Znajomość podstawowych informacji zapisanych na wykresach charakterystyki pompy oraz umiejętność odczytywania i interpretacji parametrów pompy, które wykres obrazuje, może pomóc w optymalizacji jej pracy, a co za tym idzie wydłużyć jej żywotność, obniżyć koszty eksploatacyjne a nawet zapobiegać niepożądanym zjawiskom jak kawitacja czy drgania.
W skrócie podstawowa charakterystyka pompy to wykres obrazujący zmienność głównych parametrów hydraulicznych: wytwarzanego ciśnienia (wysokość podnoszenia) H i wydajności (prędkości przepływu) Q. Zależność tych dwóch parametrów przedstawiona jest w formie krzywej opisanej na dwóch osiach wykresu.
Rozbudowane charakterystyki opisują również takie parametry jak sprawność pompy (stosunek mocy przekazanej do mocy pobieranej), zapotrzebowanie na moc oraz parametr opisywany jako NPSHr, który objaśniamy w dalszej części artykułu. Zawierają także podstawowe informacje o rodzaju pompy, modelu oraz założonej prędkości obrotowej. Należy pamiętać, że każda charakterystyka przypisana jest do konkretnego modelu pompy i konkretnego medium (najczęściej woda czysta).
Charakterystyki pomp różnią się w sposobie przedstawiania parametrów oraz ich odczytu w zależności od typu pompy (pompy wirowe, wyporowe, pneumatyczne), dlatego w tym tekście skupimy się wyłącznie na najbardziej rozpowszechnionych pompach odśrodkowych – wirowych.
Zdjęcie poniżej przedstawia podstawową charakterystykę pompy wirowej, składającą się z trzech oddzielnych pól:
Opisuje zależność przepływu w stosunku do wytwarzanego ciśnienia. Określając wydajność na osi X i przecięciu punktu tej wartości z krzywą jesteśmy w stanie odczytać ciśnienie na osi Y, jakie będzie generować pompa dla założonej wydajności. Z zaznaczenia odczytujemy, że pompa przy wydajności 5,8 m3/h generować będzie ok 10 mH2O ciśnienia.
Obrazuje stosunek mocy przekazanej do pompowanego medium w zależności od mocy zainstalowanej w napędzie pompy. Jak widać, dobrany punk pracy pompy wypada również w punkcie najwyższej sprawności pompy. Takie parametry zapewniają możliwie najniższe koszty eksploatacyjne pracy pompy.
Wskazuje wymaganą moc wyrażoną w kW, jaka musi być dostarczona, aby uzyskać wskazany punkt pracy pompy.
Zobrazowany powyżej punkt pracy jak już wspomniano to punk najwyższej sprawności pompy. Sprawność pompy jest bardzo ważnym wyznacznikiem przy doborze nowego urządzenia lub podmiany w istniejących instalacjach.
Chociaż w rzeczywistości praca pompy idealnie w tym punkcie jest bardzo trudna do osiągnięcia, zaleca się, aby urządzenie pracowało możliwie jak najbliżej tego punktu. Zbyt duże odchyłki rzeczywistych parametrów pompy w stosunku do parametrów nominalnych (parametry w najwyższej sprawności pompy) mogą powodować wyższe koszty eksploatacyjne (pobór energii) oraz doprowadzić do szybszego zużycia podstawowych elementów roboczych pompy (łożyska, O-ringi, wirnik, uszczelnienie mechaniczne czy wał pompy).
NPSH (Net Positive Suction Head) to parametr wyrażający zdolność pompy do zasysania, jest minimalną wartością ciśnienia absolutnego jakie musi występować po stronie ssawnej pompy, aby zapobiec zjawisku kawitacji (wrzenie wody w rurociągu przy określonym ciśnieniu i temperaturze ).
Krzywa NPSH w charakterystyce pompy wirowej przedstawiona jest na wykresie między osiami X – wysokość podnoszenia oraz Y wydajność
Parametr NPSH różni się w zależności od parametrów pracy oraz rodzaju pompy przemysłowej. W uproszczeniu wartość ta mówi nam jakie minimalne ciśnienie musi zostać zagwarantowane na stronie ssawnej pompy, aby skompensować straty hydrauliczne rurociągu ssawnego oraz nie dopuścić do pojawienia się zjawiska kawitacji. Dlaczego to takie ważne? Ponieważ zjawisko kawitacji, czyli wrzenia medium w rurociągu, powoduje pojawienie się pęcherzyków powietrza, które w wyniku implozji po kontakcie z elementami hydraulicznymi pompy doprowadzają do ich zniszczenia. Więcej o zjawisku kawitacji wyjaśniliśmy w artykule co to jest kawitacja i jak jej zapobiegać?
Warto wspomnieć, że parametr NPSH możemy podzielić na dwa główne rodzaje tzw. NPSHa oraz NPSHr.
Parametr NPSHa oznacza dostępną wymaganą jakość ssania, która dotyczy przede wszystkim pomp samozasysających, zdolnych do wytwarzania podciśnienia na stronie ssawnej rurociągu.
NPSHr to wymagana wysokość ssania, czyli minimalne ciśnienie napływu na wlot pompy, które musimy zapewnić do poprawnej pracy pompy i to on w zdecydowanej większości jest obrazowany na charakterystykach.
Wartość NPSHr to najistotniejszy parametr, który musi być spełniony, aby wyeliminować ryzyko powstania kawitacji. Pominięcie tej wartości przy doborze pompy lub podmianie na nową może doprowadzić do bardzo szybkiego zniszczenia elementów instalacji.
Podsumowując, wykres charakterystyki pompy wirowej to bardzo ważny dokument niezbędny do poprawnego doboru pompy lub analizy pracy pomp już stosowanych. Umiejętność odczytywania podstawowych informacji i ich zrozumienie pozwoli na optymalizację pracy czy uniknięcie niektórych awarii.
Należy pamiętać, że zakresy parametrów pompy są zawsze powiązane ze sprawnością pompy, a co za tym idzie konsumpcją energii, która bezpośrednio wpływa na koszty eksploatacyjne. Inaczej mówiąc, nie każdy punk pracy w obrębie tej samej krzywej charakterystyki będzie jednakowo przekładał się na poprawną pracę pompy. Dobór parametrów pracy po stronie tłocznej pompy należy zawsze skontrolować z wymogami hydraulicznymi po stronie ssawnej. Każdy dobór i odczyt parametrów powinien być sprawdzony pod względem rodzaju medium, jego temperatury i warunków panujących w instalacji.