Najpopularniejsze wirniki do pomp ściekowych

Prezentowany materiał ma za zadanie przybliżyć użytkownikom pomp popularne rodzaje wirników stosowanych w pompach do ścieków oraz pokazać podstawowe kryteria ich doboru. Porównania i opinie są subiektywną oceną autora na podstawie kilkunastu lat doświadczenia w pracy konstruktora pomp i przepompowni ścieków oraz licznych kontaktów z użytkownikami pomp do kanalizacji sanitarnych i deszczowych.

Działanie wirnika w pompie

Wirnik hydrauliczny w pompie ma za zadanie przekazać jak najwięcej energii przepływającej przez niego cieczy, wprawiając ją w ruch. Nadanie cieczy odpowiedniej prędkości, umożliwia wyrzucenie jej z korpusu pompy z określonymi parametrami: ciśnieniem podawanym najczęściej w metrach słupa wody – H [m] – i wydatkowi podawanemu w litrach na sekundę, metrach sześciennych na godzinę lub litrach na minutę. Każdy producent pomp stara się zoptymalizować kształty swoich wirników, tak aby ich parametry zapewniały kompromis pomiędzy rodzajem tłoczonego medium, a akceptowalnym zużyciem energii potrzebnej do wprawienia wirników w obrót. Dlaczego więc mamy tak dużo rodzajów wirników i ciągły dylemat, który wirnik do jakiego medium zastosować?

Rodzaje tłoczonego medium

Pod pojęciem ścieki kryje się szerokie spektrum cieczy o konsystencji zbliżonej do wody, ale o bardzo różnych właściwościach fizyko-chemicznych. Począwszy od wód deszczowych, poprzez ścieki szare, ścieki bytowo-gospodarcze (komunalne), aż do ścieków przemysłowych – mamy niekończącą się liczbę kombinacji zawartości ciał stałych, składu chemicznego oraz temperatury. Np. wody deszczowe zawierają bardzo często drobiny kurzu, piasku oraz różnych substancji spłukiwanych z dachów, ulic czy pojazdów. Ścieki szare charakteryzują się dużą zawartością mydlin, proszków i płynów do czyszczenia oraz tłuszczów pochodzenia kuchennego, mają skład ścieków bytowo-gospodarczych, ale bez frakcji stałych i fekaliów. Typowe ścieki komunalne niosą w sobie cały arsenał ciał stałych z toalet, odpadów kuchennych oraz – co najgorsze – śmieci, które nieświadomi użytkownicy beztrosko wrzucają do kanalizacji. Ścieki przemysłowe to najtrudniejsze do utylizacji i transportu medium, będące mieszaniną kwaśnych, zasadowych czy ropopochodnych substancji działających destrukcyjnie na wiele z popularnych materiałów konstrukcyjnych, takich jak żeliwo, stal, beton, pvc czy guma. Wymagają nie tylko odpowiednich kształtów wirników, ale również materiałów konstrukcyjnych jak stal kwasoodporna, ceramika, polietylen wysokiej gęstości, czy epdm.

Najpopularniejsze rodzaje wirników do ścieków:

 
Vortex – swobodny przelot

 
Jednokanałowy zamknięty

Wielokanałowy zamknięty

 

 

Jednokanałowy otwarty

S-Flow

Wirniki do rozdrabniaczy

 

 

 

 

 

 

Wirniki typu Vortex

Wirnik vortex to jeden z najczęściej spotykanych otwartych wirników wielokanałowych (wielołopatkowych) do ścieków. Jego podstawową zaletą jest praca w znacznej odległości od korpusu pompy. Wirnik przekazuje energię części cieczy, ale powoduje jednoczesne wirowanie cieczy w całej objętości korpusu pompy. Duża część ścieków, zwłaszcza unoszonych ciał stałych, nie ma bezpośredniego kontaktu z wirnikiem, przelatują one swobodnie pod wirnikiem. Ich maksymalny rozmiar definiuje wielkość swobodnego przelotu pod wirnikiem, podawana najczęściej w milimetrach jako średnica największej nieodkształcalnej kuli, mogącej bez przeszkód przelecieć przez układ hydrauliczny pompy np. 50, 80 czy 100mm. Kształt łopat i kanałów w wirnikach otwartych tego typu powoduje łagodny przepływ i dużą odporność na materiały włókniste lub ścierne. Dodatkowo, wirniki typu Vortex mają co najmniej dwie łopaty dzięki czemu, bardzo rzadko występują w nich drgania spowodowane problemami z wyważeniem lub zmianą prędkości obrotowych, co przekłada się na dłuższą żywotność łożysk i uszczelnień w pompach. W zależności od przyjętych założeń konstrukcyjnych, stosuje się inne wirniki służące do wysokiego podnoszenia, a inne do dużych wydajności. O parametrach wirnika decyduje kształt i ilość łopat oraz odległość wirnika od korpusu pompy. Doskonałe parametry eksploatacyjne (rzadkie zapychanie i niska podatność na uszkodzenia) niosą ze sobą konsekwencję znacznie niższego podnoszenia i wydajności niż w przypadku wielu innych rodzajów wirników. Dlatego bezproblemową pracę Vortexów trzeba kompensować dodatkowymi kilowatami zużywanej energii. Praktyka często pokazuje, że jest to lepsze rozwiązanie niż ciągłe przestoje i kosztowne naprawy pomp o znacznie większej sprawności, ale większej podatności na uszkodzenia i zatkanie.

Produkowane przez firmę DRENO pompy z wirnikami typu Vortex to: Compatta, Compatta PRO, Alpha V, Alpha PRO, DNA, V2, V4 i VTH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wirniki kanałowe zamknięte

Wirniki kanałowe posiadają spiralny kanał z osiowym wlotem i prostopadłym do niego lub zbliżonym do prostopadłego wylotem. W zależności od stopnia pochylenia spiralnych łopat, otrzymujemy większe podnoszenie lub większe wydatki kosztem drugiego parametru. Wirniki kanałowe cechują znacznie lepsze parametry tłoczenia i stosunek zużytej mocy do podnoszenia lub wydajności w stosunku do wirników otwartych. Pracują one w bardzo bliskiej odległości od korpusu pompy, wręcz zamykając go i pozostawiając minimalną szczelinę umożliwiającą swobodny obrót wirnika, ale eliminującą straty ciśnienia wewnątrz korpusu pompy. W zależności od rodzaju medium stosuje się wirniki jedno- i wielokanałowe. Przewagą wielokanałowych jest większa sprawność układu hydraulicznego, ale na korzyść jednokanałowych przemawia większa odporność na zatykanie i nawijanie materiałów włóknistych. Ścieki zawierające ciała stałe i materiały włókniste (jak kawałki materiałów, sznurki i szmaty) trafiając do wlotu wirnika jednokanałowego, podążają skoncentrowanym strumieniem przez kanał do wylotu i trafiają do gardzieli pompy. W przypadku wirników wielokanałowych już na wlocie strumień rozdziela się i materiały włókniste mogą trafiać końcami do różnych kanałów, co często prowadzi do zawijania się ich na wirniku i zatrzymywaniu przepływu przez pompę, a czasami do całkowitego zablokowania wirnika. Dlatego też do ścieków surowych zalecane jest stosowanie wirników jednokanałowych o dużych przelotach, a pompy tego typu wykorzystywane są z powodzeniem w zbiorczej kanalizacji sanitarnej o znacznych wydatkach.

Wirniki wielokanałowe znacznie lepiej sprawdzają się w tłoczeniu mediów nie obciążonych frakcjami włóknistymi takich jak: wody opadowe, ścieki podczyszczone mechanicznie (po kratach lub sitach), popłuczyny z przetwórstwa owocowo-warzywnego, odcieki z wysypisk czy wody poprocesowe z zakładów produkcyjnych. Wirniki wielokanałowe ze względu na równomierne i powtarzalne kształty łopat, cechuje niskie bicie podczas pracy i większa odporność na drgania spowodowane zmiennym przepływem. Wirniki z jednym kanałem są trudne do wyważenia i posiadają zmienne rozłożenie wektorów siły odśrodkowej, w zależności od prędkości obrotowej, dlatego pompy z takim wirnikiem znacznie częściej ulegają uszkodzeniom wału, łożysk i uszczelnień. Najlepszym sposobem na eliminację takich drgań jest wyważanie dynamiczne i dopasowywanie pompy na konkretne warunki pracy, jest to jednak proces niezwykle żmudny i bardzo kosztowny wymagający zebrania niezwykle dokładnych danych o parametrach tłoczenia.

Wirniki kanałowe zamknięte spotkamy w pompach DRENO A2 (DN), A4, A6 i ATH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wirniki kanałowe otwarte, są kompromisem pomiędzy wirnikami otwartymi typu Vortex a wirnikami kanałowymi zamkniętymi. Łączą w sobie najważniejsze zalety obydwu wcześniejszych rozwiązań, ale pomimo wielu zalet nie pozostają całkowicie bez wad. Otwarta spiralna łopata wirnika doskonale przekazuje energię cieczy, wprawiając ją w ruch wirowy, a duże przekroje kanałów świetnie nadają się do ścieków zawierających cząstki stałe. Materiały włókniste mogące oplatać się na wirniku są docinane poprzez współpracę wirnika z precyzyjnie regulowaną tarczą w korpusie pompy. Przy wirnikach kanałowych otwartych, należy zwracać uwagę na tempo ścierania się pary tnącej wirnik-tarcza, żeby odpowiednio regulować szczelinę, ponieważ przy dużej zawartości piasku i materiałów abrazyjnych w ściekach powiększająca się szczelina może powodować w niektórych przypadkach klinowanie wirnika. Instalując pompę z wirnikiem kanałowym otwartym, należy pamiętać, że nie jest to typowy rozdrabniacz, a jego zdolności tnące są ograniczone (grube szmaty czy druty raczej zablokują wirnik lub spowodują jego uszkodzenie, niż zostaną pocięte na małe kawałeczki). Pozostałe zasady stosowania do ścieków są podobne jak w przypadku wirników zamkniętych. Pompy DRENO z wirnikami kanałowymi to serie A2, A4, BIC i AM-AT.

 

 

 

 

 

 

 

 

Wirniki wielokanałowe proste S-Flow

Wśród wielu typów wirników kanałowych mamy wirniki o prostej budowie łopat, przeznaczonych głównie do efektywnego pompowania dużych ilości cieczy na niewielkie wysokości. Różni producenci mają swoje różne zastrzeżone nazwy, ale generalna zasada jest podobna: proste w wykonaniu ­– efektywne w działaniu. Włoski producent DRENO ma również taki rodzaj wirników o nazwie S-Flow stosowanych w pompach DNB. Pompy z tymi wirnikami odznaczają się bardzo dobrymi parametrami przerzucania brudnej wody (lekkich ścieków) niewielkim kosztem. Przelot przez kanały wirnika pozwala z powodzeniem na pompowanie szamba, ścieków komunalnych, przemysłowych i wód opadowych pod warunkiem, że nie zawierają materiałów włóknistych i mocno abrazyjnych.

Wirniki S-Flow znajdują się w pompach do wody brudnej i deszczowej DNB.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wirniki do systemów rozdrabniających

W zależności od oczekiwanych wymagań pompy z wbudowanymi systemami tnącymi lub rozdrabniającymi mogą posiadać prawie dowolny rodzaj wirnika: Vortex, kanałowy otwarty, zamknięty, docinający, etc. Najczęściej jednak stosuje się wirniki z otwartymi łopatami podobne kształtem do Vortexów, ale współpracujące bardzo blisko z korpusem pompy. Dzięki takiemu rozwiązaniu pompy te osiągają duże podnoszenia nieosiągalne dla innych typów wirników. Zaklinowanie wirnika ściekami jest mało prawdopodobne, ponieważ szybkość cięcia sprawia, że dopływające do wirnika ścieki zawierają bardzo maleńkie cząsteczki. O ile trudno zablokować sam wirnik, to znacznie łatwiej zablokować noże tnące, chociaż wykonywane są z wysoce twardych i odpornych na ścieranie materiałów (np. hartowana stal czy żeliwo chromowe). Wykonujące kilkadziesiąt lub kilkaset pojedynczych cięć na sekundę, nie są w stanie sprostać w dłuższej perspektywie piaskowi, kamieniom, drutom, szmatom lub innym napływającym ze ściekami śmieciom. Ze względu na ograniczone prędkości i możliwości cięcia, wirniki w pompach z rozdrabniaczami mają przeważnie niewielkie wydajności i nie są stosowane w dużych instalacjach kanalizacyjnych. Najczęściej używane są tylko w miejscach ograniczonego napływu (dla pojedynczych użytkowników domowych) i trudnych warunków infrastrukturalnych (mało ścieków i długi wąski rurociąg lub górzysty teren).

Pompy z rozdrabniaczem marki DRENO serie GRIX, GX, G2 i H2 (bez rozdrabniacza ale z wirnikiem docinającem).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kryteria stosowania wirników wg autora

Vortex – Ścieki surowe pochodzenia bytowo-gospodarczego, ścieki szare, popłuczyny, odcieki i wody deszczowe. Kanalizacja przydomowa (jeżeli tylko parametry rurociągu pozwolą) przeloty 30-50mm, osiedlowa 50-80mm, komunalna i przemysłowa 80mm i więcej.

Jednokanałowe zamknięte – Ścieki surowe i podczyszczone, woda brudna. Ze względów czysto praktycznych przeloty nie mniejsze niż 65mm dla kanalizacji osiedlowej, 80mm i więcej dla komunalnej i przemysłowej. W kanalizacji przydomowej można używać pomp z kanałami od 50mm, ale istnieje ryzyko zatykania np. kulami papierowych ręczników czy chusteczkami z tworzywa.

Wielokanałowe zamknięte – Ścieki podczyszczone, woda brudna, medium nie zawierające materiałów włóknistych. Zastosowanie głównie w oczyszczalniach ścieków, kanalizacji deszczowej i przepompowniach wód technologicznych.

Kanałowe otwarte – Ścieki surowe i podczyszczone, woda brudna. Ze względów czysto praktycznych przeloty nie mniejsze niż 50mm dla kanalizacji osiedlowej, 65mm i więcej dla komunalnej i przemysłowej. W kanalizacji przydomowej można używać pomp z kanałami od 50mm, ale trzeba pamiętać o właściwym dbaniu o zawartość ścieków.

Wirniki tnące (od rozdrabniaczy) – Ścieki surowe pochodzenia bytowo-gospodarczego, rekomendowane dla pojedynczych użytkowników przepompowni (im więcej użytkowników tym większe prawdopodobieństwo zatykania pomp). W kanalizacji zbiorowej stosowane tylko profesjonalne pompy z systemami tnącymi i tylko w sytuacjach uzasadnionych ekonomicznie (mały napływ, długi cienki rurociąg i wysoko pod górę).
Rekomendacje

Jeżeli maja Państwo wątpliwości lub trudności, żeby samodzielnie ocenić, który wirnik będzie najlepszy do Państwa zastosowań, polecam kontakt z doświadczonymi sprzedawcami lub pomocą techniczną producenta pomp. Reklama często opisuje zalety i korzyści, a pomija problemy i skutki nieprawidłowego doboru. Nie zawsze niski koszt zakupu i potencjalnie niski koszt eksploatacji (np. mała moc i zużycie energii) są najlepszymi parametrami doboru pomp. Czas przestoju pompowni i konieczność częstego serwisowania mogą okazać się znacznie bardziej uciążliwe niż zakup pompy o wyższych parametrach.