H lavným cieľom ZVČ SR je vyhľadávať, spracovávať, analyzovať, a zdieľať relevantné aspekty v rámci vedeckých, technických, vzdelávacích a ekonomických oblastí. Poslaním združenia je pomáhať pri riešení vzniknutých problémov v týchto oblastiach, podporovať prácu všetkých svojich členov a koordinovať prístupy k riešeniu problémov.
NOVINKY
Energeticky úsporné riešenia kalových čerpadiel a problémy spojených s neefektívnymi technickými návrhmi
Úvod do problematiky
To, že čerpadlá sú druhým najpoužívanejším strojom na svete hneď po elektromotoroch, je všeobecne známe. Podľa inej štatistiky zas vyplýva, že pri výrobných spoločnostiach (medzi ktoré patria aj vodárenské spoločnosti) až 20 - 25% kapitálových výdavkov komponentov (KAPEXOV) tvoria investície práve do čerpacích agregátov. Ako tretí štatistický údaj uvedieme, že až 4% celosvetovo spotrebovanej elektrickej energie minú práve vodárenské spoločnosti. Aj keď extrémne výkyvy v rámci cien elektrickej energie z roku 2022 sa v roku 2023 ustabilizovali, ceny elektrickej energie sa zastabilizovali na neporovnateľne vyšších hodnotách aké boli prechádzajúce roky a trend nepredpokladá ich pokles práve naopak. Na základe týchto informácií vyplýva, že čerpadlá boli, sú a aj budú jednou z hlavných tém v rámci znižovania prevádzkových nákladov a nákladov na investície vo vodárenských spoločnostiach. A to hlavne pri čerpadlách na odpadové vody, ktoré sú vysoko namáhavé a podliehajú násobne vyššiemu opotrebovaniu v porovnaní s čerpadlami na pitné vody.
Ako docieliť najefektívnejšiu prevádzku kalových čerpadiel
Najpoužívanejšiu frázou vo vodárenských spoločnostiach na tému kalových čerpadiel je nepochybne: „pri kalových čerpadlách sa neoplatí pozerať na účinnosti, ale aby sa neupchávali...“
Verím, že v nasledujúcej časti textu bude preukázané, že neupchávanie kalových čerpadiel je zásadnou požiadavkou v praxi, ale nie jedinou.
Najefektívnejším kompromisným nástrojom používaným pre docielenie efektívnej prevádzky je používanie nástroja „životného cyklu strojov“. Opodstatnenie tohto typu analýzy práve v dnešných dňoch začína naberá na otáčkach. A to hlavne z dôvodu, že v dnešnej dobe skoro každý výrobca ponúka typ hydrauliky, ktorý sa vie vysporiadať so špecifikami dnešných odpadových vôd (napr. skrutkovicové obežné koleso, non-clog o.k., kanálové o.k., adaptívne o.k. a pod...). Konkrétnejšie napríklad s vlhčenými utierkami a pod. Preto práve dnes je čas, keby pohľad len na neupchávanie sa vedie k limitovaným výsledkom z pohľadu úspor..
Analýza životného cyklu – LCC
Kľúčovým cieľom analýzy celkových LCC je minimalizácia celkových nákladov, čo zahŕňa kompromisy medzi prvkami analýzy LCC. Táto analýza je strategickým nástrojom na určenie, či počiatočné náklady stoja za to po zvážení veľkých budúcich nákladov, ako sú údržba, energia a prestoje.
Použitie nachádza nie len na nákupnom oddelení. Je to dôležitý nástroj, ktorý pomáha manažérom závodov pri výbere medzi alternatívnymi zdrojmi a pri rozhodovaní medzi opravou a novým nákupom.
V porovnaní kalové čerpadlá s napr. čerpadlami na pitné vody, je pri kalových čerpadlách oveľa dôležitejšie pozerať na problematiku analýzy životného cyklu oveľa komplexnejšie. A to práve z dôvodu upchávania čerpadiel a zvýšeného opotrebenia z dôvodu čerpaného média. Okrem základného pohľadu na typické náklady počas životného cyklu, je nevyhnutné napríklad doplniť aj skúsenosti prevádzkovateľa s konkrétnymi typmi hydraulík na konkrétnych pozíciách, brať do úvahy životnosť strojov resp. poskytovaný záruky na čerpadla a pod... Tento pohľad je aplikovaný aj na Slovensku, kde vodárenské spoločnosti vytvárajú komisie na čerpadlá, menia súťažné kritéria a pod...
Príklad neefektívne prevádzkovanej kanalizačnej čerpacej stanice KČS z praxe:
Príklad poukazuje na jednu reálnu prečerpávaciu stanicu v horizonte 25 rokov. Kde za toto obdobie došlo ku výmene strojov 3 krát.
Tabuľka 1
| 1. | 2.1 | 2.2 | 3. | |
|---|---|---|---|---|
| Pôvodne osadené čerpadlá od roku 1995 | Špecifikácia parametrov - nákup čerpadiel 2022 | Reálny pracovný bod čerpadla v prevádzke 2022 | Špecifikácia čerpadiel na reálne podmienky 2022 | |
| Pôvodné čerpadlá | Súčasné čerpadlá | Súčasné čerpadlá | Novonavrhované čerpadlá | |
| Q (l/s) | 100 l/s (88- 123 l/s) | 68 | 108 | 100 |
| H (m) | 4,1 m (0,3 – 0,4 bar) | 7 | 4,1 | 4,1 |
| Ƞh (%) | 68,00% | 73,10% | 61% | 80,7% |
| Ƞel.mot (%) | 85 | 86 | 87 | 87 |
| Pmot (kW) | 9,4 | 9 | 9 | 9 |
| Otáčky (ot/min) | 980 | 980 | 980 | 980 |
Tabuľka 2
| Cena elektrickej energie | 150,00 € | MWh | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Čerpadlo - prac. | Čerpadlo | Q (l/s) | H (m) | Pcelk (kW) | kWh/m3 | Spotreba el. energie za 1r | Spotreba el. v EUR | |
| 1 | Pôvodne osadené čerpadlá od roku 1995 | 100,00 | 4,10 | 6,96 | 0,019 | 60957,78 | 9143,66 | |
| 2.1 | Špecifikácia parametrov - nákup čerpadiel 2022 | 68,00 | 7,00 | 7,43 | 0,030 | 95687,53 | 14353,12 | |
| 2.2 | Reálny pracovný bod čerpadla v prevádzke 2022 | 108,00 | 4,10 | 8,19 | 0,021 | 66390,80 | 9958,62 | |
| 3 | Špecifikácia čerpadiel na reálne podmienky 2022 | 100,00 | 4,10 | 5,73 | 0,016 | 50183,87 | 7527,58 |
Ako je z vyššie uvedených dát vidieť, po ukončení životnosti čerpadiel z roku 1995 prevádzkovateľ čerpacej stanice obstaral nové čerpadlá, ktoré mali vyššiu účinnosť ako pôvodné(bod 1 a 2.1). Avšak procesnou chybou, kde namiesto prevádzkových parametrov boli odčítané z čerpadla štítkové parametre(bod 2.1), sa obstarali čerpadlá, ktoré v prevádzke sú menej účinné, ako pôvodné z roku 1995. A to až o viac než 20% (bod 2.2 a bod 3)...
Podobné chyby boli vnesené pri viacerých projektoch obnovy stojov a zariadení za účelom zníženia spotreby elektrickej energie. Výsledkom bolo nepreukázanie úspor a pozastavenie týchto zámerov. Na druhej strane v praxi je veľa príkladov, kedy sa podarilo eliminovať ako upchávanie čerpadiel a zároveň zníženie spotreby elektrickej energie a to správnym návrhom a výberom konkrétnej hydrauliky:
Záver
Problematika ohľadom kalových čerpadiel je dlhé roky preberaná s cieľom nájsť najefektívnejšie riešenia respektíve zlúčenie na jednej strane požiadavky na bezproblémový chod a to neupchávanie sa, na druhej zníženie spotreby elektrickej energie. Práve dnešná doba dáva predpoklad na veľký posun v tomto smere, z dôvodu vývoja nových typov hydraulík.
Zoznam použitej literatúry
- Ing. Maroš Hyriak, Prezentácia „Analýza životného cyklu produktu s kalkuláciou nákladov rôznych scenárov životného cyklu strojov“, slide 7, 2023
- Ing. Marek Miškov, Prezentácia „Prípadová štúdia Horný Hričov“, 2023
- Náklady na životný cyklus priemyselných čerpadiel, dostupné na: https://www.pumpsandsystems.com/life-cycle-cost-analysis-industrial-pumps
- Ing. Maroš Hyriak, Článok „Analýza technickej infraštruktúry ako prvý krok pre dosiahnutie energetickej efektivity spoločnosti“, 2023
HISTÓRIA VÝROBY ČERPADIEL
Voda je jedným z najdôležitejších elementov pre život a preto dostupnosť vody hrala kľúčovú rolu vo vývoji civilizácie. Mechanické čerpadlo bolo vynájdené už v 3. storočí pred naším letopočtom gréckym vynálezcom a inžinierom Ktésibiom. Prvé čerpadlá boli poháňané manuálne alebo prírodnými silami – vodné mlyny poháňané zvieratami.
Archimedova skrutka tzv. nekonečná skrutka bola popísaná avšak nie vynájdená starogréckym matematikom a inžinierom Archimedom (480–67 pnl.). Išlo o mechanické zariadenie používané na čerpanie vody a je stále používané na čerpanie odpadovej vody a sypkých materiálov. Archimedova skrutka bola obrovská špirála uzatvorená v drevenom valci a pomocou otáčania posúvala vodu smerom hore.
Tlakové pumpy boli popísané Philom Byzantiusom, Herom z Alexandrie (magická fontána) a Vitruviusom. Tlaková pumpa je používaná v studniach pri čerpaní vody, v člnoch na stokovú vodu, ako pivničné čerpadlo, v banských prístrojoch, v hasiacich prístrojoch a vodných tryskoch. Prvé veterné mlyny boli vynájdené aby zautomatizovali mletie obilia a čerpanie vody, neskôr známe ako systém vertikálnej osi vyvinuté v Perzí (500-900 nl.).
V roku 1580 bolo vynájdené posuvné lopatkové čerpadlo a neskôr na to aj zubové čerpadlo. Piestové vákuové čerpadlo bolo vynájdené v roku 1650 nemeckým vedcom a politikom von Guerickym. Piestové čerpadlo bolo vynájdené v roku 1675 anglickým akademikom a matematikom sedemnásteho storočia Sirom Samuelom Morlandom.
Koncom osemnásteho storočia nastal prelom pri vynájdení parného motora Jamesom Wattom. Rapídny rozvoj v priemysle nastal v 19. storočí pri výrobe tepelných a elektrických motorov, to taktiež poskytlo riešenie na viaceré problémy, ktoré by bez čerpadiel nebolo možné vyriešiť. Dnes už všetky existujúce pumpy otvárajú úplne nový horizont vo využívaní vodných zdrojov.
ČLENOVIA
PRAKTIKPUMP, s.r.o.
Spoločnosť PRAKTIKPUMP sa od svojho založenia vyprofilovala ako inžiniersko-realizačná firma pre technologické celky, s akcentom na strojnú technológiu. Sme komplexný partner, ktorý zastrešuje projekty od prvotného technologického návrhu, cez projekciu, realizáciu, engineering, až po finálnu technickú dokumentáciu a certifikáciu.
Spoločnosť má profesionálnu inžiniersku a realizačnú základňu, vďaka ktorej pokrýva náročné strojnotechnologické realizácie a komplexné projekty na kľúč. Tie v sebe často zahŕňajú nielen typický rozsah inžinierskych a realizačných činností, ale aj oblasť výskumu a vývoja zariadení a diela ako celku.
Jadrom našich činností je dlhoročná expertíza v oblasti točivých strojov. Sme expertom na priemyselné aplikácie čerpacej a vákuovej techniky. Ponúkame profesionálne služby v oblasti čerpadiel, dúchadiel, vývev či armatúr.
Naše tímy skúsených hydraulikov a konštruktérov dlhoročne zastrešujú komplexné projekty na kľúč vo vodárenstve či priemyselných odvetviach. Zároveň disponujeme najväčším servisným strediskom pre točivé stroje na Slovensku.
SPIRAM, s.r.o.
Skrutkovité čerpadlá SPIRAM sú originálnym výrobkom spoločnosti PRAKTIKPUMP, s.r.o. Ich vývoj a výroba prebieha na Slovensku a sú definíciou moderného štandardu čerpania s nízkym a stredným tlakom a vysokým prietokom. Čerpadlá sú určení na čerpanie kalov s vysokým obsahom pevných častí a spĺňajú najnáročnejšie požiadavky ekologickej prevádzky.
Čerpadlá SPIRAM sú odstredivými čerpadlami, ktoré sa vyznačujú obežným kolesom s jednou obežnou lopatkou v tvare špirály, tá zaručuje čerpanie médií s minimálnou pravdepodobnosťou upchávania sa, a zároveň maximálne znižuje možnosť namotania vláknitých látok pri vysokej účinnosti. Tento fakt značne znižuje prevádzkové náklady zariadenia. Vďaka týmto benefitom sú čerpadlá SPIRAM vhodné na čerpanie ťažko čerpateľných médií s vysokým obsahom pevných látok.
Slovak 
English