Energooszczędna eksploatacja pomp głębinowych
Książka stanowi szczególnie cenne źródło informacji dla osób zajmujących się eksploatacją, pomiarami (badaniem), modernizacjami, remontami pomp przeznaczonych do pracy w zmiennych warunkach eksploatacyjnych określanych przez wymagania dotyczące ich parametrów przepływowo-energetycznych.
Ocenia się, że 20÷30% produkowanej w Polsce energii elektrycznej zużywają pompy, wśród, których istotną część stanowią pompy stosowane w transporcie wód pitnych. Uwzględniając aktualny wzrost znaczenia wód podziemnych, szczególnie w okresach długotrwałej suszy, tematyka podjęta w książce jest bardzo aktualna.
Eksploatacja głębinowych ujęć charakteryzuje się złożonością i wzajemnymi powiązaniami zagadnień techniki pompowej i hydrogeologii. Obecnie aktualna tematyka energooszczędności maszyn wymaga również od projektantów układów pompowych (pompa + instalacja) korzystania z zaawansowanych metod projektowych wykorzystujących numeryczne metody obliczeń parametrów przepływowych w kanałach hydraulicznych pomp. Stosowane w agregatach pompowych napędowe silniki elektryczne powinny charakteryzować się możliwie wysokimi sprawnościami. Zarówno pompy, jak ich napędowe silniki elektryczne, powinny się charakteryzować wysokimi sprawnościami w szerokim zakresie zmian parametrów przepływowych agregatów pompowych.
Bardzo ważnym elementem eksploatacji agregatów pomp głębinowych są układy sterowania ich pracy. W związku z powyższym autorzy przedstawili w książce teoretyczne podstawy techniki pompowej i elektrotechniki. Zagadnienia teoretyczne często ilustrowane są graficznie przykładami z praktyki przemysłowej autorów, co świadczy o dużym doświadczeniu praktycznym, jak i ich głębokiej wiedzy inżynierskiej.
Omawiane w książce zagadnienia z obszaru diagnostyki, niezawodności pracy układów pompowych, materiały graficzne z systemu informatycznego oraz przedstawione metody bilansu energii w eksploatacji są obecnie aktualnymi kierunkami rozwoju technik pompowych systemów eksploatacji pomp.
W książce wyróżnić można 6 części.
W pierwszej części książki, obejmującej rozdział 2, omówiono podstawy teoretyczne dotyczące pomp przepływowych. Szczególną uwagę poświęcono opisowi niezbędnych podstaw wiedzy z teorii pomp wirowych – głębinowych. Przedstawiono również niezbędne minimum dotyczące wiedzy z elektrotechniki ułatwiającej czytelnikowi zrozumienie znaczenia pomiarów elektrycznych w eksploatacji napędowych silników elektrycznych pomp głębinowych.
Część druga dotyczy budowy klasycznych i specjalistycznych konstrukcji pomp i silników głębinowych, obejmująca rozdziały 3 i 4. W rozdziałach tych zestawiono aktualnie stosowane rozwiązania konstrukcyjne, zarówno pomp jak i siników, co umożliwi czytelnikowi poznanie wpływu konstrukcji głębinowych agregatów pompowych na ich parametry eksploatacyjne.
Część trzecia dotyczy budowy oraz funkcjonowania układów pompowych pomp głębinowych. Część ta obejmuje rozdział 5. W rozdziale tym czytelnik ma możliwość zapoznania się z współpracą agregatu pompowego ze studnią, w której agregat jest zabudowany. Opisane i sklasyfikowane metody regulacji pracy pomp dają czytelnikowi możliwość oceny energetycznych skutków dla każdej z nich. Wprowadzono wzór na sprawność energetyczną układu pompowego pompy głębinowej, który w sposób jednoznaczny pozwala ocenić energochłonność jej eksploatacji. Podkreślenie znaczenia diagnostyki oraz niezawodności w eksploatacji ujęć wód podziemnych i prezentacja rozwiązań w tym zakresie jest ważnym osiągnięciem autorów, świadczącym o ich dużym doświadczeniu eksploatacyjnym.
Część czwarta dotyczy systemowego zarządzania, sterowania i monitorowania eksploatacji pomp. Część ta obejmuje rozdział 6. Prezentacja konkretnego sprawdzonego w eksploatacji rozwiązania systemowego dodatkowo wzbogaca treść książki, ponieważ pokazuje, że teoretycznie udowodnione działania sprawdzają się w praktyce. Opis systemu jest zwięzły i czytelny. Na uwagę zasługuje fakt pokazujący zakres ilości parametrów i informacji, które należy przetworzyć by dokładnie ocenić energochłonność eksploatacji ujęć wody.
Część piąta dotyczy zaleceń i uwag w energooszczędnej eksploatacji pomp głębinowych. Część ta obejmuje rozdział 7. W rozdziale tym przedstawiono czytelnikowi konkretne rozwiązania i przykłady energooszczędnej eksploatacji ujęć wody. Czytelnik może praktycznie skorzystać z konkretnych rozwiązań i zapoznać się z ich interpretacją. Szczegółową prezentację oddziaływania charakterystyk studni na pracę agregatu pompowego można zaliczyć do nowoczesnych metod pomagających w ocenach współdziałania hydraulicznego ujęcia studziennego. Przedstawione w książce współcześnie najnowsze rozwiązania w energooszczędnej eksploatacji pomp głębinowych pokazują konkretne wartości sprawności lub oszczędności energii.
W części szóstej zatytułowanej kierunki rozwoju obejmującej rozdział 8 podane zostały cztery kierunki działań w zakresie rozwoju energooszczędnej eksploatacji pomp głębinowych informujące czytelnika o wymaganiach dotyczących dalszych inwestycji. Przedstawiono również sposób obliczeń i interpretacji wskaźnika jakości energetycznej geohydrauliki studziennej, poszerza to jakość ocen i pokazuje, że ocena zużycia w systemie eksploatacji powinna być ściśle powiązana z otoczeniem tego systemu.
Reasumując, uważam że:
książka jest cenną pozycją wydawniczą z uwagi na trafność i aktualność podjętej tematyki, ponieważ przedstawia optymalny sposób eksploatacji licznych pomp głębinowych pracujących między innymi w systemach odwadniania kopalń węgla brunatnego i kamiennego oraz na ujęciach wód w zakładach produkcji wody;
stanowi ona unikalne opracowanie przyczyniające się do upowszechnienia wiedzy i zasad w zakresie energooszczędnej eksploatacji i sposobów jej oceny, uzyskiwanych efektów energetycznych w eksploatacji wód głębinowych;
treść książki prezentuje wysoki poziom merytoryczny, ma charakter naukowo-techniczny porządkujący problemy związane z optymalną eksploatacją oraz regulacją pomp i instalacji pompowych, w których wykorzystano wieloletni dorobek autorów w zakresie badań, pomiarów i analiz związanych z rozwiązywaniem problemów eksploatacyjnych tego typu maszyn i obiektów.
Prof. dr hab. inż. Andrzej Błaszczyk
1. Wstęp
1.1. Wykaz ważniejszych oznaczeń
2. Podstawy teoretyczne
2.1. Podstawowe zagadnienia z teorii pomp wirowych – głębinowych
2.1.1. Parametry pompy
2.1.1.1. Wydajność
2.1.1.2. Wysokość podnoszenia
2.1.1.3. Pobór mocy
2.1.1.4. Sprawność
2.1.1.5. Prędkość obrotowa
2.1.1.6. Parametry nominalne
2.1.2. Przepływ energii w pompie głębinowej
2.1.3. Rodzaje strat w pompie
2.1.3.1. Straty mechaniczne
2.1.3.2. Straty objętościowe
2.1.3.3. Straty hydrauliczne
2.1.4. Podobieństwo przepływów. Wyróżnik szybkobieżności
2.1.5. Charakterystyki pomp wirowych – głębinowych
2.2. Podstawowe parametry silników – głębinowych
2.2.1. Parametry znamionowe silników
2.2.1.1. Napięcie i częstotliwość zasilania
2.2.1.2. Prędkość obrotowa
2.2.1.3. Moc znamionowa silnika
2.2.1.4. Sprawność silnika
2.2.1.5. Prąd znamionowy i rozruchowy silnika
2.2.1.6. Współczynnik mocy
2.2.1.7. Moment silnika
3. Pompy głębinowe
3.1. Zastosowanie
3.2. Budowa pomp głębinowych
3.2.1. Klasyczne konstrukcje pomp głębinowych
3.2.2. Inne konstrukcje pomp głębinowych
4. Silniki głębinowe
4.1. Silniki głębinowe półsuche
4.2. Silniki głębinowe mokre
4.3. Silniki głębinowe specjalne
4.4. Uwarunkowania w eksploatacji silników głębinowych
4.4.1. Dobory mocy silników do warunków pracy
4.4.1.1. Obliczanie mocy silnika dla temperatur medium standardowo dopuszczalnych
4.4.1.2. Obliczanie mocy silnika dla temperatur medium większych niż znamionowe
4.4.2. Zabezpieczenia pracy silników
4.4.3. Rozruch silników
4.4.3.1. Rozruch bezpośredni
4.4.3.2. Rozruch poprzez soft start
4.4.3.3. Przemienniki częstotliwości
4.4.4. Kable zasilające
4.4.4.1. Oznaczenia kabli
4.4.4.2. Dobory kabli zasilających
4.4.4.3. Obliczanie przekroju przewodu dla danego spadku napięcia
4.4.5. Zasilanie awaryjne – agregaty prądotwórcze
4.4.6. Różnice konstrukcyjne i eksploatacyjne silników asynchronicznych i synchronicznych
4.4.6.1. Charakterystyka mechaniczna
4.4.6.2. Napięcie zasilania
4.4.6.3. Współczynnik mocy
5. Układy pompowe studni
5.1. Budowa standardowych układów pompowych studni głębinowych
5.2. Budowa specjalistycznych układów pompowych pomp głębinowych
5.3. Charakterystyka układu pompowego pompy głębinowej
5.4. Współpraca charakterystyki pompy i charakterystyki układu
5.5. Dobór pompy głębinowej do wymaganych parametrów pracy układu pompowego
5.6. Sprawność energetyczna układu pompowego pompy głębinowej
5.7. Analiza niezawodności w eksploatacji pomp i układów pompowych
5.7.1. Miejsce i rola diagnostyki w systemach eksploatacji pomp głębinowych i ich otoczeniu
5.7.2. Analiza niezawodności
6. Systemowe zarządzanie, sterowanie i monitorowanie w eksploatacji pomp głębinowych
6.1. Technika cyfrowa w systemach eksploatacji pomp
6.2. Systemowe zarządzanie, interaktywny monitoring i sterowanie pracą pomp głębinowych
6.2.1. Technika informatyczna w zarządzaniu eksploatacją pomp głębinowych
6.2.2. Dedykowane wersje oprzyrządowania i opomiarowania układów pompowych
6.2.3. Funkcjonowanie systemu
6.2.4. Zdalny przekaz danych, sterowanie pracą pomp
6.2.5. Zakres przetwarzanych danych i informacji
7. Wybrane zalecenia i uwagi w prowadzeniu energooszczędnej eksploatacji pomp głębinowych
7.1. Opomiarowanie układu pompowego pompy głębinowej
7.1.1. Zintegrowana sonda pomiarów ciśnień
7.1.2. Inteligentne przetworniki ciśnienia
7.1.3. Miernik przepływu
7.1.4. Miernik parametrów sieci
7.2. Interpretacja wyników pomiarów
7.3. Systemowy, uniwersalny wskaźnik energochłonności układu pompowego
7.3.1. Podstawowe wersje pracy układów pompowych pomp głębinowych
7.3.2. Wyliczenie wskaźnika
7.4. Stacje prób pomp głębinowych
7.4.1. Znaczenie stacji prób
7.4.2. Korzyści z posiadania stacji prób
7.5. Wpływ zmiany stanu technicznego studni na zużycie energii w eksploatacji ujęcia
7.5.1. Współpraca charakterystyk – pompy i zmienionej charakterystyki studni
7.5.2. Symulacja komputerowa w SPMSYSTEM
7.6. Zastosowanie energooszczędnych agregatów z silnikami synchronicznymi
7.6.1. Silniki synchroniczne
7.6.2. Porównanie agregatu tradycyjnego i agregatu optymalizującego zużycie energii
7.7. Komputerowy kreator doboru pomp do prognozowanych warunków pracy w studni
7.7.1. Praca modeli matematycznych systemu
7.7.2. Wybrane elementy z algorytmu pracy komputerowego modelu doboru pomp
7.7.2.1 Charakterystyka studni
7.7.2.2. Charakterystyka strat liniowych
7.7.2.3. Charakterystyka strat armatury
7.7.2.4. Charakterystyka ciśnienia odpływu
7.7.2.5 Finalna charakterystyka układu pompowego w studni
7.7.2.6. Komputerowo wyznaczony punkt pracy pompy i układu pompowego
8. Kierunki rozwoju energooszczędnej eksploatacji pomp i ujęć głębinowych
8.1. Diagnostyka stanu technicznego studni
8.1.1. Rola diagnostyki studziennej w energooszczędnej eksploatacji ujęć
8.1.2. Wskaźnik jakości energetycznej geohydrauliki studziennej – bilans mocy
8.2. Nowoczesne technologie w technice pompowej i elektrotechnice
8.3. Systemowe zarządzanie w eksploatacji pomp głębinowych
8.4. Wzrost zastosowania źródeł energii odnawialnej w eksploatacji pomp głębinowych
Literatura
Recenzenci: prof. dr hab. inż. Andrzej Błaszczyk
Wydanie: pierwsze
Rok wydania: 2021
ISBN: 978-83-60956-68-7
Ilość stron: 202
Wydawca: Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o.
Format książki: wersja cyfrowa (dostęp online)
dr inż. Marian STRĄCZYŃSKI - Ukończył (1974 r.) Wydział Mechaniczno-Energetyczny Politechniki Wrocławskiej. W 1983 r. uzyskał tytuł doktora nauk technicznych. Od początku pracy zawodowej związany jest z górnictwem – Zabrzańska Fabryka Maszyn Górniczych „Powen” w Zabrzu, Kopalnia Węgla Brunatnego „Bełchatów” (długoletni Główny Specjalista ds. Pomp), gdzie nadzorował gospodarkę remontową w jednym z największych w Europie systemów eksploatacji pomp głębinowych. Od początku lat dziewięćdziesiątych prowadzi konsultacje dla przedsiębiorstw wodociągowych oraz górniczych z zakresu eksploatacji pomp. W 1994 r. założył firmę MAST, którą prowadzi do dziś. Posiada wiele patentów z zakresu eksploatacji i budowy pomp oraz silników głębinowych. Jest autorem licznych publikacji poświęconych systemom sterowania oraz eksploatacji pomp głębinowych. Współzałożyciel Szkoły Eksploatacji Pomp, powołanej 2005 r. przez Izbę Gospodarczą Wodociągi Polskie, w której wykładał i sprawował nadzór merytoryczny. W latach 2007–2012 uczestniczył w procedurach WUG dopuszczających do eksploatacji głębinowe agregaty pompowe wysokich mocy w polskim górnictwie węgla kamiennego. Współautor podręczników eksploatacji pomp w wodociągach i górnictwie oraz książki „Pompy głębinowe”. Jest członkiem Rady Programowej Forum Eksploatatora. Prowadził wykłady na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
mgr inż. Paweł URBAŃSKI – mechanik o specjalności technologia maszyn, absolwent Politechniki Łódzkiej, Wydział Mechaniczny. Od 1985 r. pracuje w Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów. W latach 1997–2008 kierował oddziałem remontów pomp i silników głębinowych, a od 2008 r. pełni funkcję Nadsztygara Mechanicznego w Dziale Odwodnienia Kopalni. W 1989 r. ukończył Studium Podyplomowe na Wydziale Mechanicznym PŁ w zakresie technologii budowy maszyn i inżynierii materiałowej, a w 2008 r. Studia Podyplomowe na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii AGH w Krakowie w zakresie Górnictwa Odkrywkowego Węgla Brunatnego.
Jest współautorem czterech patentów wdrożonych w przemyśle i dwóch zgłoszeń patentowych z dziedziny konstrukcji podzespołów pomp i silników głębinowych oraz systemów eksploatacji głębinowych agregatów pompowych.
Współautor trzech wydań „Podręcznika eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji” oraz książki „Pompy głębinowe”. Autor kilkunastu artykułów i referatów z zakresu: systemów odwadniania wyrobisk górniczych złóż węgla brunatnego, automatyzacji systemu odwodnienia wgłębnego, konstrukcji części i podzespołów oraz zasad remontowych pomp i silników głębinowych, jak i zatapialnych zespołów pompowych dużych mocy.
Wykładowca w Szkole Eksploatacji Pomp powołanej w 2005 r. przez Izbę Gospodarczą Wodociągi Polskie.
mgr inż. Dariusz LATOŃ – mechanik o specjalności technologia maszyn, absolwent Politechniki Łódzkiej, Wydział Mechaniczny. Od 1996 r. pracuje w Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów. W latach 1998–2003 jako współautor opracował i wdrożył uniwersalny system cyfrowej kodyfikacji agregatów pompowych i ich części zamiennych eksploatowanych w systemach odwadniania kopalń. Od 2006 roku kieruje Działem Gospodarki Pompami w jednym z największych w Europie systemów eksploatacji pomp głębinowych – PGE KWB Bełchatów. W latach 2003–2008 wdrażał do eksploatacji i nadzorował testy najnowszych konstrukcji pomp głębinowych produkcji Hydro Vacuum S.A. W roku 2008 ukończył Studia Podyplomowe na Wydziale Organizacji i Zarządzania PŁ w zakresie Zarządzania Przemysłem, a w 2012 ukończył Studia Podyplomowe na Wydziale Zarządzania UŁ w zakresie Finansów i Strategii Spółek. Autor artykułów i referatów z zakresu: systemów odwadniania wyrobisk górniczych złóż węgla brunatnego, automatyzacji systemu odwodnienia wgłębnego, konstrukcji części i podzespołów oraz zasad remontowych pomp i silników głębinowych, jak i zatapialnych zespołów pompowych dużych mocy.
