Pompy beczkowe do smaru i mas gęstych: jak dobrać płytę nadążną, ciśnienie i sterowanie

Zasysanie urywa się, choć beczka jest w połowie pełna. Po wymianie opakowania dawka na zaworze pływa jeszcze przez dłuższy czas. Na końcu długiej magistrali dociera wyraźnie mniej smaru niż na początku. W beczce oddawanej do utylizacji zostaje warstwa drogiego medium przy ściankach i na dnie.

Większość takich problemów rozstrzyga się przy doborze układu tłoczenia, a nie zaworu. Poniżej opisujemy po kolei: po co jest płyta nadążna i jak ją dobrać, jak policzyć ciśnienie od zaworu do pompy, co zrobić z powietrzem i rozwarstwieniem medium oraz jaki stopień automatyki wybrać. Liczby podajemy na przykładzie pomp beczkowych Walther z rodziny WPS.

Po co płyta nadążna

W układzie bez płyty medium jest pobierane tylko wokół rury ssącej. W smarze klasy NLGI 2–3 powstaje lej, a materiał przy ściankach zostaje nietknięty. Zasysanie urywa się mimo pełnej beczki.

Płyta nadążna leży na powierzchni medium i opada razem z jego poziomem. Dociska medium do wlotu pompy, więc materiał stale jest przy wlocie. Ma to znaczenie przy smarach, pastach i klejach o dużej lepkości, które same nie spływają równo. Płyta ogranicza też kontakt medium z powietrzem, pyłem i wilgocią. Opakowania mają przetłoczenia i tolerancje wykonania, dlatego płyta prowadzona tylko własnym ciężarem może się na nich przekrzywić i zakleszczyć. Prowadzenie centralne utrzymuje ją w osi.

Krok 1. Zmierz opakowanie, nie jego pojemność

Płytę dobiera się do rzeczywistej średnicy wewnętrznej opakowania. Opakowania o tej samej pojemności od różnych producentów medium mogą mieć różne średnice, dlatego sama informacja „hobok 25 kg” nie wystarcza. Potrzebne są trzy wymiary:

• Do – średnica wewnętrzna u góry;
• Du – średnica wewnętrzna u dołu;
• Ds – średnica wewnętrzna w miejscu przetłoczenia, jeżeli opakowanie je ma.

W opakowaniu stożkowym Do i Du się różnią. Trzeba znać obie wartości, żeby ocenić, czy płyta uszczelnia na całej drodze opróżniania i się nie zakleszcza. Płyta za mała przepuszcza medium bokiem nad płytę albo wpuszcza powietrze do strefy zasysania. Płyta za duża albo niedopasowana do kształtu może się zakleszczyć lub opadać nierówno. W procesie widać to jako zerwanie strumienia materiału, wahania wydajności, więcej medium pozostającego w opakowaniu i zanieczyszczenie medium.

Płyty standardowe Walther i opakowania, do których pasują. Średnice podane niżej to wymiary wewnętrzne opakowania, nie płyty:

• FP201 – Do 99 mm, Du 89 mm, Ds 99 mm; pompa: WPS 1, WKF.
• FP204 – Do 168 mm, Du 156 mm, Ds 168 mm; pompa: WPS 1, WKF.
• FP202 – Do 192 mm, Du 178 mm, Ds 192 mm; pompa: WPS 1, WKF.
• FP203 – Do 236 mm, Du 233 mm, Ds 236 mm; pompa: WPS 1, WPS 2.
• FP100 – Do 290 mm, Du 260 mm; pompa: WPS 1, WPS 2, WPS 3.
• FP101 – Do 336 mm, Du 309 mm; pompa: WPS 1, WPS 2.
• FP106 – Do 355 mm, Du 355 mm, Ds 365 mm; pompa: WPS 2, WPS 3.
• FP102 – Do 380 mm, Du 380 mm, Ds 390 mm; pompa: WPS 2, WPS 3.
• FP103 – Do 400 mm, Du 400 mm, Ds 407 mm; pompa: WPS 2, WPS 3.
• FP104 – Do 571 mm, Du 571 mm, Ds 584 mm; pompa: WPS 3.

WPS 1, 2 i 3 to wielkości pompy, a WKF to stacja do małych opakowań. Uszczelnienie płyt standardowych jest wykonane z PUR. Przy mediach bardzo klejących, agresywnych chemicznie albo ściernych materiał uszczelnienia dobiera się indywidualnie: EPDM, FKM, NBR, rozwiązania na bazie PTFE albo wykonanie specjalne. Płyta na zamówienie bywa potrzebna, gdy wymiary opakowania odbiegają od standardowych, opakowanie jest mocno stożkowe albo ma głębokie przetłoczenia, medium zawiera wypełniacze ścierne lub w opakowaniu ma zostawać jak najmniej materiału.

Krok 2. Ciśnienie licz od zaworu do pompy

Pneumatyczna pompa tłokowa wzmacnia ciśnienie powietrza w stałym stosunku. Pompy WPS mają przełożenie 25:1, więc przy powietrzu 6 bar dają na wylocie 150 bar (100 bar z zestawem Safety). Do klejów, silikonów i mas o lepkości powyżej 50 000 mPa·s stosuje się pompy o przełożeniu 45:1, np. WPSH Basic, która przy sieci 8 bar daje 360 bar.

Z przełożenia wynikają dwie praktyczne konsekwencje:

• Liczy się ciśnienie powietrza przy pompie, a nie w sprężarkowni. Opory magistrali i odbiory pracujące równocześnie obniżają je w miejscu montażu stacji. Gdy zamiast 6 bar dociera 5 bar, maksymalne ciśnienie medium spada ze 150 do 125 bar. Pompy WPS wymagają powietrza 4–8 bar, filtrowanego (dokładność filtra 40 µm) i niesmarowanego; zużycie powietrza wynosi 217 l/min.
• Wyższe ciśnienie nie zawsze jest lepsze. Zawory mają własne maksymalne ciśnienie wejściowe. Zawór natryskowy SMS-02 przyjmuje medium do 35 bar, a wolumetryczne zawory RotoStream do 6 bar. Przy zasilaniu z pompy 25:1 potrzebny jest więc reduktor przed zaworem.

Między pompą a zaworem ciśnienie spada na przewodach. Dla cieczy newtonowskiej w przepływie laminarnym spadek rośnie liniowo z długością przewodu i z czwartą potęgą malejącej średnicy: przewód o połowę cieńszy daje szesnastokrotnie większy spadek. Smary plastyczne mają dodatkowo granicę płynięcia, a ich opór rośnie po wychłodzeniu. Najdalszy punkt smarowania dostaje więc mniej niż pierwszy, a dawka na końcu linii przestaje odpowiadać nastawie. Gdy medium nie dochodzi na koniec długiej magistrali, zamiast podnosić ciśnienie u źródła stosuje się wzmacniacz ciśnienia w instalacji (w rodzinie Walther booster WBP).

Przyłącze wylotowe pomp WPS to 12L (M18 × 1,5), co odpowiada przewodowi DN12. Od tego punktu zaczyna się dobór średnic w dalszej części układu.

Krok 3. Wydajność, pulsacja i czystość medium

Pompy WPS w wykonaniu standardowym tłoczą 1500 cm³/min. Wydajność porównuje się z sumą poboru zaworów pracujących jednocześnie, a nie ze średnim zużyciem na zmianę.

Każda pompa tłokowa zmienia kierunek suwu, a wraz z nim ciśnienie w medium. Bez tłumienia skoki ciśnienia przenoszą się w głąb instalacji, obciążają zawory na końcu linii i skracają żywotność uszczelnień. W pompach WPS tłumi je u źródła mechanicznie regulowane ograniczenie skoku powrotnego.

Filtr wbudowany w stację zatrzymuje grube zanieczyszczenia; dostępne są wkłady 150, 300 i 500 µm. Przed precyzyjnymi zaworami stosuje się dodatkowo filtr szczelinowy. Jeżeli pojemnik stoi otwarty w sąsiedztwie obróbki mechanicznej albo ruchu wózków, kurz trafia wprost do medium i wraca jako zapchany filtr albo zatarta dysza. Osłona pojemnika zamyka przestrzeń nad medium na czas pracy.

Krok 4. Powietrze i rozwarstwienie medium

Pęcherze trafiają do medium przy wymianie pojemnika albo są w nim od początku. Powietrze jest ściśliwe, a smar praktycznie nie. Skutek: dawka pływa między detalami, ścieżka się urywa, a przy natrysku pojawiają się przerwy w obrazie aplikacji. Docisk płyty nadążnej daje pobór bez pęcherzy już na wejściu do pompy. Gdy medium przychodzi zapowietrzone od dostawcy, stosuje się stację odgazowania, która wykrywa pęcherze od 1,3 mm i wyprowadza je, zanim dotrą do zaworu dozującego (Walther WADS-01).

Docisk płyty warto dopasować do lepkości. W pompach WPS reguluje się go bezstopniowo w zakresie 0,5–6 bar. Lepkość smaru zależy od temperatury otoczenia, a pompy pracują w zakresie 15–40 °C, więc nastawa dobrana zimą może nie pasować latem: przy gęstszym medium zasysanie robi się nierówne, przy rzadszym rośnie ryzyko przelania.

Smary o dużej zawartości cząstek stałych wydzielają olej bazowy podczas postoju w beczce albo pod działaniem ciśnienia. Z beczki schodzi wtedy najpierw sam olej, potem przesuszony zagęszczacz, a gęstszy smar blokuje zawory. Pomaga jednostka homogenizująca, która miesza medium przed użyciem; zasobnik medium utrzymuje ciągłość zasilania także w trakcie mieszania i wymiany pojemnika (WPS Homogen).

Krok 5. Automatyka i wymiana beczki

Pompy WPS w wykonaniach Basic, Advanced i Professional mają ten sam tor tłoczenia: przełożenie 25:1, do 150 bar na wylocie i 1500 cm³/min. Różnią się automatyką, nadzorem procesu i sposobem integracji z zakładem.

• Sterowanie. Basic: pneumatyczne, obsługa ręczna; Advanced: pneumatyczne i zdalny sygnał cyfrowy wł./wył.; Professional: panel HMI, zdalnie wejściami cyfrowymi lub magistralą.
• Koniec medium. Basic: czujnik krańcowy płyty zatrzymuje pompę przy pustym pojemniku; Advanced: jak w Basic oraz komunikat wstępnego opróżnienia i opróżnienia; Professional: ciągły pomiar poziomu, próg alarmowy ustawiany dowolnie.
• Komunikacja ze sterownikiem. Basic: brak; Advanced: wejścia i wyjścia cyfrowe; Professional: wejścia cyfrowe lub magistrala; opcjonalnie Profinet, EtherCAT, Modbus TCP (wykonanie z homogenizacją).
• Wymiana pojemnika. Basic: ręczna; Advanced: ręczna; Professional: automatyczne odpowietrzenie po wymianie, prowadzenie operatora krok po kroku.
• Praca bez przerwy. Basic: –; Advanced: opcja Tandem: dwie stacje we wspólnym sterowaniu, automatyczne przełączenie po opróżnieniu; Professional: opcja: zintegrowany magazyn medium podaje materiał podczas wymiany i homogenizacji.
• Zakres opakowań. Basic: 1–180 kg; Advanced: 1–180 kg; Professional: 14–180 kg.

Po zatrzymaniu zasilania przewód napełniony medium zachowuje ciśnienie robocze. Rozłączenie złączki grozi wtedy wyrzutem medium. W wersji Advanced automatyczna redukcja zrzuca ciśnienie i tłoczy medium z powrotem do pojemnika; w wersji Basic robi się to ręcznie zaworem kulowym.

W układzie bez nadzoru poziomu zasilanie kończy się w środku cyklu, a do instalacji wchodzi powietrze. Odpowietrzenie całego układu potrafi wtedy zabrać zmianę roboczą, a przy pracy trzyzmianowej przestoje na wymianę beczki sumują się w godziny miesięcznie. Stąd prosty podział: Basic tam, gdzie wymiana beczki jest wpisana w obchód utrzymania ruchu; Advanced, gdy poziom ma trafiać do sterownika linii; Tandem albo Professional z magazynem medium, gdy linia nie może stanąć na czas wymiany.

Poza zakresem pomp WPS są inne rozwiązania: dla opakowań 1–5 kg kompaktowa stacja WKF, dla kartuszy Euro 310 ml system WKSK, a dla mediów rzadkich, które trzeba podawać bez pulsacji (farby, oleje, kleje 1K i 2K), zbiorniki ciśnieniowe WDBS.

Dane potrzebne do doboru

1. Kształt opakowania (cylindryczne czy stożkowe), minimalna i maksymalna średnica wewnętrzna, przetłoczenia, zwężenia i wkłady.
2. Karta techniczna medium: lepkość albo klasa NLGI, właściwości chemiczne i ścierne.
3. Wymagana wydajność oraz ciśnienie potrzebne na wejściu zaworów.
4. Długość i średnica przewodów oraz liczba zaworów pracujących jednocześnie.
5. Ciśnienie sprężonego powietrza dostępne w miejscu montażu pompy.
6. Sposób integracji: praca samodzielna, sygnały cyfrowe do sterownika albo magistrala.
7. Informacja, czy linia może stanąć na czas wymiany opakowania.

ERD Engineering jest wyłącznym dystrybutorem Walther Systemtechnik w Polsce. Porównanie pomp i stacji tłoczących oraz dobór w trzech pytaniach: pompy beczkowe i stacje tłoczące Walther