-Vacuum S.A.

6 POMPY POMPOWNIE 2/2017

Druga ustawa o innowacyjności przyjęta przez Sejm

429 posłów poparło drugą ustawę o innowacyjności. Nikt nie głosował przeciw. Tym samym została ona przyjęta przez Sejm. Celem projektu, który powstał w MNiSW we współpracy z resortem rozwoju i finansów, jest zwiększenie wsparcia dla działalności badawczo-rozwojowej.

Ustawa wpisuje się w złożenia m.in. Planu na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju. Zakłada on zwiększenie nakładów na badania i rozwój do poziomu 1,7 proc. PKB w 2020 roku i utworzenie 1500 start-upów w ciągu 7 lat. Twórcy projektu liczą, że ustawa wpłynie na poprawę konkurencyjności polskich przedsiębiorstw, wzrost popytu na ich produkcję i zwiększenie zatrudnienia. źródło: NCBR

O najważniejszych założeniach II ustawy o innowacyjności czytaj na

Zmiany w Grundfos Pompy Sp. z o.o.

1 października 2017 r. swoją pracę na stanowisku regionalnego dyrektora zarządzającego w regionie Europy Północno-Wschodniej (NEE) oraz dyrektora generalnego Grundfos Pompy Sp. z o.o. rozpoczął Robert Dudzik.

Dyrektor Robert Dudzik posiada 19-letnie doświadczenie zawodowe w dziedzinie sprzedaży i rozwoju przedsiębiorstw z branży przemysłu i automatyki, w których pełnił funkcje zarządcze w regionie DACH, Benelux i Europa Wschodnia. źródło: grundfos.com

fot. 123rf.com

Najnowsza w ofercie seria pomp GBD.4 to typoszereg dwudziestu pomp 6” przeznaczonych do pracy w systemach wodociągowych, tłoczenia i podwyższania ciśnienia cieczy w procesach technologicznych, obniżania poziomu wód gruntowych, instalacjach nawadniających.

Pompy pracują w wydajnościach 25-55 m3/h i podnoszeniu od 6,5 m do 290 m, przy mocach silników od 2,2 kW do 37 kW. Podstawowymi zaletami nowych pomp z serii GBD.4 jest dużo większa sprawność energetyczna, podniesiona do poziomu 74%, a więc 3% więcej niż w jej poprzednikach z serii GBC.4.

Taki wynik, będący powyżej średniej rynkowej i jednocześnie na poziomie rosnących oczekiwań rynku i ustawodawcy dotyczących sprawności urządzeń energetycznych, uzyskano dzięki unowocześnieniu i zoptymalizowaniu układu hydraulicznego.

Kolejną zaletą pomp z serii GBD.4 są: zoptymalizowany korpus tłoczny i zawór zwrotny, dzięki któremu w pompie są mniejsze straty wysokości podnoszenia przy maksymalnych wydajnościach.

W stosunku do modernizowanej pompy GBC.4 w pompie GDB.4 wyeliminowano również korpus łożyskowy, dzięki czemu pompa jest krótsza, lżejsza i nie ma dodatkowych strat na łożysku.

Ponadto przeniesiono układ łożyskowania poosiowego w korpus ssawny, ograniczając ryzyko pracy na sucho.

Nowością jest również zastosowanie elementów złącznych ze stali nierdzewnej w stosunku do stosowanych wcześniej ze stali ocynkowanej.

Typoszereg GBD.4 jest zaprojektowany w kilku wykonaniach materiałowych, pozwalających na stosowanie do pompowania zwykłej wody, jak i wody morskiej dzięki zastosowaniu elementów z brązu.

Pompa sinusoidalna MasoSine SPS 100 pomaga utrzymać najwyższą jakość produkcji makaronów firmy Goliard. O jej wyborze zdecydowała możliwość tłoczenia gęstej masy ze stałą wydajnością, prosta obsługa i wysoka jakość wykonania. Łatwość skutecznego czyszczenia pompy w miejscu eksploatacji (CIP) ułatwia zachowanie wysokiego poziomu higieny i utrzymanie jakości produktów. fot. freeimages.com

Podstawowymi surowcami do produkcji makaronów smakowych są: najwyższej jakości mąka z pszenicy durum, jajka, woda oraz dodatki smakowe i przyprawy, takie jak pomidory, szpinak, lubczyk, czosnek niedźwiedzi, dynia, marchew czy zioła. W zależności od rodzaju makaronu dodatki smakowe i przyprawy są mieszane z masą jajeczną lub wodą, tworząc „pulpę” o konsystencji koncentratu pomidorowego. Pulpa ta jest następnie dodawana do pozostałych składników ciasta w ściśle określonych, stałych proporcjach.

Ponieważ produkcja odbywa się w systemie ciągłym, konieczność zachowania jednolitego składu i właściwości produktu wymaga, aby dodatki smakowe były dozowane ze ściśle określoną, stałą prędkością.

– Pompa, którą wcześniej wykorzystywaliśmy do dozowania masy jajecznej, sprawiała problemy, gdy pulpa była zbyt gęsta. Dlatego musieliśmy kupić nową pompę, umożliwiającą niezawodne i precyzyjne tłoczenie tak gęstej substancji w obniżonej temperaturze, z wymaganą przez nas wydajnością 40-50 l/h bez względu na skład i właściwości dozowanej masy – wspomina Stefan Eljasiński, szef służb utrzymania ruchu w firmie Goliard.

Ponieważ całą linię produkcyjną, wraz z pompami i wszystkimi innymi elementami, należy starannie umyć przy każdej zmianie rodzaju produkowanego makaronu – i nie rzadziej niż co 30-40 godzin pracy – kluczowe znaczenie przy wyborze pompy miała możliwość jej łatwego i szybkiego rozłożenia, dokładnego wyczyszczenia w miejscu eksploatacji oraz ponownego złożenia. Ważny był też brak jakichkolwiek zakamarków i szczelin, w których mogłyby się gromadzić resztki masy ze szkodą dla jakości końcowego produktu.

Po wstępnej analizie rynku wytypowano dwa modele pomp spełniających techniczne i jakościowe wymagania firmy. Zostały one poddane rygorystycznym, dwutygodniowym testom, które obejmowały m.in. próbną pracę w normalnym reżimie produkcyjnym. W wyniku przeprowadzonych analiz i testów zdecydowano o zakupie pompy sinusoidalnej MasoSine SPS 100. źródło: inf. prasowa

RO Z M A I TO Ś C I

Bezpieczne instalacje pompowe to…

55 %

– Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta.

Bezpieczna instalacja pompowa to złożony system, który jest wynikiem współpracy klienta, projektanta, dostawcy sprzętu i wykonawcy – wyjaśnia Grzegorz Graczyk z Tapflo Sp. z o.o.

czyli większość, uszkodzeń uszczelnień jest wynikiem pracy na sucho pierścieni

„

– W innowacyjności liczy się nie tylko pomysł, ale i wdrożenie.

Z tym drugim jest w Polsce różnie, gdyż na pierwszym miejscu jest nadmierna biurokracja – prof. dr hab. inż.

Waldemar Jędral z Politechniki Warszawskiej

– Wszystkie zaangażowane strony na każdym etapie procesu powstawania systemu/ instalacji pompowej są zobligowane do przekazywania rzetelnych i precyzyjnych informacji – kontynuuje, tłumacząc, że jakość informacji wpływa na jakość podejmowanych decyzji.

– A te są kluczowe podczas realizacji zadania inwestycyjnego – wskazuje Grzegorz Graczyk.

Instalacje pompowe, aby były bezpieczne, muszą być zaopatrzone w pewne i sprawdzone urządzenia, takie jak pompy Tapflo. – Oprócz wysokiej jakości urządzeń oferujemy szereg akcesoriów, jak: zawory bezpieczeństwa, czujniki ciśnienia, manometry, falowniki itp. – wylicza. – W dużym skrócie tak wygląda nasz udział w procesie tworzenia bezpiecznych instalacji pompowych – kończy specjalista z Tapflo Sp. z o.o.

Rozmawiała JJ

Substancje barwiące, aromatyczne, klarujące...

Rodzinę procesowych pomp dozujących Watson-Marlow, przeznaczonych dla przemysłu spożywczego, powiększono o dwa nowe modele – 630 i 730, które dołączyły do wcześniejszego modelu 530.

Pozbawione zaworów i uszczelek na drodze pompowanego medium, za to charakteryzujące się bezkonkurencyjną zakresowością, pompy perystaltyczne Watson-Marlow 530, 630 i 730 odgrywają coraz większą rolę w zastosowaniach wymagających niezawodnego dozowania płynów wrażliwych na ścinanie lub wymagających ochrony przed zanieczyszczeniami: pompowana ciecz przepływa bowiem wyłącznie przez specjalny wąż, nie mając żadnego kontaktu z otoczeniem ani z mechanizmem pompy. źródło: inf. prasowa POMPY POMPOWNIE 2/2017 7

fot. zasoby autora

W produkcji makaronów

k ieru n e k p o m p y. p l

fot. zasoby autora

Z P O R TA L U

P o m p y w pr a k t y ce

Niczym krewetki

Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp dr inż. Ryszard Nowicki BH-GE Od. Bently Nevada

© Roy L. Caldwell – with the consent of the owner

Czy jest coś co łączy pompy i krewetki? Tak, tym czymś jest… kawitacja. Liczne pompy (lepiej: liczni użytkownicy pomp) z jej powodu cierpią. Natomiast krewetki modliszkowe, zwane też krewetkami boksującymi, są jedynymi do tej pory rozpoznanymi w naturze zwierzętami, które na drodze ewolucji osiągnęły poziom rozwoju pozwalający im wykorzystywać efekt kawitacji zarówno w celach obronnych, jak i agresywnych.

8 POMPY POMPOWNIE 2/2017

Czujniki ciśnienia dynamicznego wprowadzone zostały do praktyki stosunkowo niedawno, a to z tego powodu, że ich pełne możliwości wymagają zastosowania metod analizy sygnałów podobnych do tych, jakie stosuje się na okoliczność analizy drgań mechanicznych w systemach nadzoru ST maszyn i P o m p y w pr a k t y ce urządzeń, a więc nie są możliwe do wykorzystania w przypadku ograniczenia systemu regulacji i nadzoru pompy jedynie do typowych modułów DCS.

Nadzór pomp z pomocą czujników ciśnienia W celu nadzoru ciśnienia (jeśli jest ono monitorowane) współcześnie mogą być wykorzystywane: • lokalne wskaźniki ciśnienia statycznego, • transmitery ciśnienia statycznego,

FOT. 1 Monitorowanie ciśnienia statycznego Po obniżeniu ciśnienia po stronie ssania poniżej pewnej jego wartości granicznej (ciśnienia, w pomiar zarówno ciśnienia statycznego, jak i dynapo stronie ssania którym dla danej temperatury medium następuje parowanie) pompa zacznie pracować w warunkach i tłoczenia pompy micznego pompowanego medium. kawitacji, co przyczynia się tym bardziej do skrócenia jej żywotności (tzn. czasu pracy między z pomocą wskaźników uszkodzeniami), im proces kawitacji jest bardziej zaawansowany. Uszkodzenie wirnika w konsekwencji lokalnych kawitacji najczęściej jest prezentowane jako erozja kawitacyjna, choć zdarzają się również często

FOT. 1 Monitorowanie ciśnienia statycznego po stronie ssania i tłoczenia pompy

• transmitery ciśnienia dynamicznego,

Formy uszkodzenia wirników w wyniku kawitacji • czujniki ciśnienia całkowitego, tzn. umożliwiające

Transmitery są zazwyczaj podłączane do DCS-u.

przypadki dezintegracji tarczy wirnika pompy. Przykłady obu rodzajów uszkodzeń wirników pokazano na O ile w przypadku transmiterów ciśnienia statycznego FOT. 2 [6].

pomiar jest jednoznaczny, o tyle przy transmiterach ciśnienia dynamicznego kwestią otwartą jest częstotliwościowe pasmo pomiarowe, dla którego pomiar jest wykonywany, a także mogą być wykorzystywane Ryszard.Nowicki@ge.com

Str. 3 / 15 różne estymaty sygnału (RMS, wartość szczytowa,…).

Tel. 601 710 700

Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29 Dość powszechnie używane są wskaźniki ciśnienia

FOT. 2 statycznego – tak po stronie ssania, jak i tłoczenia pomUszkodzenie wirnika py. Na fot. 1 pokazano strzałkami wskaźniki ciśnienia w konsekwencji: (A) statycznego zainstalowane w kołnierzach rurociągu erozji kawitacyjnej, po stronie ssania i tłoczenia pompy wody w węźle (B) dezintegracji będącej konsekwencją ciepłowniczym (w trakcie jej przyspieszonego postoju koncentracji naprężeń remontowego). spowodowanej Czujniki ciśnienia dynamicznego wprowadzone pobudzeniem do drgań zostały do praktyki stosunkowo niedawno, a to z tego rezonansowych przez PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A kawitujący przepływ powodu, że ich pełne możliwości wymagają zastoso

fot. zasoby własne autora

Tej ostatniej możliwości poświęcony jest niniejszy artykuł.

fot. zasoby własne autora

N

adzór stanu technicznego (ST) agregatów pompowych jest dyskutowany przez różne standardy, z których najważniejsze to grupy standardów (i) API (-610, -670, -671, -674, -682, -685), (ii) ISO (10816-07, 20816, 5199 / 2858), oraz (iii) ASME/ANSI (B73.1 i B73.2). O ile standardy API ustosunkowują się do różnych typów pomiarów, które mogą być wzięte pod uwagę na okoliczność monitorowania ST, a także wypowiadają się w kwestii struktury systemu monitorowania i zabezpieczeń wykorzystywanego na okoliczność nadzoru tego ST, o tyle standardy ISO przede wszystkim zajmują się wybraną formą nadzoru, jaką jest nadzór drganiowy.

Niedostatkiem podstawowego standardu API opisującego zasady monitorowania ST (API-670) jest brak wytycznych dla maszyn posiadających pionowe osie wałów (a więc np. dla pomp, wirówek). Na tę okoliczność standardy ISO są bardziej kompletne, bowiem dla pomiarów sejsmicznych podają wytyczne tak dla agregatów z wirnikami poziomymi, jak i pionowymi.

Obowiązujące standardy są zawsze opóźnione w stosunku do najnowszych rozwiązań technicznych i metodologicznych. Tak więc projektując nadzór ST maszyn ważnych, w tym także agregatów pompowych, w każdym przypadku celowym jest dokonanie przeglądu współcześnie stosowanych technik i metod, które niekoniecznie jeszcze musiały znaleźć swoje sformalizowanie w już istniejących standardach.

Minęło kilka lat od poprzedniego omówienia nowości w odniesieniu do nadzoru agregatów pompowych [1]. W tym czasie pojawiło się kilka interesujących nowych możliwości w zakresie polepszenia jakości realizowanego nadzoru ST. Są to zarówno nowe czujniki, jak i metody oceny ST, które nie były wykorzystywane w przeszłości, a mianowicie: • nadzór zmiany ST izolacji silnika napędzającego pompę [2] [3], • kompleksowy nadzór ST agregatu w oparciu o drgania elektryczne [2], [4], • rozpoznawanie anomalii zarówno ST, jak i procesu, na rzecz którego pompa pracuje z wykorzystaniem metod tak sprzętowych [4], jak i programowych [5], [2], • uwzględnienie monitorowania ciśnienia (na ssaniu i tłoczeniu pompy) w zakresie lepszym, niż to miało zazwyczaj miejsce w dotychczas stosowanych rozwiązaniach.

FOT. 2 Uszkodzenie wirnika w konsekwencji: (A) erozji kawitacyjnej, (B) dezintegracji będącej konsekwencją koncentracji naprężeń spowodowanej pobudzeniem do drgań rezonansowych przez kawitujący przepływ

Dezintegracja mechaniczna wirnika powodowana POMPY jest nie POMPOWNIE tylko przez drgania 2/2017 rezonansowe.

9 Postępujący proces erozji kawitacyjnej prowadzi do osłabienia erodujących elementów wirnika, co w konsekwencji będzie powodować jego rozpad. Na FOT. 3 pokazano przykład dwóch uszkodzonych kawitacyjnie wirników pomp pracujących w węzłach ciepłowniczych. FOT. 3A pokazuje wirnik poważnie

P o m p y w pr a k t y ce

PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A

fot. zasoby własne autora

wirnika w konsekwencji kawitacji najczęściej jest prezentowane jako erozja kawitacyjna, choć zdarzają się również często przypadki dezintegracji tarczy wirnika pompy. Przykłady obu rodzajów uszkodzeń wirników pokazano na fot. 2 [6].

Dezintegracja mechaniczna wirnika powodowana jest nie tylko przez drgania rezonansowe. Postępujący proces erozji kawitacyjnej prowadzi do osłabienia erodujących elementów wirnika, co w konsekwencji będzie powodować jego rozpad. Na fot. 3 pokazano przykład dwóch uszkodzonych kawitacyjnie wirników pomp pracujących w węzłach ciepłowniczych. Fot. 3A pokazuje wirnik poważnie uszkodzony w konsekwencji postępującej erozji kawitacyjnej, natomiast fot. 3B ilustruje jeszcze poważniejsze uszkodzenie podobnego wirnika, bowiem oprócz zaawansowanej erozji kawitacyjnej widoczne są także początkowe znamiona postępującej dezintegracji, będącej wynikiem osłabienia konstrukcji.

Recylkulacyjny i kawitujący przepływ medium może prowadzić do pobudzenia elementów wirnika pompy do drgań rezonansowych jeszcze przed wystąpieniem ich znaczącego osłabienia w wyniku erozji kawitacyjnej (tak jak to pokazano na fot. 3).

Konsekwencją oddziaływań dynamicznych będzie przyspieszona koncentracja naprężeń i w następstwie pęknięcie elementu wirnika, a później urwania jego zewnętrznego fragmentu. Na fot. 4 pokazano przykłady dwóch wirników pomp pionowych wykorzystywanych w krajowych elektrowniach z brakującymi fragmentami łopat oraz widok jednej z tych uszkodzonych łopat w miejscu dezintegracji.

Generowane brakiem stabilnego przepływu medium zwiększone oddziaływania dynamiczne na wirnik prowadzą także do zwiększonych oddziaływań siłowych w łożyskach, przyczyniając się również do znaczącego skrócenia ich żywotności.

PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A

FOT. 3 Uszkodzenie kawitacyjne wirnika pompy w stopniu (A) dość zaawansowanym, (B) bardzo zaawansowanym FOT. 3

Uszkodzenie kawitacyjne wirnika pompy w stopniu (A) dość zaawansowanym, (B) bardzo zaawansowanym

wania metod analizy sygnałów podobnych do tych, jakie stosuje się na okoliczność analizy drgań mechanicznych w systemach nadzoru ST maszyn i urządzeń, a więc nie są możliwe do wykorzystania w przypadku ograniczenia systemu regulacji i nadzoru pompy jedynie do typowych modułów DCS.

FOT. 4 Formy uszkodzenia wirników w wyniku kawitacji Przykłady wirników Po obniżeniu ciśnienia po stronie ssania poniżej pomp pionowych pewnej jego wartości granicznej (ciśnienia, w którym wykorzystywanych dla danej temperatury medium następuje parowanie) w elektrowniach z zaznaczonymi pompa zacznie pracować w warunkach kawitacji, co strzałkami brakującymi przyczynia się tym bardziej do skrócenia jej żywotności fragmentami łopat (tzn. czasu pracy między uszkodzeniami), im proces (u góry) oraz widok kawitacji jest bardziej zaawansowany. Uszkodzenie przełomu w miejscu dezintegracji łopaty Ryszard.Nowicki@ge.com

Str. 5 / 15 FOT. 3 Uszkodzenie kawitacyjne wirnika pompy w stopniu (A) dość zaawansowanym, (B) bardzo zaawansowanym Tel. 601 710 700

Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29

fot. zasoby własne autora

Zmiany ciśnienia a kawitacja

PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A

Ryszard.Nowicki@ge.com Tel. 601 710 700

Str. 5 / 15 Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29

FOT. 4 Przykłady wirników pomp pionowych wykorzystywanych w elektrowniach z zaznaczonymi strzałkami brakującymi fragmentami łopat (u góry) oraz widok przełomu w miejscu dezintegracji łopaty

10 Generowane POMPY POMPOWNIE 2/2017 brakiem stabilnego przepływu medium zwiększone oddziaływania dynamiczne na wirnik prowadzą także do zwiększonych oddziaływań siłowych w łożyskach, przyczyniając się także do znaczącego skrócenia ich żywotności.

Na rys. 1 pokazano modelową zmianę ciśnienia między rurociągami ssawnym i tłocznym połączonymi z pompą. Widoczny jest spadek ciśnienia na ssaniu pompy, który w najniższym punkcie może być wciąż powyżej ciśnienia granicznego, warunkującego pojawienie się kawitacji (rys. 2A) lub może osiągać wartości niższe niż ciśnienie graniczne, dla którego pojawia się kawitacja (rys. 2B).

Pokazane na rys. 1 i rys. 2 zmiany ciśnienia odpowiadają zmianie ciśnienia średniego (quasi-statycznego) mierzonego np. z pomocą transmiterów. Charakteryzować się one mogą różnym czasem reakcji. I tak np. transmiter ciśnienia absolutnego YOKOGAWA EJX510A posiada czas reakcji wynoszący jedynie 90 ms, a transmitery ABB z serii 600T EN posiadają możliwość konfiguracji stałej czasowej (tłumienia) w przedziale 0…16 s, natomiast w przypadku wykorzystywania komunikacji HART tłumienie ustawiane jest na 1 s. Takie zróżnicowanie sposobu działania,

kawitacji. Zmiana ciśnienia może być powodowana przez procesy okresowe (np. ciecz poddawana działaniu ultradźwięków czy ciecz przepływająca przez pompę) lub w wyniku jakiegoś pojedynczego ruchu (np. ruch pazura krewetki – JAK OPISANO W RAMCE PT. POMPY, KREWETKI I PINK FLOYD).

Pierwsze efekty zużycia kawitacyjnego zaobserwowano na parowcach w końcu XIX w. Pierwszy raz ompy zjawisko to zostało udokumentowane przez Barnaby’ego oraz Thornycrofta przy pracach na rzecz P kutra torpedowego HMS DARING wodowanego w roku 1893, który w rok później osiągnął prędkość ponad 28 węzłów i okrzyknięty został (wówczas) najszybszym okrętem świata. To właśnie przy pracach dotyczących tego okrętu R.E. Froude pierwszy raz użył w roku 1895 zwrotu „kawitacja wody”.

s o n o l u m i n e s ce n c j a

w pr a k t y ce

Na rysunku poniżej pokazano, jak powtarzająca się zmiana ciśnienia (np. wywołana polem akustycznym) prowadzi do wzrostu pęcherzyka kawitacyjnego i w końcu do jego zapaści.

Poniżej dwie takie same (w TREŚCI) grafiki – do wyboru przez REDAKCJĘ – zgodnie z preferencjami estetycznymi:

Zmiana ciśnienia w cieczy może powodować naruszenie jej ciągłości.

W ten sposób dochodzi do kawitacji.

Zmiana ciśnienia może być powodowana przez procesy okresowe (np. ciecz poddawana działaniu ultradźwięków czy ciecz przepływająca przez pompę) lub w wyniku jakiegoś pojedynczego ruchu (np. ruch pazura krewetki – jak opisano w ramce pt. Pompy, krewetki i Pink Floyd).

Pierwsze efekty zużycia kawitacyjnego zaobserwowano na parowcach w końcu XIX w. Pierwszy raz zjawisko to zostało udokumentowane przez Barnaby’ego oraz Thornycrofta przy pracach na rzecz kutra torpedowego HMS DARING, wodowanego w roku 1893, który w rok później osiągnął prędkość ponad 28 węzłów i okrzyknięty został (wówczas) najszybszym okrętem świata. To właśnie przy pracach dotyczących tego okrętu R.E. Froude pierwszy raz użył w roku 1895 zwrotu „kawitacja wody”.

Na rysunku powyżej pokazano, jak powtarzająca się zmiana ciśnienia (np. wywołana polem akustycznym) prowadzi do wzrostu pęcherzyka kawitacyjnego i w końcu do jego zapaści.

W rzeczywistości nie mamy do czynienia z pojedynczym pęcherzykiem, ale z ich mgławicą (tak jak to pokazano na fot. 5 w artykule). W konsekwencji takiego oscylującego ciśnienia pęcherzyki pojawiają się i zanikają, a w tym ostatnim przypadku, kiedy dochodzi do ich zapaści, pojawia się krótkotrwały efekt świetlny.

Mechanizm zachowania się pęcherzyków w takiej mgławicy pokazano na rys. poniżej.

Efekt SONOLUMINESCENCJI został odkryty niezależnie przez pary naukowców Marinesco i Trillat*) i opisany w roku 1933 oraz przez pracujących na Uniwersytecie Kolońskim panów H. Frenzel i H. Schultes**), którzy w roku 1934 prowadzili prace nad SONAREM. Fotografia poniżej przedstawia efekt sonoluminescencji zaobserwowany przez tę drugą parę w wannie z wodą poddaną działaniu falami sonaru1).

Jeśli kawitacja powoduje

Efekt SONOLUMINESCENCJI został odkrytyświatła, niezależnie przez pary naukowców Marinesco i Trillat*) i generowanie opisany w roku 1933 oraz przez pracujących na Uniwersytecie Kolońskim panów H. Frenzel i H. *) Efekt SONOLUMINESCENCJI został odkryty niezależnie przez pary naukowców Marinesco a temperatury w czasie **) i Trillat i Schultes , którzy opisany w roku 1933 oraz przez pracujących na Uniwersytecie Kolońskim panów H. Frenzel i H.w roku 1934 prowadzili prace nad SONAREM. Fot. poniżej przedstawia efekt zapaści pęcherzyków kawitacyjnych są tak wysokie, jak to opisano w artykule, to nie przez ma co się dziwić, **) sonoluminescencji zaobserwowany tę drugą parę w że wannie z wodą poddaną działaniu falami Schultes , którzy w roku 1934 prowadzili prace nad SONAREM. Fot. poniżej przedstawia efekt ‡) sonarudziałaniu . sonoluminescencji zaobserwowany przez tę wirników drugą parę wpomp, wannie z wodą poddaną falami dochodzi do erozji kawitacyjnej

fot. zasoby własne autora

‡)

sonaru . turbin wodnych, zaworów, czasami łożysk ślizgowych, a także niektórych innych podzespołów maszyn.

) Sonar akronim dla SOund Navigation And Ranging, która to technika wykorzystuje fale dźwiękowe m.in. do określania pozycji, śledzenia oraz klasyfikacji ruchomych i nieruchomych obiektów zanurzonych w cieczy. *) Marinesco, N. and Trillat, J.J. (1933) Actions des ultrasons sur les plaques photographiques. Proceedings of the Royal Academy of Science, 196, 858-860. **) H. Frenzel and H. Schultes encounter a mysterious..., 1934, The Tumultuous History of Scientific Theories story, https://www.sutori.com/item/untitled-e2fe-5ffd 1

POMPY POMPOWNIE 2/2017 11

PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A

skali czasu odpowiadającego pojedynczemu obrotowi wirnika pompy) obniżenia ciśnienia i w konsekwencji krótkotrwałego efektu kawitacji. Takie krótkotrwałe zjawisko może pojawiać się Po m p y w pr a k t y ce kilkakrotnie w czasie trwania pojedynczego obrotu wirnika. W świetle powyższego można zatem mówić bądź to o ciągłej kawitacyjnej pracy pompy (proces kawitacji trwa dłużej niż czas pojedynczego obrotu wirnika pompy), bądź też o transientowej pracy kawitacyjnej, kiedy to kawitacja pojawia się jednokrotnie lub kilkakrotnie tylko w części czasu pojedynczego obrotu wirnika.

RYS. 1 Modelowa zmiana ciśnienia w trakcie pompowania medium przez pompę

RYS. 1

Warto pamiętać, że pokazany na FOT. 2A i FOT. 3 efekt erozji kawitacyjnej ma miejsce tylko w Modelowa zmiana takim przypadku, kiedy kawitacja występuje od w bezpośredniej bliskości jakiejś transmitera powierzchni np. tarcza uzależnione typu stosowanego oraz ciśnienia w trakcie wirnika, łopata czy jakiś inny element wału opływany przez pompowane medium. Natomiast może się od sposobu jego skonfigurowania, powoduje, że możpompowania medium zdarzyć, że recyrkulacja medium, a także kawitacja pojawiają się w strudze na tyle daleko od powierzchni liwość monitorowania pulsacji ciśnienia medium oraz przez pompę wirnika, że proces implozji pęcherzyków kawitacyjnych nie będzie powodować erozji. Sytuacja tak została pokazana na fot. 5 [7]. w konsekwencji Natomiast w dalszym ciągu towarzyszące takiemu procesowi fale ciśnienia możliwość działania pętli sprzężenia dynamicznego mogą negatywnie oddziaływać tak na wirnik, jak i na jego łożyskowanie. zwrotnego w układzie regulacji będą się różnić między

Ryszard.Nowicki@ge.com Tel. 601 710 700

RYS. 2 Wpływ spadku ciśnienia na ssaniu pompy w odniesieniu do ciśnienia parowania medium: (A) niepowodująca, (B) powodująca pojawienie się kawitacji

sobą dla różnych wdrożeń.

Do ww. składowej quasi-statycznej może dodatkowo dodawać się składowa dynamiczna, która w przypadku scenariusza pokazanego na rys. 2A Str. 7 / 15 może

Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29 przyczyniać się do krótkotrwałego (w odniesieniu do skali czasu odpowiadającego pojedynczemu obrotowi wirnika pompy) obniżenia ciśnienia i w konsekwencji

krótkotrwałego efektu kawitacji. Takie krótkotrwałe zjawisko może pojawiać się kilkakrotnie w czasie trwania pojedynczego obrotu wirnika. W świetle powyższego można zatem mówić bądź to o ciągłej kawitacyjnej pracy pompy (proces kawitacji trwa dłużej niż czas pojedynczego obrotu wirnika pompy), bądź też o transientowej pracy kawitacyjnej, kiedy to kawitacja pojawia się jednokrotnie lub kilkakrotnie tylko w części czasu pojedynczego obrotu wirnika.

Warto pamiętać, że pokazany na fot. 2A i fot. 3 efekt erozji kawitacyjnej ma miejsce tylko w takim przypadku, kiedy kawitacja występuje w bezpośredniej bliskości jakiejś powierzchni maszyny, np. tarcza wirnika, łopata czy jakiś inny element wału opływany przez pompowane medium. Natomiast może się zdarzyć, że recyrkulacja medium, a także kawitacja pojawiają się w strudze na tyle daleko od powierzchni wirnika, że proces implozji pęcherzyków kawitacyjnych nie będzie powodować erozji. Sytuacja tak została pokazana na fot. 5 [7]. Natomiast w dalszym ciągu towarzyszące takiemu procesowi fale ciśnienia dynamicznego mogą negatywnie oddziaływać tak na wirnik, jak i na jego łożyskowanie.

Ocena zaawansowania kawitacji z pomocą czujników ciśnienia dynamicznego

Wykorzystując czujniki ciśnienia dynamicznego, można lepiej kontrolować warunki pracy pompy, niż to ma miejsce w przypadku stosowania transmiterów.

Na rys. 3 [8] pokazano około 15-minutowe widmo potokowe ciśnienia dynamicznego dla czujnika zainstalowanego na ssaniu pompy. W ciągu kwadransa PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A można wyróżnić kilka przedziałów czasu, w których

pompa pracuje z różnym zaawansowaniem procesu kawitacji (na rysunku widma odpowiadające najbardziej zaawansowanemu procesowi kawitacji pokazano w kolorze czerwonym): • 15:09…15:13 – brak kawitacji: wyraźnie widoczna składowa 5X, która odpowiada częstotliwości łopatkowej fŁ; prawie niewidoczna składowa 1X odpowiadająca całkowitemu niewyrównoważeniu (mechaniczne i hydrauliczne); wyraźna składowa podharmoniczna ciśnienia f s o częstotliwości ~0,5X; agregat pracując pod obciążeniem, posiada poślizg w stosunku do częstotliwości sieci wynoszący ~30 RPM; • 15:13 … 15:17 – faza przejściowa charakteryzująca się wzrastającym poziomem kawitacji; widoczne jest wyciszanie się składowej łopatkowej drgań fŁ oraz spowalnianie składowej podharmonicznej fs tym większe im bardziej zaawansowany jest proces kawitacji (co jest zgodne z wiedzą literaturową, mówiącą, że w warunkach kawitacji obserwowane są drgania w przedziale 0…10 Hz); wraz z zanikiem składowej łopatkowej fŁ w widmie drgań zaczyna się aktywizować jej lewa wstęga modulacyjna odległa ~1,5X (co jest cechą indywidualną anali zowanego agregatu pompowego); RYS. 2 Wpływ spadu ciśnienia na ssaniu pompy w odniesieniu do ciśnienia parowania medium: (A) niepowodująca, (B) powodująca pojawienie się kawitacji

12 POMPY POMPOWNIE 2/2017 Ryszard.Nowicki@ge.com Tel. 601 710 700

Str. 8 / 15 Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29

PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A

P o m p y w pr a k t y ce

FOT. 5 Uszkadzanie wirnika pompy powodowane kawitacją (obie fotografie przedstawiają ten sam fragment tego samego wirnika): (A) chmura kawitacyjna, (B) uszkodzenie kawitacyjne

FOT. 5 Uszkadzanie pompy powodowane kawitacją (obie fotografie przedstawiają ten sam fragment tego samego towej wirnika pompy. W zakresie pomiaru prędkości • 15:17 … 15:21wirnika – zaawansowany proces kawitacji; wirnika): (A) chmura kawitacyjna, (B) uszkodzenie kawitacyjne obserwowane są przede wszystkim dominujące drgań w węzłach łożyskowych nie stwierdzono zmiany drgania niskoczęstotliwościowe fs bliskie często- poziomu amplitudy dla składowej obrotowej dla obu Ocena zaawansowania kawitacji z pomocą czujników ciśnienia dynamicznego tliwości 0X, które przyczyniają się do destrukcji kierunków prowadzonych pomiarów sejsmicznych Wykorzystując czujniki ciśnienia dynamicznego, można lepiej kontrolować warunki pracy pompy, niż węzłów łożyskowych, a także do koncentracji (V-H) przed i po wystąpieniu ww. pulsacji ciśnienia. w widmie drgań zaobserwowano niewielką naprężeń w komponentach wirnika pompy, pobu- Natomiast [8 ] pokazano około 15‐minutowe widmo to ma miejsce w przypadku stosowania transmiterów. Na rys. 3 składową podharmoniczną bliskąW ~10,2% częstotliwodzanychciśnienia do drgańdynamicznego rezonansowych; w warunkach potokowe dla czujnika zainstalowanego na ssaniu pompy. ciągu kwadransa ści obrotowej wirnika i wynoszącą 0,34 mm/s 0-Peak kawitacji wirnik pompy pracuje z mniejszymi można wyróżnić kilka przedziałów czasu, w których pompa pracuje z różnym zaawansowaniem procesu oporami ruchu, w konsekwencji jego poślizg przed pojawieniem się ww. pulsacji, a następnie, wraz kawitacji (na rysunku widma odpowiadające najbardziej zaawansowanemu procesowi kawitacji w stosunku do częstotliwości sieci jest mniejszy z pojawieniem się dynamicznych pulsacji ciśnienia, ta pokazano w kolorze czerwonym): niż poprzednio i wynosi ~20 RPM, (a więc jest podharmoniczna składowa drgań wzrosła do poziomu o ~30% mniejszy w odniesieniu do poślizgu, 1,21 mm/s 0-Peak i dokładnie odpowiadała częstotliwo 15:09…15:13 – brak kawitacji: wyraźnie widoczna składowa 5X, która odpowiada częstotliwości który miał miejsce w przypadku pracy pompy bez ści pulsacji ciśnienia, które stanowiły ~11,7% prędkości składowa odpowiadająca całkowitemu łopatkowej kawitacji); fŁ, a także dość wyraźnie widoczna obrotowej wirnika11X zaawansowanej . Natomiast energia wymienionych • po godzinie 15:21 obserwuje się powolnyi hydrauliczne); zanik składowych podharmonicznych drgań mechanicznych niewyrównoważeniu (mechaniczne agregat pracując pod obciążeniem, posiada procesu kawitacji co wyraża się wzrostem często- była na tyle niewielka w stosunku do obrotowej skłapoślizg w stosunku do częstotliwości sieci wynoszący ~30 RPM; tliwości podharmonicznych składowych drgań dowej drgań, że prowadząc pomiary sumaryczne drgań  15:13 … 15:17 – faza przejściowa charakteryzująca się wzrastającym poziomem kawitacji; fs, zwiększeniem poślizgu do jego wartości pierwidoczne jest wyciszanie się składowej łopatkowej drgań f Ł oraz przejście składowej obrotowej f0 wotnej, tzn. do ~30 RPM (co jest spowodowane w składową podharmoniczną f o coraz niższej częstotliwości w miarę wzrostu zaawansowania s większym obciążeniem wirnika przez mniej kawitująceprocesu medium), ponowne się literaturową, mówiącą, że w warunkach kawitacji kawitacji (co intensyfikowanie jest zgodne z wiedzą składowej łopatkowej = 5X oraz obserwowane są fŁdrgania w minimalizacja przedziale 0…10 Hz); wraz z zanikiem składowej łopatkowej fŁ w energii składowej modulacyjnej (fŁ – ~1,5f0). widmie drgań zaczyna się aktywizować jej lewa wstęga modulacyjna odległa o trzy składowe

obrotowe f (co jest cechą indywidualną analizowanego agregatu pompowego); W [9] pokazano0 wyniki, które są jakościowo podobne do zamieszczonych powyżej i dodatkowo dokonano analizy wpływu zmiany ciśnienia dynaRyszard.Nowicki@ge.com

Str. 9 / 15 micznego na zmianę poziomu drgań mechanicznych Tel. 601 710 700 Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29 węzłów łożyskowych w przypadku ograniczenia wy datku pompy. Na rys. 4 pokazano widmo potokowe pulsacji medium w paśmie do 200 Hz. Widoczna jest wyraźna zmiana składu widmowego w zakresie najniższych częstotliwości w następstwie obniżenia wydatku przepływu. Pojawia się podharmoniczna pulsacja ciśnienia w stosunku do prędkości obro-

RYS. 3 Widmo potokowe pulsacji ciśnienia na ssaniu pompy

POMPY POMPOWNIE 2/2017 13

P o m p y w pr a k t y ce PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A

RYS. 4 Wzrost podharmonicznych pulsacji ciśnienia na ssaniu pompy w konsekwencji ograniczenia przepływu

RYS. 4 System nadzoru stanu technicznego i pracy agregatu pompowego

Kontrola Wzrost ciśnienia tradycyjnie była realizowana z pomocą lokalnych wskaźników ciśnienia (tzn. nie dokonując analizy ich składu widmowego), statycznego, tak jak to przykładowo zostało pokazane na FOT. 1. Współczesne techniki monitorowania podharmonicznych nie dawały one praktycznej możliwości rozpoznania procesu pompowania oraz ST agregatów pompowych dopracowały się możliwości jednoczesnej kontroli pulsacji ciśnienia zarówno ciśnienia jak i dynamicznego.

Komponenty takiego systemu monitorowania na ssaniu pompystatycznego, kawitacji występującej dla tego agregatu. pokazano na rys. 5, na którym widoczne są: para czujników (A) umożliwiających śledzenie składowych w konsekwencji sygnałów ciśnienia statycznego i dynamicznego po stronie ssania i tłoczenia pompy wody, pojedynczy ograniczenia przepływu monitor (B) umożliwiający podłączenie do 4 takich stanu czujników oraz kaseta systemu monitorowania i System nadzoru technicznego zabezpieczeń agregatu pompowego, która umożliwia realizację zarówno klasycznego zabezpieczenia i pracy agregatu pompowego pompy, bazując na wymaganych zgodnie ze standardem API 670 czujnikach temperatury, drgań oraz Kontrola ciśnienia była realizowana położenia osiowego, jak również dodanie do tego monitoringu tradycyjnie sygnałów z ww. czujników ciśnienia. W związku z tym, że pokazana tu kaseta SYSTEM 3500 umożliwia akwizycję sygnałów nawet z kilkudziesięciu z pomocą lokalnych wskaźników ciśnienia statycznego, podłączonych do niej różnego typu czujników, daje ona możliwość równoległego objęcia nadzorem kilku tak jak to przykładowo zostało pokazane na fot. 1. pomp. Taki bardziej zintegrowany monitoring obniża koszty jednostkowe systemu monitorowania w Współczesne techniki monitorowania procesu przeliczeniu na pojedynczy agregat pompowy, co w najmniejszym stopniu nie przyczynia się pomdo pogorszenia jakości systemu zabezpieczeń. powania oraz ST agregatów pompowych dopracowały Pokazane na rys. 5A czujniki P/N 350300 dostępne są w kilkunastu wykonaniach w przedziale ciśnień się możliwości jednoczesnej kontroli zarówno ciśnienia ~1…345 bar (tzn. 15…5000 psi), co umożliwia ich dalece optymalny dobór do ciśnienia instalacji w

statycznego, jak i dynamicznego. Komponenty takiego systemu monitorowania pokazano na rys. 5, na któRyszard.Nowicki@ge.com

Str. 12 / 15 Tel. 601 710 700 rym widoczne są: para czujników (A)Wydruk: 2017‐11‐22 09:24:29 umożliwiających

śledzenie składowych sygnałów ciśnienia statycznego RYS. 5 i dynamicznego po stronie ssania i tłoczenia pompy System monitorowania wody, pojedynczy monitor (B) umożliwiający podciśnienia całkowitego: (A) czujniki, (B) łączenie do 4 takich czujników oraz kaseta systemu 4-kanałowy monitor, monitorowania i zabezpieczeń agregatu pompowego, (C) kaseta systemu która umożliwia realizację zarówno klasycznego zamonitorowania PiP: Nowe możliwości w zakresie nadzoru pomp / 2017A bezpieczenia pompy, bazując na wymaganych zgodnie i zabezpieczeń punktach podłączenia do pompy. Czujniki te mogą być wykorzystywane dla aplikacji, w których temperatura medium nie przekracza 1200C.

RYS. 5 System monitorowania ciśnienia całkowitego: (A) czujniki, (B) 4‐kanałowy monitor, (C) kaseta systemu monitorowania i zabezpieczeń

14

Systemy monitoringu drganiowego są współcześnie w zdecydowanej większości przypadków podłączone do systemu diagnostyki (np. SYSTEM 1, który jest wykorzystywany w licznych krajowych przedsiębiorstwach), tak więc wykonywanie analiz widmowych pulsacji ciśnienia medium, takich jak: POMPY POMPOWNIE 2/2017 pokazane na rys. 3 i rys. 4, nie nastręcza większych problemów.

ze standardem API 670 czujnikach temperatury, drgań oraz położenia osiowego, jak również dodanie do tego monitoringu sygnałów z ww. czujników ciśnienia.

W związku z tym, że pokazana tu kaseta SYSTEM 3500 umożliwia akwizycję sygnałów nawet z kilkudziesięciu podłączonych do niej różnego typu czujników, daje ona możliwość równoległego objęcia nadzorem kilku pomp.

Taki bardziej zintegrowany monitoring obniża koszty jednostkowe systemu monitorowania w przeliczeniu na pojedynczy agregat pompowy, co w najmniejszym stopniu nie przyczynia się do pogorszenia jakości systemu zabezpieczeń.

Pokazane na rys. 5A czujniki P/N 350300 dostępne są w kilkunastu wykonaniach w przedziale ciśnień ~1…345 bar (tzn. 15…5000 psi), co umożliwia ich dalece optymalny dobór do ciśnienia instalacji w punktach podłączenia do pompy. Czujniki te mogą być wykorzystywane dla aplikacji, w których temperatura medium nie przekracza 1200C. Systemy monitoringu drganiowego są współcześnie w zdecydowanej większości przypadków podłączone do systemu diagnostyki (np. SYSTEM 1, który jest wykorzystywany w licznych krajowych przedsiębiorstwach), tak więc wykonywanie analiz widmowych pulsacji ciśnienia medium, takich jak: pokazane na rys. 3 i rys. 4, nie nastręcza większych problemów. *** Kawitacja pojawia się w przypadku przepływów daleko powyżej lub poniżej punktu pracy pompy odpowiadającego jej najwyższej sprawności. Zagrożenie wystąpieniem kawitacji w agregatach pompowych może być monitorowane z pomocą różnych środków technicznych wykorzystujących pomiary ciśnienia.

Najsłabsze możliwości w tym zakresie dają lokalne wskaźniki ciśnienia statycznego, lepsze możliwości stwarzają transmitery ciśnienia podłączone do DCS-u.

Co najmniej takie pomiary ciśnienia winny być częścią systemu regulacji pomp napędzanych przez silniki o zmiennej prędkości obrotowej.

Najlepsza kontrola procesu kawitacji może być prowadzona z pomocą czujników ciśnienia dynamicznego podłączonych do systemu nadzoru ST. Tego typu systemy umożliwiają wykonywanie analiz widmowych pulsacji medium i ich prezentację z pomocą widm potokowych. Jedynie kontrola zróżnicowanych składowych częstotliwościowych pulsacji ciśnienia medium zapewnia pewną kontrolę zaawansowania kawitacji.

Czujniki ciśnienia są również bezwzględnie wymagane w przypadku monitorowania ST na bazie sprawności termodynamicznej pompy, która to metodyka jest dokładnie opisana w PN-EN ISO 5198:2002.

W artykule pokazano, w jaki sposób można kontrolować zaawansowanie procesu kawitacji z pomocą czujników ciśnienia dynamicznego dla pomp, natomiast w takim samym stopniu podejście to jest pomocne dla analizy kawitacji w turbinach wodnych [10].

P o m p y w pr a k t y ce

Detekcja kawitacyjnej pracy pompy jest także możliwa z pomocą pomiarów drgań mechanicznych.

W takim przypadku zmiana składowej drgań mechanicznych generowana w konsekwencji pojawienia się zaburzeń przepływu spowodowanych kawitacją jest stosunkowo nieznaczna w porównaniu ze składową drgań odpowiadającą częstotliwości obrotów wirnika. Natomiast w widmie pulsacji ciśnienia składowe ciśnienia dynamicznego odpowiadające częstotliwości obrotów wirnika i jej harmonicznych są praktycznie niewidoczne, co powoduje, że o zmianie natury ciśnienia dynamicznego decyduje praktycznie występowanie kawitacji i stopień jej zaawansowania. Tak więc wykorzystywanie do detekcji kawitacji czujników ciśnienia dynamicznego jest znacznie efektywniejsze niż próba wnioskowania o niej na bazie pomiarów drgań mechanicznych.

P OM P Y, K R E W E T K I I P I NK FLOY D Czy jest coś co łączy pompy i krewetki? Tak, tym czymś jest… kawitacja. Liczne pompy (lepiej: liczni użytkownicy pomp) z jej powodu cierpią. Natomiast krewetki modliszkowe, zwane też krewetkami boksującymi, są jedynymi do tej pory rozpoznanymi w naturze zwierzętami, które na drodze ewolucji osiągnęły poziom rozwoju pozwalający im wykorzystywać efekt kawitacji zarówno w celach obronnych, jak i agresywnych.

POMPY, KREWETKI I PINK FLO

Prędkość liniowa ruchu pazura krewetki modliszkowej przekracza Czy jest coś co łączy pompy i krewetki? Tak, tym czymś jest… kawitacja. Liczne pompy (lepiej: liczni użytkownicy 100 km/h. Uwzględniając fakt, że ruch ten odbywa się w środowisku Natomiast krewetki modliszkowe, zwane też krewetkami boksującymi, są jedynymi do tej pory rozpoznanymi w wodnym, powoduje na tyle dużą falę ciśnienia, iż generują się drodze ewolucji osiągnęły poziom rozwoju pozwalający im wykorzystywać efekt kawitacji zarówno w celach obr pęcherzyki kawitacyjne, które po powstaniu znikają po upływie

Postscriptum Rozwijane są nowe i coraz to bardziej skuteczne metody nadzoru ST pomp i nie tylko ich. Natomiast wciąż jeszcze zdarza się, że niektóre przedsiębiorstwa redagują SIWZ-y z naruszeniem podstawowych zasad poprawności technicznej. W ciągu minionej dekady w ręce autora kilkukrotnie dostały się dokumenty wymagające dla pomp łożyskowanych ślizgowo zastosowania nadzoru drganiowego drugorzędnej ważności, bowiem ograniczonego wyłącznie do nadzoru drgań sejsmicznych2. Co gorsze, również szereg krajowych dużych biur projektowych redaguje projekty SIWZ-ów w zakresie dotyczącym nadzoru ST na poziomie dalekim od podstawowej poprawności technicznej i pozostając w opozycji do najlepszej wiedzy inżynierskiej.

Prędkość liniowa ruchu pazura krewetki modliszkowej przekracza 100 km/h. Uwzględniając fakt, że ruch ten odb powoduje na tyle dużą się pęcherzyki kawitacyjne, które po powstaniu znikają po upły ~0,5 ms, tak jak tofalę ciśnienia, iż generują ilustruje wykres pochodzący z przeprowadzonych wykres pochodzący z przeprowadzonych w USA badań. Dodatkowo, w końcowej fazie implozji, na zdjęciach realizo w USA badań.

Dodatkowo, w końcowej fazie implozji, na zdjęciach kamer, można było zauważyć rozbłyski światła. I nic dziwnego, bowiem w trakcie zanikania, wewnątrz dogorywa 0 realizowanych superszybkich kamer, można było zauważyć dochodzi do 5000 z pomocą C, co odpowiada w przybliżeniu temperaturze na powierzchni słońca.

rozbłyski światła. I nic dziwnego, bowiem w trakcie zanikania, wewnątrz A czy jest coś, co łączy zespół PINK FLOYD z owymi POMPAMI i KREWETKAMI? Otóż legenda głosi, że w trakcie jedn dogorywającego pęcherzyka, temperatura dochodzi do 5000 0C, się w pobliżu stawie wyginęły wszystkie ryby z powodu poziomu natężenia dźwięku. Natomiast nie jest już legendą cozarejestrować rozchodzące się w wodzie trzaski i stuki elektromagnetyczne… I nie tylko! odpowiada w przybliżeniu temperaturze na powierzchni słońca.

A czy jestkawitacji coś, copoziom łączyhałasu zespół PINKosiąga FLOYD z owymi POMPAMI W trakcie w źródle 210 dB, co powoduje, że również tą drogą krewetka potrafi ofiarę (może to być nawet większa od niej ryba), która się znajdzie w jej bezpośredniej bliskości. Nowo odkryty rodz i KREWETKAMI? Otóż legenda głosi, że w trakcie jednego dużo hałasu został na tę okoliczność nazwany… PINK FLOYD. Z pompami podobnie: czym więcej kawitacji, tym z koncertów w znajdującym się w pobliżu stawie wyginęły wszystkie ale… przede wszystkim siebie. ryby z powodu poziomu natężenia dźwięku. Natomiast nie jest już legendą, że na fermach krewetek można zarejestrować rozchodzące się w wodzie trzaski i stuki elektromagnetyczne… I nie tylko!

W trakcie kawitacji poziom hałasu w źródle osiąga 210 dB, co powoduje, że również tą drogą krewetka potrafi ogłuszyć lub nawet zabić swoją ofiarę (może to być nawet większa od niej ryba), która się znajdzie w jej bezpośredniej bliskości. Nowo odkryty rodzaj krewetek czyniący szczególnie dużo hałasu został na tę okoliczność nazwany… PINK FLOYD. Z pompami podobnie: im więcej kawitacji, tym szybciej prowadzą do destrukcji, ale… przede wszystkim siebie.

Literatura [1] Nowicki R., Postęp w stosowaniu systemów nadzoru stanu technicznego pomp, Pompy i Pompownie, 2(151)/2014, str. 54-55.

[2] Nowicki R., Ku lepszemu: Możliwości systemowe w utrzymaniu ruchu – cz. 2 z 2, Chemia Przemysłowa 4-5/2015 (612), str. 76-82.

[3] Nowicki R.: Monitorowanie On Line stanu technicznego izolacji silników indukcyjnych, Napędy i Sterowanie Nr 5 (181), Maj 2014, str. 84-98.

[4] Song J., Nowicki R., Duyar A.: Sprzętowe rozpoznawanie anomalii pracy agregatów napędzanych silnikami elektrycznymi, Napędy i Sterowanie Nr 1, Styczeń 2014, str.

96-106 [5] Nowicki R., Bate M.: Programowe rozpoznawanie anomalii pracy agregatów napędzanych silnikami elektrycznymi, Napędy i Sterowanie Nr 12, Grudzień 2013, str. 24-31.

[6] Power Zone Equipment, Inc., http://www.powerzone. com/equipment-rebuilding [7] Brennen, C.E., Bubble Dynamics, Damage and Noise, Chapter 6, Hydrodynamics of Pumps, Oxford University Press and Concepts ETI, Internet (HTML) edition, ©2000 Concepts NREC. [8] Dynamic Pressure for Pumping Systems, July 28, 2016 in Featured/Features by Orbit.

[9] J. J. Moore (+ inni), Advanced Centrifugal Compression and Pumping for CO2 Applications, Prezentacja wyników badań, 10 FEB 2011, www.gaselectricpartnership. com/fSWRI.pdf [10] Hydro Turbine Pressure Monitoring System, GE Measurement & Control CS13010 10/2015.

Przypisy

1

2

W [9] nie podano niestety danych dotyczących ani charakterystyk stosowanych czujników drgań, ani pasma przenoszenia wykorzystywanego miernika drgań. Tak więc prezentowane dane są obarczone brakiem zaufania odnośnie poprawności pomiaru. Niepewność ta wynika z doświadczenia autora w zakresie pewnych błędów pomiarowych czynionych przez niektórych eksperymentatorów dla pomiarów prowadzonych w dziedzinie prędkości dla pasma pomiarowego poniżej 10 Hz. W przypadku pomp łożyskowanych ślizgowo podstawową formą monitorowania drgań są pomiary drgań względnych wirnika, o czym wyraźnie mówią standardy.

POMPY POMPOWNIE 2/2017 15