Podręcznik eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji wyd.III

Podręcznik eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji wyd.III

rok wydania: 2017, wydanie trzecie
ilość stron: 485
ISBN: 978-83-60956-54-0
format: B5
oprawa: twarda

Słowo wstępne

Niniejszy Podręcznik, to już trzecie wydanie popularnej w branży książki podejmującej tematykę eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji. Wydanie to, w stosunku do poprzednich, zostało przez autorów uzupełnione i poprawione.

Autorami książki są cenieni fachowcy, praktycy – konstruktorzy, projektanci i zarazem użytkownicy pomp. Książka jest podsumowaniem wiedzy z zakresu techniki pompowej, ale również udaną próbą podzielenia się z Czytelnikami uwagami oraz doświadczeniami zdobytymi podczas wielu lat pracy zawodowej.

Zakres podejmowanych w książce zagadnień jest kompleksowy, jakkolwiek podzielony na rozdziały, co pozwala Czytelnikowi na lekturę wybranych fragmentów dotyczących poszukiwanych odpowiedzi na często zadawane pytania.

W pierwszych rozdziałach Podręcznika znajdziecie Państwo podstawowe informacje o maszynach przepływowych – pompach wirowych i układach pompowych, wskazówki dotyczące doboru pomp oraz ich zakupu, a także wybrane zagadnienia konstrukcyjne. W kolejnych rozdziałach autorzy już szczegółowo scharakteryzowali pompy stacjonarne, głębinowe, zatapialne oraz pompy do ścieków. Następne rozdziały poświęcone zostały zagadnieniom sterowania, ochrony oraz pracy silników elektrycznych. W końcowych rozdziałach książki omówiono zagadnienia związane z remontami pomp oraz poszczególnych ich elementów, a także efektywnego wykorzystania pomp i ich napędów – w tym też wykorzystania współczesnych metod pomiarowych do monitorowania stanu technicznego maszyn elektrycznych i przepływowych.

Podręcznik można polecić zarówno użytkownikom pomp pragnącym pogłębić swoją wiedzę – szczególnie w zakresie energooszczędnej eksploatacji pomp, studentom uczelni technicznych, jak i słuchaczom studiów podyplomowych. Książka jest napisana przystępnym językiem i będzie doskonałym źródłem wiedzy również dla Czytelników dopiero rozpoczynających swoją przygodę zawodową z techniką pompową.

Tematyka książki, to tylko pozornie wiedza dla specjalistów. Dotyczy ona praktycznie wszystkich. Ocenia się bowiem, że około 20% energii produkowanej na całym świecie wykorzystywana jest do napędu maszyn przepływowych, głównie w technice wodociągowej oraz sanitarnej, a więc obszarów wiedzy, z którymi spotykamy się na co dzień, często nie zdając sobie z tego sprawy. Racjonalne wykorzystanie energii w tym zakresie, to znaczące oszczędności nie tylko dla przedsiębiorstw działających w branży, czy poszczególnych użytkowników sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, ale również możliwe zmniejszenie energochłonności dla gospodarki w skali makro. Zatem, tematyka podjęta w niniejszym podręczniku, to podstawy do energooszczędnego, racjonalnego gospodarowania energią w ważnej dziedzinie życia, a także efektywnego funkcjonowania gospodarki wykorzystującej osiągnięcia współczesnej techniki i technologii.

Życzę wszystkim Czytelnikom owocnego korzystania z wiedzy zawartej w Podręczniku eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji.

Dr inż. Krzysztof Polak
Kierownik studiów podyplomowych Eksploatacja Ujęć Wód Podziemnych na Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie

Spis treści
I.    Wstęp / 17
II.    Podstawowe wiadomości o pompach wirowych i układach pompowych / 19
II.1.    Klasyfikacja pomp / 19
II.1.1.    Podział ze względu na zasadę działania     19
A.    Pompy wirowe / 19
B.    Pompy wyporowe / 20
C.    Inne /     20
II.1.2.    Podział pomp wirowych ze względu na rodzaj zabudowy / 21
A.    Pompy stacjonarne / 21
B.    Pompy wałowe / 23
C.    Pompy zatapialne / 25
a)    Pompy głębinowe (pompy zatapialne z silnikiem mokrym) / 26
b)    Pompy zatapialne (z silnikami suchymi) / 27
II.1.3.    Podział pomp ze względu na liczbę stopni / 28
A.    Pompy jednostopniowe / 28
B.    Pompy wielostopniowe / 28
II.1.4.    Podział pomp ze względu na rodzaj pompowanej cieczy / 28
A.    Pompy do zimnej wody czystej / 28
B.    Pompy do ścieków / 28
C.    Pompy do szlamów / 29
D.    Pompy do wody gorącej / 30
E.    Pompy do chemikaliów / 30
F.    Pompy do cieczy lepkich / 30
II.1.5.    Podział pomp ze względu na rodzaj wirnika / 31
II.1.6.    Podział pomp ze względu na typ konstrukcyjny / 33
A.    Pompy jednostopniowe z wlotem osiowym i własnym łożyskowaniem / 34
B.    Pompy jednostopniowe monoblokowe / 35
C.    Pompy jednostopniowe ‘in-line’ / 36
D.    Pompy wielostopniowe ‘in-line’ / 37
E.    Pompy jednostopniowe dwustrumieniowe / 38
F.    Pompy stacjonarne wielostopniowe / 39
G.    Pompy wielostopniowe głębinowe / 40
H.    Jednostopniowe pompy zatapialne / 40
II.2.    Zespoły pompowe / 41
II.3.    Podstawy działania pompy wirowej / 43
II.3.1.    Mechanizm przekazywania energii / 43
II.3.2.    Rodzaje strat w pompie / 45
a)    Straty mechaniczne / 45
b)    Straty objętościowe / 45
c)    Straty hydrauliczne / 47
II.4.    Parametry pomp / 48
a)    Wydajność / 48
b)    Wysokość podnoszenia / 49
c)    Pobór mocy / 50
d)    Sprawność / 51
e)    Prędkość obrotowa / 53
f)    NPSH / 54
II.5.    Charakterystyki pomp / 55
II.6.    Wyróżnik szybkobieżności / 57
II.6.1.    Definicja wyróżnika szybkobieżności / 57
II.6.2.    Wpływ wyróżnika szybkobieżności na konstrukcję wirnika i na charakterystykę pompy / 58
II.7.    Ssanie pomp wirowych / 62
II.8.    Podstawowe wiadomości o układach pompowych / 69
II.8.1.    Rodzaje układów pompowych / 70
II.8.2.    Charakterystyka układu pompowego / 71
II.8.3.    Straty przepływu / 73
II.9.    Współpraca pompy z układem pompowym / 79
II.9.1.    Punkt pracy / 79
II.9.2.    Praca pompy z dala od punktu nominalnego / 83
II.9.3.    Połączenie szeregowe pomp / 86
II.9.4.    Połączenie równoległe pomp / 87
II.9.5.    Zjawiska dynamiczne w układach pompowych / 90
II.10.    Korekta parametrów pomp / 93
II.10.1.    Zmiana średnicy wirnika / 95
II.10.2.    Zmiana ilości stopni / 97
II.10.3.    Zmiana prędkości obrotowej / 98
II.11. Metody regulacji parametrów pomp / 99
II.11.1.    Dławienie / 102
II.11.2.    Zmiana prędkości obrotowej / 104
II.11.3.    Upust / 110
II.11.4.    Praca pomp w układzie równoległym i szeregowym / 112
II.11.5.    Wybór metody regulacji / 117
III.    Dobór pomp / 119
III.1.    Wybór typu pompy / 119
III.2.    Dobór pompy na stały punkt pracy / 122
III.3.    Dobór pompy do pracy przy zmiennych parametrach / 125
III.4.    Analiza techniczno-ekonomiczna (LCC) / 127
IV.    Zakup pomp / 133
V.    Podstawowe zagadnienia konstrukcyjne w pompach / 137
V.1.    Uszczelnienia / 137
V.1.1.    Uszczelnienia stacjonarne / 137
V.1.2.    Uszczelnienia ruchowe wysokociśnieniowe / 140
a)    Dławnica / 140
b)    Uszczelnienie mechaniczne ślizgowe / 143
V.1.3.    Uszczelnienia ruchowe niskociśnieniowe / 145
V.1.4.    Uszczelnienia w układzie przepływowym / 145
V.2.    Napór osiowy / 147
V.2.1.    Łopatki odciążające / 148
V.2.2.    Otwory odciążające / 149
V.2.3.    Układy dwustrumieniowe / 150
V.2.4.    Tarcza odciążająca / 152
V.2.5.    Łożysko osiowe / 154
V.3.    Napór promieniowy / 155
V.4.    Łożyskowanie / 156
V.4.1.    Łożyska toczne / 156
V.4.2.    Łożyska ślizgowe / 162
a)    Łożyska ślizgowe w stacjonarnych pompach poziomych / 162
b)    Łożyska ślizgowe w pionowych pompach wałowych / 164
c)    Łożyska ślizgowe w pompach głębinowych oraz innych pompach z silnikiem mokrym / 165
VI.    Pompy stacjonarne / 167
VI.1.    Nietypowe odmiany pomp stacjonarnych / 167
a)    Pompy bezdławnicowe / 167
b)    Pompy monoblokowe / 168
VI.2.    Prawidłowa eksploatacja pomp stacjonarnych / 168
VI.2.1.    Dobór pompy / 168
VI.2.2.    Instalacja pomp stacjonarnych / 169
VI.2.3.    Rozruch pomp stacjonarnych / 174
VI.2.4.    Bieżąca obsługa pomp stacjonarnych / 177
a)    Kontrola stanu zainstalowania pompy / 177
b)    Monitorowanie parametrów / 178
c)    Bieżąca obsługa węzłów konstrukcyjnych / 183
d)    Remonty / 187
VI.2.5.    Praca pomp poza zakresem optymalnych parametrów / 187
VI.2.6.    Najczęstsze problemy w eksploatacji i sposoby ich usuwania / 189
a)    Zwiększony poziom drgań / 189
b)    Praca w kawitacji / 190
c)    Nadmierny wzrost temperatury łożysk / 190
d)    Nadmierny pobór mocy przez pompę / 191
e)    Niestabilna praca pompy. Zmienna i zbyt niska wydajność / 192
f)    Zbyt niska wydajność bez oznak niestabilności / 192
g)    Nadmierny wyciek z uszczelnienia wału / 192
VII.    Pompy głębinowe / 195
VII.1.    Zastosowanie / 195
VII.2.    Typowe pompy głębinowe / 195
VII.2.1.    Typowe konstrukcje pomp głębinowych / 197
VII.2.2.    Inne, specjalne konstrukcje pomp głębinowych / 205
VII.2.3.    Wykonania materiałowe pomp głębinowych / 209
VII.2.4.    Charakterystyki pomp głębinowych / 211
VII.3.    Silniki głębinowe / 216
VII.3.1.    Silniki głębinowe ekranowe, olejowe i półsuche / 216
VII.3.2.    Silniki głębinowe mokre / 219
VII.3.3.    Silniki głębinowe specjalne / 230
VII.4.    Układy pompowe pomp głębinowych / 234
VII.4.1.    Budowa układów pompowych pomp głębinowych / 234
VII.4.2.    Dobór pompy głębinowej do wymaganych parametrów pracy układu pompowego / 242
VII.4.3.    Sprawność energetyczna układu pompowego pompy głębinowej / 247
VII.4.4.    Montaż oraz demontaż układów pompowych pomp głębinowych / 253
VII.4.5.    Nietypowe budowy układów pompowych pomp głębinowych / 257
VII.5.    Stacje prób głębinowych agregatów pompowych / 264
VII.6.    Awarie i uszkodzenia głębinowych agregatów pompowych / 268
VII.7.    Laboratorium symulacji pracy studni, pomp głębinowych i hydromechaniki / 272
VIII.    Pompy zatapialne / 277
VIII.1.    Instalacja pomp zatapialnych / 277
VIII.2.    Budowa pomp zatapialnych / 284
VIII.3.    Eksploatacja pomp zatapialnych / 298
IX.    Pompy do ścieków / 303
IX.1.    Właściwości ścieków jako pompowanego medium / 303
a)    Ścieki komunalne / 303
b)    Wody opadowe / 305
c)    Ścieki przemysłowe / 305
IX.2.    Sposoby pompowania ścieków / 306
IX.3.    Dobór pomp ściekowych / 311
IX.4.    Instalacja pomp ściekowych / 314
IX.4.    Charakterystyczne cechy budowy pomp ściekowych / 322
IX.5.    Eksploatacja pomp ściekowych / 329
X.    Sterowanie i zabezpieczanie silników elektrycznych / 331
X.1.    Silniki elektryczne / 331
X.1.1.    Informacje ogólne / 331
X.1.2.    Budowa silnika asynchronicznego i synchronicznego / 331
X.1.2.1.    Budowa silnika asynchronicznego / 331
X.1.2.2.    Budowa silnika synchronicznego    332
X.1.3.    Zasada działania silnika asynchronicznego i synchronicznego / 332
X.1.3.1.    Zasada działania silnika asynchronicznego / 332
X.1.3.2.    Zasada działania silnika synchronicznego / 333
X.1.3.3.    Różnice konstrukcyjne i eksploatacyjne silników asynchronicznych i synchronicznych / 333
Charakterystyka mechaniczna / 333
Napięcie zasilania / 334
Współczynnik mocy / 334
Koszty / 334
X.1.4.    Podstawowe parametry silnika elektrycznego / 334
X.1.4.1.    Napięcie i częstotliwość zasilania / 334
X.1.4.2.    Prędkość obrotowa / 335
X.1.4.3.    Moc znamionowa silnika / 335
X.1.4.4.    Sprawność silnika / 336
X.1.4.5.    Prąd znamionowy i rozruchowy silnika / 336
X.1.4.6.    Współczynnik mocy / 337
X.1.4.7.    Rodzaj pracy / 337
X.1.4.8.    Stopień ochrony / 338
X.1.4.9.    Wykonanie przeciwwybuchowe / 338
X.1.4.10.    Klasa izolacji    339
X.1.4.11.    Oznaczenia literowe / 340
X.1.4.12.    Moment obrotowy silnika / 341
X.2.    Kable i przewody zasilające / 341
X.2.1.    Oznaczenia kabli i przewodów / 341
X.2.2.    Dobory przewodów zasilających / 342
X.2.2.1.    Obliczanie spadku napięcia na kablu zasilającym / 342
X.2.2.2.    Obliczanie przekroju przewodu dla danego spadku napięcia / 344
X.3.    Pomiary elektryczne silnika i urządzeń zabezpieczających / 346
X.3.1.    Pomiar pętli zwarcia obwodów silnika i szaf sterowniczych / 346
X.3.2.    Pomiar wytrzymałości izolacji na przebicie / 346
X.3.3. Pomiar rezystancji izolacji silnika / 347
X.3.4.    Pomiar rezystancji uzwojeń silnika / 347
Mostek Wheatstonea / 349
Mostek Thompsona / 349
X.3.5.    Pomiar mocy oraz prądu i napięcia podczas pracy silnika / 349
X.3.6.    Pomiar prędkości obrotowej silnika / 350
X.3.6.1.    Pomiar bezpośredni tachometrem lub stroboskopem / 350
X.3.6.2.    Pomiar cewką indukcyjną / 350
X.3.7.    Pomiar temperatury wewnątrz silnika / 351
X.3.7.1.    Wyłączniki termiczne / 351
X.3.7.2.    Termistory PTC / 351
X.3.7.3.    Sensory PT 100 / 352
X.3.8.    Pomiar kompatybilności elektromagnetycznej szaf sterowniczych    353
X.4.    Hydrauliczne urządzenia pomiarowe ze sterowaniem elektrycznym / 354
X.4.1.    Ciśnieniomierze / 354
X.4.2.    Przepływomierze / 354
X.4.3.    Mierniki poziomu / 354
X.5.    Rozruch silników elektrycznych / 355
X.5.1.    Rozruch gwiazda–trójkąt / 355
X.5.2.    Rozruch poprzez soft start    356
X.5.3.    Przemienniki częstotliwości    356
X.5.3.1.    Zasada działania przemiennika częstotliwości / 356
Prostownik trójfazowy / 356
Stopień pośredni / 356
Inwertor mocy / 356
Układ sterowania i kontroli / 357
X.5.3.2.    Dobory przemienników częstotliwości do silników / 357
X.5.3.3.    Praktyczne wykorzystanie przemienników częstotliwości / 358
X.6.    Zasilanie awaryjne. Agregaty prądotwórcze / 358
X.7.    Dobór mocy silników do warunków pracy / 359
X.7.1.    Dobór silników do pomp / 359
X.7.2.    Dobór silnika dla zwiększonej temperatury medium / 360
X.8.    Elektryczne aparaty zabezpieczająco-sterujące / 361
X.8.1.    Wyłączniki nad prądowe (bezpieczniki) / 361
X.8.1.1.    Charakterystyka B / 361
X.8.1.2.    Charakterystyka C / 361
X.8.1.3.    Charakterystyka D / 361
X.8.2.    Styczniki / 362
X.8.3.    Przekaźniki termiczne (bimetalowe) / 365
X.8.4.    Elektroniczne programowalne mierniki nadzoru zabezpieczeń / 365
X.8.5.    Wyłączniki różnicowo prądowe / 366
X.8.6.    Wyłączniki przepięciowe / 367
X.9.    Urządzenia zabezpieczająco-sterujące / 368
X.9.1.    Teoria zagrożeń i uszkodzeń silnika podczas pracy / 368
X.9.2.    Najważniejsze przyczyny powstawania uszkodzeń silnika i sposoby ich zapobiegania / 368
X.9.2.1.    Zwarcia w obwodach siłowych silnika / 368
X.9.2.2.    Przeciążenie silnika / 369
X.9.2.3.    Utknięcie silnika / 369
X.9.2.4.    Nadmierny wzrost lub obniżenie napięcia zasilania / 369
X.9.2.5.    Asymetria lub zanik fazy    369
X.9.2.6.    Długie i ciężkie rozruchy / 369
X.9.2.7.    Nadmierna liczba cykli pracy / 369
X.9.2.8.    Nagrzewanie z przyczyn nieelektrycznych / 369
X.9.2.9.    Uszkodzenia izolacji / 370
X.9.2.10.    Suchobieg dla pomp głębinowych i zatapialnych oraz pomp pionowych do zestawów hydroforowych / 370
X.9.3.    Zastosowanie zabezpieczeń silników / 370
X.9.3.1.    Silnik jednofazowy / 370
X.9.3.2.    Silnik trójfazowy / 370
X.9.3.3.    Silnik pompy głębinowej. Zabezpieczenia / 370
X.9.3.4.    Silnik pompy zatapialnej z suchą komorą silnika / 370
X.10.    Prąd i człowiek / 371
XI.    Remonty pomp / 373
XI.1.    Kwalifikowanie pomp do remontu / 373
XI.1.1.    Proces pogarszania stanu technicznego pompy w trakcie eksploatacji / 373
XI.1.2.    Kategorie remontów / 378
XI.1.3.    Strategie remontowe / 379
1.    Praca do wystąpienia awarii / 379
2.    Kierowanie do remontu zgodnie z zaleceniami producenta / 380
3.    Kierowanie do remontu na podstawie monitoringu stanu technicznego / 380
4.    Kierowanie do remontu na podstawie rachunku ekonomicznego / 381
XI.2.    Możliwość poprawy parametrów hydraulicznych pomp przez pokrywanie powierzchni elementów pompy preparatami zwiększającymi gładkość / 382
XI.3.    Proces remontowy głębinowych agregatów pompowych / 384
XI.3.1.    Technologiczność remontowa pomp i silników głębinowych a technologia remontów / 387
XI.3.2.    Demontaż pomp i silników głębinowych / 391
XI.3.3.    Weryfikacja podzespołów i części / 391
XI.3.4.    Regeneracja podzespołów i części / 393
XI.3.4.1.    Regeneracja hydrauliki wirników i korpusów pomp    393
XI.3.4.2.    Regeneracja korpusów i wirników pomp z wykorzystaniem materiałów kompozytowych    394
XI.3.4.3.    Regeneracja uszczelnień wirników pomp    397
XI.3.4.4.    Regeneracja łożysk ślizgowych pomp    398
XI.3.4.5.    Regeneracja wałków i wałów pomp    400
XI.3.4.5.1.    Regeneracja wałów z wykorzystaniem materiałów kompozytowych / 401
XI.3.4.5.1.1.    Regeneracja wałów z obróbką mechaniczną / 402
XI.3.4.5.1.2.    Regeneracja wałów z odwzorowaniem (na gotowo) / 403
XI.3.4.5.2.    Regeneracja wałów i tulei z wykorzystaniem technik spawalniczych / 404
XI.3.4.6.    Unifikacja węzłów konstrukcyjnych pompy głębinowej / 405
XI.3.4.7.    Uzwojenia wirnika i stojana / 407
XI.3.4.8.    Uszczelnienia / 409
XI.3.4.9.    Wirnik silnika / 410
XI.3.4.10.    Promieniowe łożyska ślizgowe silnika / 411
XI.3.4.11.    Wzdłużne łożysko ślizgowe silnika głębinowego / 413
XI.3.5.    Montaż głębinowych agregatów pompowych / 418
XI.4.    Uszczelnianie pomp i silników głębinowych / 423
XI.4.1.    Uszczelnienia spoczynkowe    427
1)    Właściwy dobór wymiarów pierścienia do istniejącego gniazda / 427
2)    Odpowiedni dobór materiału pierścienia / 428
3)    Poprawny montaż / 429
XI.4.2.    Uszczelnienia ruchowe / 430
XI.4.2.1.    Uszczelnienie dławnicowe z pakunkiem sznurowym / 430
XI.4.2.1.1.    Dobór szczeliwa / 430
XI.4.2.1.2.    Gatunki szczeliw / 434
XI.4.2.1.3.    Warunki zabudowy / 435
XI.4.2.1.4.    Uwagi eksploatacyjne / 437
XI.4.2.2.    Uszczelnienia ze szczeliwem bezpostaciowym / 438
XI.4.2.3.    Uszczelnienia czołowe / 439
XI.4.2.3.1.    Konstrukcje uszczelnień czołowych / 440
XI.4.2.3.1.1.    Budowa / 440
XI.4.2.3.1.2.    Materiały / 442
XI.4.2.3.1.3.    Wymagania dotyczące zabudowy uszczelnienia czołowego / 442
XI.4.2.3.2.    Montaż uszczelnienia czołowego / 444
XI.4.2.3.3.    Uruchomienie i eksploatacja pompy z uszczelnieniem czołowym / 445
XI.4.2.3.4.    Przyczyny uszkodzeń uszczelnień czołowych / 446
XI.4.2.4.    Uszczelnienia komór łożyskowych / 446
XI.4.2.4.1.    Uszczelnienia bezstykowe / 447
XI.4.2.4.2.    Uszczelnienia stykowe / 447
XI.4.2.4.3.    Uszczelnienia czołowe – magnetyczne / 450
XII.    Oszczędność zużycia energii do napędu pomp wirowych / 451
XIII.    Systemy zarządzania, sterowania i monitorowania w eksploatacji pomp / 457
XIII.1.    Technika cyfrowa w systemach eksploatacji pomp / 457
XIII.2.    Systemowe zarządzanie, monitoring i sterowanie pracą pomp / 461
XIII.2.1.    Technika informatyczna w zarządzaniu eksploatacją pomp / 463
XIII.2.2.    Dedykowane wersje oprzyrządowania i opomiarowania układów pompowych / 466
XIII.2.3.    Funkcjonowanie systemu / 468
XIII.2.4.    Zdalny przekaz danych, sterowanie pracą pomp / 477
XIII.2.5.    Zakres przetwarzanych danych i informacji / 478
XIV.    Podstawowe zagadnienia prawne / 481
XV.    Literatura / 485