Úsporná excentrická šneková čerpadla

Všichni dnes hovoří o "life cycle cost". Výrobci čerpadel stojí dnes více než kdy jindy před problémem, jak nabídnout nejen levné řešení čerpadla, ale i čerpadla, která po celou dobu životnosti vyžadují minimální náklady. Firma z ALLgäue vyvinula novou koncepci excentrických šnekových čerpadel minimalizujících náklady během životního cyklu.

Z anket a analýz vyplývá, jaká hlediska jsou pro provozovatele čerpadel důležitá při rozhodování o tom, jaké zařízení si koupí. Častěji než obvykle si přejí nízkou pořizovací cenu. Uživatele zajímají informace o dlouhodobých nákladech, o nákladech vznikajících během životního cyklu. Ty jsou tvořeny součtem investičních nákladů, nákladů na instalaci, údržbu, opravy a energii.

Solidní technika, nízké náklady - obojí jde dohromady
Cílem při navrhování čerpadel proto musí být snaha o snižování nákladů bez zvyšování investiční náročnosti. Především se vyplatí všimnout si rozhraní mezi pohonem a excentrickým šnekovým čerpadlem. Poškození převodů a škody vzniklé uložením jsou velice nákladné a je třeba jim předejít. V zájmu úspory investičních nákladů se čerpadlo montuje pomocí příruby bez vlastního uložení přímo na pohon. Tento takzvaný blokový způsob lze doporučit pouze u malých čerpadel s velmi malými radiálními a axiálními silami, aby se šetřilo uložení převodů.
Dosud existovala u montáže pomocí stojanu ložiska pouze možnost napojení pohonu prostřednictvím elastické spojky. U nového designu stojanu ložiska došlo k vychytání všech nedostatků. Samostředicí zasouvací vidlice snižuje montážní náročnost a síly vznikající excentrickým pohybem jsou zachycovány pomocí naddimenzovaných kuličkových ložisek. K tomu se druží další přednosti: není nutná elastická spojka a základní deska, tím se drasticky sníží montážní náročnost. Toto řešení přináší v praxi nejen snížení nákladů na údržbu, opravy, náhradní dny a montáž, ale dokonce i investičních nákladů (obrázek 1).

Klik pro větší náhled celého obrázku.
Obr. 1 Přímé napojení pohonu na stojan ložiska pomocí příruby

Úspora v podobě těsnění
Dalším krokem byla minimalizace vysoké poruchovosti a nákladů na údržbu. Těsnicí ucpávkový materiál je velmi levný a použitelný nezávisle na směru otáčení, ovšem údržba je nutná v krátkých intervalech a průsak spojený s tímto způsobem utěsnění je pro řadu uživatelů nepřijatelný. Těsnění pomocí kluzného prstence bývá naproti tomu zpravidla drahé, zejména u provedení s předlohovou nádrží nebo závěrným tlakem.
Těsnění z oblasti těžkých strojů - mechanické těsnění hnacího ústrojí - v sobě spojuje všechny přednosti, protože je dostupné bez extra vyšší ceny, má dlouhou životnost díky pozitivní rezervě na opotřebení, je obousměrné, těsné díky integrované olejové předloze a pracuje bez nákladů na údržbu. Výměna těsnění je díky kartidžové konstrukci možná bez speciálního nářadí. Pokud si uživatel mechanické těsnění hnacího ústrojí nepřeje, má díky modulárně konstruovanému těsnicímu prostoru k dispozici všechny možnosti.

Klik pro větší náhled.
Obr. 2 Řez čerpadlem

Inspirace z jiných oblastí
Třetí úkol pro vývoj spočíval v návrhu takového kloubu, který by byl stabilní, aby již nepatřil k dílům podléhajícím rychlému opotřebení. Porozhlédnutí mimo vlastní obor konstrukce čerpadel přineslo kardanovému kloubu větší stabilitu a delší životnost. Není totiž třeba objevovat již objevené. Tento kloub se vyznačuje tím, že není citlivý vůči znečištění a cizím tělesům, jelikož má kompletně zapouzdřená jehlová ložiska. Manžetu je třeba chápat pouze jako dodatečnou ochranu a kvůli lepšímu čištění sacího prostoru a ochraně výrobku je užitečným prvkem zařízení. Při čerpání vláknitých médií zabraňuje spojovací trubka stejného průměru navíjení a ulpívání na kloubu, což se opět pozitivně odráží v úspoře nákladů na údržbu.

Program úspory energie
Znalec excentrických šnekových čerpadel se bude ptát, jak může snížit opotřebení statorů. Jelikož se standardní geometrie statorů osvědčila jako univerzální a optimální, ušetří volba této geometrie náklady na skladování a zabraňuje zvýšenému opotřebení. Pokud se dodržuje dimenzování s pomalými otáčkami, zvýší se enormně životnost.

Výdaje na energii, které často tvoří největší část nákladů, je dnes možné také opravdu jednoduše snížit, a to nastavováním správné frekvence otáčení ne pomocí mechanického přestavovacího mechanismu, nýbrž pomocí měniče kmitočtu. Tím se spotřebovává pouze proud, který čerpadlo potřebuje, aniž by bylo třeba počítat s dalšími ztrátami na základě mechaniky. Je třeba zohlednit zvýšený rozběhový moment, a to dostatečným dimenzováním pohonu. Slabý pohon totiž k úspoře nevede, jelikož asynchronní motor spotřebovává pouze proud, který čerpadlo potřebuje jako točivý moment.

Výsledek
Provozovatel čerpadla sníží významně své provozní náklady zejména úsporou nákladných oprav a prodloužením údržbových cyklů (MTBF), pokud se zaměří na tři popsané momenty: stojan ložiska, mechanické těsnění hnacího ústrojí, kardanový kloub.

Jan Vranovský, Martin Andrt
 SCHMACHTL CZ

Časopis Elektrotechnika v praxi, Stanislav Prchal