Co to jest pompa krzywkowa? Jak działa pompa krzywkowa? Budowa pompy krzywkowej Podział pomp krzywkowych ze względu na rodzaj rotora Dostępne typy uszczelnień Pompa krzywkowa – wady i zalety Kluczowe parametry potrzebne do doboru pompy krzywkowej Typowe zastosowania pomp krzywkowych Rozwiązywanie najczęstszych problemów
|
|
Autor artykułu: Specjalista ds. produktów higienicznych i automatyki |
Co to jest pompa krzywkowa?
Pompy krzywkowe to popularne urządzenia do transportu cieczy o podwyższonych lepkościach.
Cechuje je szerokie zastosowanie – głównie w branży spożywczej, kosmetycznej oraz farmaceutycznej. Urządzenia te są stosowane ze względu na delikatne pompowanie i bezp
Jak działa pompa krzywkowa?
Pompa krzywkowa składa się z dwóch wirników (popularnie nazywanych krzywkami lub rotorami) zamkniętych w metalowym korpusie. Zasada działania pompy krzywkowej jest następująca – podczas obracania się rotorów po stronie ssącej pompy powiększa się komora pompy, generując podciśnienie i powodując napływ cieczy do pompy. Następnie jest ona transportowana ze strony ssącej na stronę tłoczną, gdzie zostaje ściskana i wypychana przez króciec tłoczny.
Pompa krzywkowa jest pompą dwukierunkową – zmieniając kierunek obrotów pompy krzywkowej możemy zmienić kierunek tłoczenia.
Zasada działania pomp krzywkowych.
Jesteś zainteresowany pompami krzywkowymi? Zapoznaj się z naszą ofertą
Budowa pompy krzywkowej
Pompa krzywkowa składa się z:
 |
Przekładnia – ma ona na celu zsynchronizować prędkości obrotowe obu wałów, napędowego i napędzanego. Synchronizacja pracy tych wałów zapewnia brak kontaktu między rotorami oraz obudową. Dodatkowo w przekładni osadzone są łożyska, a olej lub smar znajdujący się w przekładni ma za zadanie chłodzić i smarować synchronizator oraz łożyska. |
 |
Wał pompy – pompa krzywkowa posiada 2 wały. Jeden wał jest wałem napędowym – sprzężony jest z napędem zasilającym, natomiast drugi wał jest wałem napędzanym, który dzięki kołom zębatym zawartym w przekładni obraca się z tą samą prędkością co wał napędowy, ale w przeciwnym kierunku. Od strony obudowy pompy na wałach osadzone są uszczelnienia wału oraz wirniki (krzywki) pompy. Z racji tego, że wały te mogą mieć kontakt z tłoczonym medium, wykonane są ze stali nierdzewnej lub stali duplex. |
 |
Wirnik (rotor, krzywka) – elementy robocze, które obracając się wewnątrz korpusu powodują ruch pompowanego płynu ze strony ssącej na stronę tłoczną pompy. |
 |
Obudowa – korpus pompy, w którym obracają się krzywki, wykonany najczęściej ze stali nierdzewnej i posiadający przyłącza, dzięki którym można podpiąć pompę do instalacji. Elementem obudowy jest również przednia pokrywa pompy, mogąca zawierać dodatkowe opcje zwiększające aplikowalność pompy, np. płaszcz grzewczy zapobiegający zastyganiu medium wewnątrz pompy czy zawór bezpieczeństwa zabezpieczający pompę przed zbyt wysokim ciśnieniem tłoczenia, m. in w przypadku pracy pompy przy zamkniętym zaworze po stronie wyjściowej pompy. |
 |
Uszczelnienie – to część pompy odpowiedzialna za jej szczelność w miejscu obracającego się wału. W zależności od właściwości medium i wymagań aplikacji można zastosować różne typy materiały oraz różne uszczelnienia wału, takie jak uszczelnienie mechaniczne, wargowe czy podwójny O-ring. |
Podział pomp krzywkowych ze względu na rodzaj rotora:
W pompach krzywkowych mogą być wykorzystywane następujące rotory:
rotor typu „trilobe”
Wirnik trójramienny o łagodnych kształtach. Pompy z takim wirnikiem charakteryzują się mniej pulsacyjnym przepływem oraz niższą wartością wymaganej nadwyżki antykawitacyjnej (NPSHr) niż wirniki o Biwing. Dodatkowo wirnik TriLobe lepiej radzi sobie z cieczami o niskiej lepkości.
rotor typu „BiWing”
Wirnik dwuramienny generujący większe pulsacje niż wirnik TriLobe. Lepiej radzi sobie z cieczami o wyższej lepkości. Jest to wirnik bardzo często stosowany w pompach krzywkowych ze względu na jego prostszy kształt i niższy koszt produkcji.
Dostępne typy uszczelnień
 |
Uszczelnienie pojedyncze – podstawowe uszczelnienie wału używane w pompach krzywkowych. Składa się z dwóch pierścieni wykonanych z materiałów twardych i odpornych na ścieranie oraz sprężyny zapewniającej odpowiedni docisk tych przestrzeni. Jeden z pierścieni jest pierścieniem obrotowym zamontowanym na obracającym się wale, a drugi pierścień jest pierścieniem statycznym zamontowanym w obudowie pompy. W przypadku stosowania tych typów należy pamiętać, że pompowana ciecz zapewnia chłodzenie obracających się pierścieni, a praca na sucho powoduje nagrzewanie się pierścieni i może doprowadzić do ich pęknięcia i uszkodzenia. Dodatkowo nie powinno być stosowane w płynach wrażliwych na kontakt z powietrze – np. syropem glukozowo-fruktozowym, który podczas przestoju pompy może skrystalizować i zakleić to uszczelnienie, co może spowodować jego uszkodzenie podczas ponownego rozruchu pompy. Pary cierne uszczelnienia są wykonywane m. in, z węglika krzemu, węglika wolframu, grafitu czy ceramiki. |
 |
Uszczelnienie podwójne – to modyfikacja pojedynczego uszczelnienia, polegająca na zastosowaniu na tym samym wale drugiego uszczelnienia mechanicznego znajdującego się za podstawowym, lub na zastosowaniu drugiego statycznego pierścienia. Takie rozwiązanie wymaga zapewnienia cieczy chłodząco-smarującej dla drugiego uszczelnienia znajdującego się od strony atmosferycznej, która:
|
 |
Uszczelnienie wargowe – to proste uszczelnienie składające się z pierścienia (jednego lub więcej) wykonanego z elastycznego materiału, odpowiednio dobranego do pompowanego płynu. Pierścień ten jest osadzony na wale i obraca się razem z nim, dopasowując się do niego i zapewniając szczelność pompy. Tłoczone medium zapewnia smarowanie zmniejszając tarcie i wydłużając żywotność uszczelnienia. Ten rodzaj posiada również swoje ograniczenia, jak stosunkowo niskie dopuszczalne ciśnienie pracy oraz temperatura medium, co wynika z materiału, z którego wykonany jest pierścień. |
 |
O-ring – to uszczelnienie pompy wykonane z elastomerowego pierścienia, którego przekrój jest w kształcie litery „O”. O-ring montowany jest w rowku na wale pompy i obraca się wraz z wałem zapewniając szczelność. Również w tym przypadku tłoczone medium pełni funkcję cieczy smarującej. Możliwe jest także zastosowanie podwójnego pierścienia typu O-ring. |
Co to jest slip i od czego jest zależny?
Slip, czyli przepływ wsteczny, to zjawisko charakteryzujące pompy wyporowe polegające na powracaniu części tłoczonej cieczy ze strony tłocznej na stronę ssącą pompy.
W pompach krzywkowych na zjawisko to mają wpływ:
- Lepkość pompowanej cieczy – ze względu na brak kontaktu między krzywkami i obudową, pompa krzywkowa „doszczelnia się” pompowanym medium. W związku z tym wyższa lepkość cieczy powoduje lepsze doszczelnienie pompy, a co za tym idzie zmniejsza slip i poprawia sprawność pompy.
- Różnica ciśnień – wyższe ciśnienie tłoczenia oznacza, że ciecz z większą siłą jest zawracana na stronę ssącą.
- Luzy – im większe luzy, czyli odległości między krzywkami a korpusem, tym większe zjawisko przepływu wstecznego.
Pompa krzywkowa – wady i zalety
Zalety pomp krzywkowych:
Higieniczna konstrukcja – brak kontaktu między krzywkami oraz brak elastycznych elementów zużywających się powodują, że pompowana ciecz nie jest zanieczyszczana przez zużywające się elementy. Pompy są wykonane z wysokiej jakości materiałów, a ich higieniczna konstrukcja może być potwierdzona odpowiedniki certyfikatami, jak EC1935/2004 czy FDA.
Stabilny, bezpulsacyjny przepływ – Przepływ cieczy jest stabilny i proporcjonalny do prędkości obrotowej pompy. Niskie pulsacje przepływu pozwalają na bezproblemowe zastosowanie urządzeń pomiarowych jak przepływomierze czy czujniki ciśnienia bez konieczności stosowania dodatkowy urządzeń jak tłumiki pulsacji.
Szeroki zakres lepkości – pompa krzywkowa pozwala na transport cieczy o różnych lepkościach, co zwiększa jest aplikowalność w procesach, gdzie jedna pompa będzie tłoczyła kilka różnych produktów, lub gdzie produkt zmienia swoje właściwości w trakcie procesu.
Tłoczenie delikatnych produktów – konstrukcja pompy zapewnia niskie siły ścinające w pompowanym produkcje, co umożliwia pompowanie mediów, takich jak kremy czy jogurty bez niszczenia struktury cieczy.
Odwracalność przepływu – pompa jest pompą dwukierunkową – kierunek tłoczenia jest zależny od kierunku obrotu rotorów. Pozwala to na zastosowanie tej samej pompy zarówno do załadunku, jak i rozładunku zbiornika.
Pompowanie cieczy z cząstkami stałymi – Konstrukcja pompy umożliwia na transport cieczy z cząstkami stałymi jak jogurty z kawałkami owoców, jednocześnie nie niszcząc struktury pompowanego produktu.
Umywalność i opróżnialność – pompy krzywkowe są w pełni umywalne, a w przypadku montażu pompy z króćcami w pionie, pompa samoistnie się opróżnia. Zapewnia to niezwykle wysoką czystość procesu.
Wady pomp krzywkowych:
Niska sprawność przy cieczach o niskiej lepkości – pompa jest doszczelniana przez tłoczone medium, a co za tym idzie ma duży przepływ wsteczny (slip) przy cieczach o niskiej lepkości. Z tego powodu wymaga dodatkowej pompy generującej przepływ CIP.
Brak zdolności zasysania – z powodu braku kontaktu między krzywkami a korpusem pompa ma ograniczone możliwości co do pompowania powietrza, co jest ich wadą w stosunku do pomp śrubowych czy pomp z elastycznym wirnikiem.
Kluczowe parametry potrzebne do doboru pompy krzywkowej
Do doboru pompy krzywkowej kluczowe są następujące parametry:
|
Ciśnienie tłoczenia Wartość ta ma wpływ na slip oraz pobór mocy. Uwzględnienie zbyt wysokiego ciśnienia przy doborze pompy może skutkować nadmiernym przewymiarowanie mocy napędu oraz dobór zbyt wysokiej prędkości obrotowej. Z kolei uwzględnienie zbyt niskiego ciśnienia może skutkować niedostatecznym doborem zbyt niskiej mocy i przeciążeniem silnika. Dodatkowo należy unikać wysokich prędkości obrotowych przy wysokim ciśnieniu tłoczenia |
|
Wydajność pompy Wartość wydajności pompy jest wymagana do określenia prawidłowej prędkości obrotowej |
|
Lepkość lepkość cieczy ma wpływ na slip, a co za tym idzie na dobór odpowiedniej prędkości obrotowej. Jednocześnie lepkość ma wpływ na pobór mocy. Należy unikać wysokich prędkości obrotowych w przypadku medium o bardzo wysokiej lepkości. |
|
Informacje o dodatkowych wymaganych certyfikatach Dotyczy to informacji o m.in. certyfikatach FDA, EHEDG, 3A czy certyfikatem dla pracy w strefach zagrożonych wybuchem (ATEX). |
|
Właściwości medium – informacje o pompowanej cieczy ważne w przypadku doboru to: Temperatura medium – temperatura medium ma wpływ na dobór luzów w pompie krzywkowej. W przypadku cieczy o wysokiej temperaturze należy dobrać pompę o powiększonych luzach, to może skutkować dużym slipem w przypadku, gdy rzeczywista temperatura będzie niższa. Z drugiej strony, krzywki oraz korpus pompy mogą rozszerzać się wskutek zbyt wysokiej temperatury, co w przypadku zbyt małych luzów może skutkować zablokowaniem się pompy. Struktura produktu – istotną informacją w procesie doboru pompy krzywkowej jest struktura pompowanego produktu, jak np. wrażliwość na siły ścinające i wielkość cząstek stałych. Krystalizacja – informacja o tym, czy medium na tendencję do krystalizacji w kontakcie z powietrzem, jest kluczowa do doboru uszczelnienia pompy. Dla cieczy krystalizujących najczęściej konieczne jest zastosowanie podwójnego uszczelnienia z cieczą zaporową. |
Na co zwrócić uwagę przy zakupie pompy krzywkowej
Przy zakupie pomp krzywkowych warto zwrócić uwagę na uszczelnienie zastosowane w pompie, zastosowane materiały, sprawność pompy oraz pobór mocy. Warto również wziąć pod uwagę dostępność certyfikatów oraz części zamiennych i serwisu.
Typowe zastosowania pomp krzywkowych
Pompy krzywkowe doskonale sprawdzają się w różnych zastosowaniach przemysłowych. Najczęściej używane są w:
Przemyśle spożywczym – dzięki łagodnemu pompowaniu produktu bez jego uszkadzania, np. sery twarogowe czy jogurty.
Przemyśle kosmetycznym – dzięki możliwości pompowania produktów o różnej lepkości, takich jak mydła, szampony czy kremy.
Przemyśle farmaceutycznym – ze względu na możliwość pompowania cieczy wrażliwych na siły ścinające jak kremy czy zawiesiny bez zanieczyszczenia pompowanego produktu
Przemyśle chemicznym – ze względu na zastosowanie wysokiej klasy materiałów.
Nie jesteś pewien, która pompa jest dla Ciebie odpowiednia? Skontaktuj się z naszymi ekspertami!
Rozwiązywanie najczęstszych problemów
Pompy krzywkowe poddane odpowiedniej konserwacji charakteryzuj się wysoką niezawodnością. Najczęstszymi przyczynami uszkodzeń pomp krzywkowych są:
|
Praca na sucho W takim przypadku – z powodu braku smarowania i chłodzenia pompowanym płynem – pary cierne w uszczelnieniu nagrzewają się w skutek tarcia, co prowadzi do ich pęknięcia lub uszkodzenia ich powierzchni. Skutkuje to brakiem szczelności pompy. |
|
Zbyt wysoka temperatura pompowanego płynu W skutek pompowania cieczy o zbyt wysokiej temperaturze, korpus, pokrywa przednia oraz krzywki ulegają ekspansji termicznej i zwiększają swoje wymiary, co może spowodować tarcie pomiędzy krzywkami oraz korpusem a nawet zablokowanie się pompy. W efekcie wszystkie elementy pompy ulegają równomiernym zarysowaniom. |
|
Dostępna antykawitacyjna nadwyżka wysokości ssania (NPSHa) Wartość antykawitacyjnej nadwyżki wysokości ssania dostępnej w instalacji ssawnej (NPSHa) powinna zostać obliczona przez projektanta instalacji i brać pod uwagę wysokość napływu cieczy, ciśnienie w zbiorniku ssawnym, opory w instalacji ssawnej oraz prężność par pompowanej cieczy. |
|
Zbyt wysokie ciśnienie po stronie tłocznej W taki przypadku siła promieniowa działająca na wały od strony tłocznej może powodować ich odgięciem, co skutkuje zarysowaniami na korpusie pompy (od stronny ssącej), pokrywie przedniej (od strony tłocznej) oraz na końcówkach rotorów. |
|
Twarde cząstki stałe Twarde cząstki stałe mogą dostawać się w przestrzenie między krzywkami a korpusem i przednią pokrywą, co może powodować zarysowania na nieregularne zarysowania na korpusie i rotorach. Efekt ten jest szczególne widoczny przy montażu pompy z króćcami w poziomie, gdzie cząstki te zbierają się w dolnej części korpusu – w takim przypadku dolna krzywka jest bardziej zarysowana niż górna. |
|
Kawitacja Efektem kawitacji w pompach krzywkowych są nierównomierne uszkodzenia w postaci wżerów i erozji materiału krzywek oraz korpusu, głównie po stronie ssącej pompy. |
Akcesoria do pomp krzywkowych
Najczęściej spotykanymi akcesoriami do pomp krzywkowych są:
- przemienniki częstotliwości – pozwalają one regulować przepływ generowany przez pompę poprzez zmianę prędkości obrotowej pompy. Dodatkowo mogą służyć do zabezpieczenia pompy przed zbyt wysokim ciśnieniem, a co za tym idzie zbyt wysokim momentem obrotowym na wale silniki. Przemienniki częstotliwości wykorzystywane są również w celu integracji pompy z systemem DCS.
- zawory bezpieczeństwa – to urządzenia pozwalające na zabezpieczenie pompy przed zbyt wysokim ciśnienie po stronie tłocznym. Są to najczęściej zawory o konstrukcji grzybkowej ze sprężyną zamykającą o regulowanej sile działania. Pompy krzywkowe mogą również być wyposażone w nabudowany zawór bezpieczeństwa znajdujący się w przedniej pokrywie pompy, który w przypadku zadziałania łączy stronę ssącą i tłoczną pompy obniżając ciśnienie tłoczenia.
- zbiorniki z cieczą buforową – wypełnione cieczą smarująco-chłodzącą dla podwójnego uszczelnienie mechanicznego
- czujniki suchobiegu – wykrywające brak obecności medium w odcinku ssawnym pompy i pozwalające na wyłączenie pompy w celu zabezpieczenia uszczelnień pompy.
- wózki jezdne – które umożliwiają zastosowanie jednej pompy w kilku miejscach zakładu produkcyjnego.
