Sposoby zabezpieczenia pomp przed suchobiegiem

• 1. Zjawisko suchobiegu – definicja i mechanizm powstawania
• 2. Destrukcyjne skutki pracy pompy bez medium
• 3. Jakie parametry pozwalają wykryć brak wody?
• 4. Presostaty z automatycznym powrotem (Seria Danfoss KP)
• 5. Zaawansowane bezpieczeństwo: Presostaty BCP z ręcznym resetem
• 6. Prewencyjny pomiar poziomu hydrostatycznego (Presostat RT)
• 7. Przetworniki ciśnienia MBS w układach z falownikami
• 8. Detekcja przepływu za pomocą czujników łopatkowych FQS

---

Zjawisko suchobiegu – definicja i mechanizm powstawania

Suchobieg to jeden z najbardziej niebezpiecznych stanów awaryjnych w układach pompowych. Pojawia się w sytuacji, gdy parametry napływu medium transportowanego do komory pompy spadają poniżej wartości krytycznych, uniemożliwiając jej prawidłowe zasilanie.

Zjawisko to występuje najczęściej w następujących scenariuszach:

• Obniżenie lustra cieczy: W przypadku pomp głębinowych poziom wody spada poniżej strefy ssącej urządzenia.
• Opróżnienie zbiorników retencyjnych: Zbyt intensywny pobór medium prowadzi do całkowitego wypompowania zapasów ze zbiornika buforowego.
• Kieszenie powietrzne: Tworzenie się korków powietrznych w najwyższych punktach rurociągów ssawnych, co prowadzi do gwałtownego przerwania ciągłości strumienia cieczy.

Destrukcyjne skutki pracy pompy bez medium

Większość nowoczesnych pomp wykorzystuje tłoczone medium (np. wodę) nie tylko do celów technologicznych, ale również jako środek smarny oraz chłodzący dla wewnętrznych komponentów mechanicznych. Praca „na sucho” w bardzo krótkim czasie prowadzi do poważnych, często nieodwracalnych uszkodzeń całego zespołu pompowego.

Do najpowszechniejszych konsekwencji zaliczamy:

• Gwałtowne zatarcie łożysk ślizgowych, które utraciły film smarny zapewniany przez wodę.
• Termiczne uszkodzenie i rozszczelnienie uszczelnień mechanicznych wału.
• Przeciążenie termiczne uzwojeń silnika, prowadzące do przetopienia izolacji i w efekcie do zwarcia elektrycznego.
• Trwałe odkształcenia lub pęknięcia wału oraz wirnika pompy na skutek naprężeń mechanicznych.

Jakie parametry pozwalają wykryć brak wody?

W nowoczesnych systemach automatyki przemysłowej stosuje się różnorodne metody diagnostyczne pozwalające monitorować stan pracy układu hydraulicznego. W zależności od specyfiki aplikacji, detekcja anomalii opiera się na analizie następujących wartości:

Monitorowany parametr	Zastosowany komponent diagnostyczny
Ciśnienie	Presostat (wyłącznik ciśnieniowy) lub elektroniczny przetwornik ciśnienia
Poziom cieczy	Wyłącznik pływakowy lub presostat hydrostatyczny
Przepływ	Mechaniczny lub elektroniczny detektor przepływu
Przewodność	Czujnik konduktometryczny (sondy zalania)
Prąd silnika	Zabezpieczenie przeciążeniowe (detekcja spadku obciążenia prądowego)
Temperatura	Czujniki termiczne (np. PT100/PT1000) wbudowane w uzwojenia silnika

Presostaty z automatycznym powrotem (Seria Danfoss KP)

Jedną z najpopularniejszych i najbardziej niezawodnych metod ochrony jest bezpośredni pomiar minimalnego ciśnienia po stronie ssawnej pompy przy użyciu wyłączników ciśnieniowych. W tej roli doskonale sprawdzają się presostaty Danfoss KP34 oraz KP35.

Urządzenia te dobiera się pod kątem maksymalnego ciśnienia roboczego instalacji i montuje bezpośrednio na przewodzie ssawnym. W momencie, gdy następuje drastyczny spadek ciśnienia wywołany niedoborem medium, presostat natychmiast reaguje. Kluczową zaletą serii KP jest wysoka czułość (zakres regulacji już od 0,1 do 2,2 bar) oraz możliwość precyzyjnego ustawienia punktu wyłączenia (zazwyczaj ok. 0,5 bar) i punktu ponownego załączenia instalacji. Dodatkowo, presostaty te pozwalają na bezpośrednie sterowanie jednofazowymi silnikami o prądzie do 16A (w klasie obciążenia AC-3), co upraszcza strukturę elektryczną układu.

Zaawansowane bezpieczeństwo: Presostaty BCP z ręcznym resetem

W aplikacjach technologicznych o podwyższonym rygorze bezpieczeństwa – na przykład przy zasilaniu pomp wyporowych wysokociśnieniowych (jak seria Danfoss PAH) – automatyczny powrót pompy do pracy po chwilowym wzroście ciśnienia może być niewskazany, a nawet niebezpieczny. Ponowne, samoczynne uruchomienie mogłoby wywołać kolejny spadek lustra wody lub uszkodzić inne komponenty linii produkcyjnej.

W takich układach niezastąpiony jest presostat Danfoss BCP3L wyposażony w funkcję mechanicznego rygla (resetu). Po wykryciu spadku ciśnienia, urządzenie trwale blokuje pracę pompy. Ponowne uruchomienie systemu wymaga świadomej i fizycznej ingerencji operatora lub pracownika służb utrzymania ruchu poprzez wciśnięcie przycisku RESET. Model ten rekomenduje się do integracji z nadrzędnymi, centralnymi systemami sterowania instalacją.

Prewencyjny pomiar poziomu hydrostatycznego (Presostat RT)

Zamiast reagować na skutki braku wody, warto zadziałać prewencyjnie. W układach, gdzie pomp cyrkulują medium ze zbiorników buforowych lub retencyjnych, doskonałym rozwiązaniem jest monitorowanie ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy za pomocą presostatu Danfoss RT 113.

Urządzenie to stale mierzy poziom wody w zbiorniku. W przypadku osiągnięcia zdefiniowanego poziomu minimalnego, presostat RT generuje sygnał alarmowy i bezpiecznie odłącza zasilanie pompy, zanim w ogóle dojdzie do obniżenia lustra wody poniżej poziomu bezpiecznego dla geometrii pompy.

Warto wiedzieć: Dla uproszczenia instalacji elektrycznych, Danfoss oferuje również unikatowe rozwiązanie 2w1 – presostat podwójny KP 44. Łączy on w jednej obudowie funkcję bieżącej regulacji pracy pompy oraz zintegrowane zabezpieczenie przed suchobiegiem. Dzięki sprzężonemu obwodowi elektrycznemu instalacja nie wymaga podwójnego okablowania, co optymalizuje koszty montażu.

Przetworniki ciśnienia MBS w układach z falownikami

W zaawansowanych systemach automatyki, gdzie kluczową rolę odgrywają falowniki (przemienniki częstotliwości) stabilizujące ciśnienie w instalacji, standardowe presostaty ustępują miejsca przetwornikom ciągłym, takim jak seria Danfoss MBS 3000.

Sygnał analogowy (standard prądowy 4-20 mA lub napięciowy 0-10 V) dostarcza do sterownika PLC lub falownika pełną informację o dynamice zmian ciśnienia w całym spektrum pracy pompy. Wykorzystanie pomiaru ciśnienia absolutnego pozwala na bieżąco kontrolować ryzyko powstawania niebezpiecznego podciśnienia. Odpowiednio zaprogramowany algorytm w sterowniku pozwala na adaptacyjne dopasowanie progów alarmowych i płynne reagowanie na wahania po stronie ssawnej, co stanowi doskonałe zabezpieczenie m.in. dla zaawansowanych pomp głębinowych.

Detekcja przepływu za pomocą czujników łopatkowych FQS

Ostatnią, niezwykle skuteczną metodą weryfikacji warunków pracy pompy jest bezpośrednia kontrola ruchu cieczy w rurociągu przy użyciu mechanicznego czujnika przepływu Danfoss FQS.

Działanie urządzenia opiera się na wychyleniu specjalnej łopatki umieszczonej w strumieniu płynącego medium. Jeśli przepływ zanika lub spada poniżej zdefiniowanego progu bezpieczeństwa, mechanizm rozwiera obwód elektryczny, zatrzymując pompę. Korpus oraz przyłącze czujnika wykonane są z wysokiej jakości mosiądzu, co gwarantuje pełną odporność na korozję. Urządzenie (np. referencja katalogowa 061H4005 dla modelu FQS-W30G w stopniu ochrony IP42) dostarczane jest w uniwersalnym zestawie z łopatkami o wielkości od 1” do 3”, co umożliwia elastyczną adaptację czujnika do rurociągów o średnicach od DN 25 do DN 150.