Jaki silnik elektryczny do pompy przemysłowej? Dobór mocy i parametrów

Dobór silnika do pompy przemysłowej nie powinien sprowadzać się wyłącznie do porównania mocy podanej na tabliczce znamionowej. W praktyce o poprawnej pracy całego układu decydują również prędkość obrotowa, charakterystyka obciążenia, sposób rozruchu, napięcie zasilania, warunki środowiskowe oraz sposób regulacji wydajności pompy.

Nieprawidłowo dobrany silnik może zwiększać zużycie energii, powodować problemy z rozruchem, przegrzewanie napędu albo prowadzić do częstszych przestojów. Dlatego silnik elektryczny do pompy powinien być dobierany jako element całego układu napędowego, a nie jako osobne urządzenie.

Od czego zacząć dobór silnika do pompy?

Pierwszym krokiem jest określenie wymagań samej pompy i instalacji, w której będzie pracowała. Należy znać przede wszystkim:

• wymaganą moc na wale pompy,
• prędkość obrotową,
• moment wymagany podczas pracy i rozruchu,
• charakterystykę obciążenia,
• sposób regulacji wydajności,
• częstotliwość rozruchów,
• napięcie dostępne w instalacji,
• warunki środowiskowe,
• sposób zabudowy i montażu.

W przypadku modernizacji istniejącej instalacji ważnych informacji dostarcza również dokumentacja pompy i dane starego napędu.

Sama informacja, że dotychczas pracował tam np. silnik 30 kW, nie zawsze wystarcza do zamówienia zamiennika.

Jak dobrać moc silnika elektrycznego do pompy?

Jednym z najważniejszych parametrów jest moc wymagana przez pompę w rzeczywistym punkcie pracy.

Silnik powinien zapewniać odpowiednią moc w całym przewidywanym zakresie działania instalacji. Trzeba uwzględnić nie tylko nominalny punkt pracy, ale również możliwość zmian przepływu, ciśnienia czy właściwości tłoczonego medium.

Dobieranie silnika dokładnie „na styk” może być ryzykowne, jeżeli występują zmienne warunki pracy.

Z drugiej strony nadmierne przewymiarowanie również nie jest optymalnym rozwiązaniem.

Co powoduje niedowymiarowanie silnika?

Jeżeli moc silnika jest zbyt mała w stosunku do zapotrzebowania pompy, mogą pojawić się:

• przeciążenia,
• wzrost temperatury uzwojeń,
• wyzwalanie zabezpieczeń,
• problemy z osiągnięciem wymaganej prędkości,
• skrócenie żywotności napędu.

W skrajnych przypadkach silnik może pracować poza dopuszczalnym zakresem przez znaczną część czasu.

Czy warto przewymiarować silnik?

Niewielki zapas mocy może być uzasadniony, ale montowanie silnika znacznie większego niż wymaga tego aplikacja często prowadzi do niepotrzebnego wzrostu kosztów inwestycji i mniej korzystnej pracy przy częściowym obciążeniu.

Moc silnika do pompy powinna wynikać z obliczeń i charakterystyki urządzenia, a nie z założenia, że większy silnik zawsze będzie bezpieczniejszy.

Moment obrotowy i charakterystyka obciążenia pompy

Przy doborze napędu należy uwzględnić również wymagany moment obrotowy.

W wielu aplikacjach z pompami odśrodkowymi zapotrzebowanie na moment zmienia się wraz z prędkością. Ma to szczególne znaczenie w układach wyposażonych w regulację obrotów.

Inaczej mogą zachowywać się pompy wyporowe, dla których moment wymagany podczas pracy może być znacznie bardziej zależny od ciśnienia niż od samej prędkości.

Dlatego pytanie „jaki silnik do pompy?” powinno być poprzedzone określeniem rodzaju pompy i jej charakterystyki.

1500 czy 3000 obr./min – jaka prędkość silnika do pompy?

W instalacjach przemysłowych często stosowane są silniki pracujące z prędkościami zbliżonymi do 1500 lub 3000 obr./min przy częstotliwości sieci 50 Hz.

Dobór konkretnej prędkości wynika przede wszystkim z konstrukcji i parametrów pompy.

Silnik o wyższej prędkości może umożliwić uzyskanie określonych parametrów pompy przy mniejszych gabarytach urządzenia, jednak większe obroty mogą mieć wpływ m.in. na zużycie elementów mechanicznych, poziom hałasu czy wymagania dotyczące łożyskowania.

Silniki czterobiegunowe pracujące z prędkością zbliżoną do 1500 obr./min są często stosowane tam, gdzie wymagane są niższe obroty i odpowiedni moment.

Nie należy samodzielnie zmieniać prędkości nominalnej napędu bez sprawdzenia, czy pompa może bezpiecznie pracować w nowych warunkach.

Silnik do pompy 400 V czy 690 V?

Napięcie silnika musi odpowiadać parametrom instalacji i sposobowi zasilania.

W wielu zakładach przemysłowych standardem są układy 400 V, jednak przy większych mocach stosowane są również silniki i instalacje przystosowane do innych napięć, w tym 690 V.

Podczas doboru należy sprawdzić oznaczenia napięcia i sposobu połączenia uzwojeń znajdujące się na tabliczce znamionowej.

Ma to znaczenie szczególnie przy modernizacji istniejących instalacji, gdzie nowy silnik powinien być kompatybilny z aparaturą zabezpieczającą i sterującą.

Sposób rozruchu silnika do pompy

Rozruch większego silnika może powodować znaczny wzrost pobieranego prądu. Dlatego już na etapie doboru napędu należy określić sposób uruchamiania pompy.

W zależności od mocy i konstrukcji instalacji mogą być stosowane m.in. rozruch bezpośredni, układ gwiazda-trójkąt, softstart albo przemiennik częstotliwości.

Sposób rozruchu powinien być dopasowany zarówno do silnika, jak i do pompy oraz możliwości sieci zasilającej.

Kiedy warto zastosować silnik do pompy z falownikiem?

Falownik jest szczególnie przydatny wtedy, gdy wydajność pompy nie musi być stała.

Regulując prędkość obrotową silnika, można dostosowywać pracę pompy do aktualnego zapotrzebowania procesu zamiast ograniczać przepływ wyłącznie za pomocą zaworów.

Takie rozwiązanie jest powszechnie stosowane m.in. w instalacjach:

• wodnych,
• chłodniczych,
• wentylacyjnych,
• technologicznych,
• obiegowych.

Silnik do pompy z falownikiem musi być jednak prawidłowo dobrany do pracy z przemiennikiem oraz do przewidywanego zakresu prędkości.

Przy bardzo niskich obrotach należy zwrócić uwagę między innymi na skuteczność chłodzenia silnika.

IE3, IE4 czy IE5 – jaka sprawność silnika ma znaczenie?

Pompy przemysłowe często pracują przez wiele godzin na dobę, dlatego zużycie energii może mieć znacznie większy udział w całkowitym koszcie eksploatacji niż sama cena zakupu napędu.

Z tego powodu przy pracy ciągłej warto analizować zastosowanie silników o wysokiej klasie sprawności, np. IE3, IE4 lub w odpowiednich aplikacjach IE5.

Im większa moc i liczba godzin pracy w ciągu roku, tym większe znaczenie mogą mieć różnice w sprawności.

Dobór klasy energetycznej powinien jednak uwzględniać cały układ pompy i rzeczywisty profil obciążenia.

Stopień ochrony IP i warunki pracy

Silnik elektryczny do pompy przemysłowej często pracuje w trudniejszych warunkach niż standardowe urządzenia montowane wewnątrz suchego pomieszczenia.

Przy doborze należy określić, czy napęd będzie narażony na:

• wilgoć,
• pył,
• zachlapanie,
• wysoką lub niską temperaturę,
• agresywne środowisko,
• pracę na zewnątrz.

Na tej podstawie dobiera się odpowiedni stopień ochrony IP oraz wykonanie silnika.

W typowych warunkach przemysłowych często spotyka się silniki o stopniu ochrony IP55, ale rzeczywiste wymagania powinny wynikać z miejsca instalacji.

Rodzaj pracy silnika – dlaczego S1 jest tak częsty?

Wiele pomp procesowych, obiegowych i technologicznych pracuje przez długi czas bez przerwy. W takich aplikacjach typowym rozwiązaniem jest silnik przystosowany do pracy ciągłej S1.

Jeżeli pompa jest często uruchamiana i zatrzymywana albo pracuje w cyklach, należy sprawdzić, czy sposób eksploatacji odpowiada dopuszczalnemu rodzajowi pracy silnika.

Duża liczba rozruchów może zwiększać obciążenie cieplne napędu.

Sposób montażu silnika

Nowy silnik musi być również mechanicznie kompatybilny z pompą i konstrukcją urządzenia.

Należy sprawdzić m.in.:

• wielkość mechaniczną,
• wysokość osi,
• średnicę i długość wału,
• sposób mocowania,
• wykonanie łapowe lub kołnierzowe,
• wymiary kołnierza,
• kierunek montażu.

Przy wymianie silnika różnice w mocowaniu mogą wymagać przebudowy podstawy, sprzęgła albo innych elementów układu.

Jak dobrać zamiennik starego silnika do pompy?

W przypadku modernizacji najlepiej rozpocząć od zebrania danych z tabliczki znamionowej istniejącego silnika.

Warto sprawdzić:

• producenta i typ,
• moc znamionową,
• napięcie,
• prąd znamionowy,
• częstotliwość,
• prędkość obrotową,
• współczynnik mocy,
• klasę sprawności,
• stopień ochrony IP,
• klasę izolacji,
• rodzaj pracy,
• wykonanie mechaniczne.

Nie oznacza to jednak, że nowy silnik zawsze musi być identyczny.

Modernizacja może być dobrym momentem na sprawdzenie, czy dotychczasowy napęd nie był przewymiarowany i czy zastosowanie bardziej efektywnego rozwiązania nie przyniesie korzyści eksploatacyjnych.

Przykładowy dobór silnika elektrycznego do pompy

Załóżmy, że pompa pracująca w instalacji technologicznej wymaga około 18 kW mocy na wale w nominalnym punkcie pracy i powinna pracować z prędkością około 1450 obr./min.

Pierwszym krokiem jest sprawdzenie charakterystyki pompy i maksymalnego możliwego zapotrzebowania na moc w przewidywanym zakresie pracy.

Jeżeli analiza potwierdzi, że zapotrzebowanie nie przekracza wartości bezpiecznej dla standardowego silnika 22 kW, można rozważyć taką moc znamionową zamiast doboru jednostki dokładnie odpowiadającej 18 kW.

Następnie należy określić:

1. silnik czterobiegunowy o prędkości zbliżonej do 1500 obr./min,
2. napięcie zgodne z instalacją, np. 400 V,
3. odpowiedni sposób montażu do konkretnej pompy,
4. stopień ochrony wynikający z miejsca pracy,
5. rodzaj pracy, np. S1,
6. klasę sprawności odpowiednią do liczby godzin pracy,
7. sposób rozruchu,
8. potrzebę zastosowania falownika, jeżeli wydajność pompy ma być regulowana.

Dopiero po przejściu przez te punkty można mówić o prawidłowo dobranym napędzie.

Jest to przykład pokazujący sposób postępowania. Ostateczny dobór powinien zawsze opierać się na danych producenta pompy oraz rzeczywistych warunkach instalacji.

Najczęstsze błędy przy doborze silnika do pompy

Do problemów najczęściej prowadzą:

• dobór wyłącznie na podstawie mocy starego silnika,
• nieuwzględnienie charakterystyki pompy,
• zbyt duże przewymiarowanie napędu,
• brak analizy momentu podczas rozruchu,
• wybór niewłaściwej prędkości obrotowej,
• nieuwzględnienie warunków środowiskowych,
• brak sprawdzenia wykonania mechanicznego,
• pominięcie sposobu regulacji wydajności,
• zastosowanie silnika nieprzystosowanego do rzeczywistego profilu pracy.

Każdy z tych błędów może oznaczać problemy z uruchomieniem instalacji albo wyższe koszty jej późniejszej eksploatacji.

Jaki silnik elektryczny do pompy wybrać?

Prawidłowy dobór silnika do pompy wymaga analizy większej liczby parametrów niż sama moc znamionowa. Należy uwzględnić charakterystykę pompy, moment obrotowy, prędkość, napięcie, sposób rozruchu, rodzaj pracy, warunki środowiskowe i sposób regulacji.

W przypadku pomp pracujących przez wiele godzin na dobę warto również przeanalizować sprawność całego układu napędowego, ponieważ nawet niewielkie różnice w zużyciu energii mogą mieć istotne znaczenie w skali roku.

MGE24 pomaga w doborze silników elektrycznych do pomp przemysłowych, zarówno w nowych instalacjach, jak i przy wymianie lub modernizacji istniejących napędów. Dobór może zostać wykonany na podstawie parametrów pompy, warunków pracy oraz danych dotychczasowego silnika.