Jakie pompy do kanalizacji ciśnieniowej?

Kanalizacja ciśnieniowa to rozwiązanie stosowane w przypadkach, gdy nie ma technicznej możliwości zastosowania kanalizacji grawitacyjnej (lub jest to ekonomicznie nieuzasadnione). W przypadku domów jednorodzinnych i różnego rodzaju warsztatach możemy się  spotkać z koniecznością wykonania kanalizacji ciśnieniowej.
Kiedy trzeba rozważyć instalację ciśnieniową?
• Gdy miejsce napływu medium znajduje się poniżej punktu wpięcia do kanalizacji grawitacyjnej.
• Gdy wykonanie prac budowlanych związanych z poprowadzeniem rurociągów kanalizacji grawitacyjnej jest ekonomicznie nieuzasadnione.

Zawsze należy mieć na uwadze, że grawitacyjne odprowadzenie medium z budynku/pomieszczenia jest najtańsze w eksploatacji, a także najmniej awaryjne ze względu na brak „wprowadzania” dodatkowych urządzeń. Pamiętać zawsze warto, że prawdopodobieństwo, iż urządzenie mechaniczne ulegnie awarii wynosi 100%, oczywiście w zależności od klasy zastosowanych produktów możemy jedynie odwlec je w czasie.

O kanalizacji ciśnieniowej najczęściej możemy mówić w przypadku konieczności odprowadzenia medium związanego ze ściekami fekalnymi, wodami opadowymi lub wodami drenażowymi.

W przypadku rozpatrywania odpowiednich urządzeń przetłaczających należy brać pod uwagę wiele czynników mających wpływ na późniejszą bezawaryjną eksploatację danego układu i są to m.in.:
– parametry hydrauliczne instalacji tłocznej,
– rodzaj zasilania,
– rodzaj zastosowanego wirnika,
– retencja w zbiorniku,
– liczba zastosowanych pomp,
– sposoby sterowania,
– prawidłowe wykonanie instalacji tłocznej.
Jak widać z powyższego celem zapewnienia prawidłowego przepływu ścieków czy też wody zanieczyszczonej należy wziąć pod uwagę bardzo wiele czynników wpływających na pracę.

Parametry hydrauliczne pomp

Każde urządzenie pompujące pracuje zgodnie z charakterystyką hydrauliczną. Charakterystyka ta jest zależnością pomiędzy wysokością podnoszenia, a przepływem. Tak więc maksymalną wysokość podnoszenia pompa osiąga przy 0 (zerowym) przepływie, natomiast maksymalny przepływ przy minimalnej (dla danej pompy) wysokości podnoszenia.  Na rys. 1 przedstawiono charakterystykę na przykładzie pompy Wilo Rexa Fit V05 DA-122. Jak można zauważyć wykres parametrów pompy nie schodzi poniżej wartości podnoszenia wynoszącej ok. 1,3 m. Jest to minimalna wysokość podnoszenia, przy której ten konkretny typ pompy może pracować. Krótkotrwałe przekroczenie „zakresu zastosowania” nie powoduje uszkodzenia pompy, jednak częsta praca poza dopuszczalnymi parametrami  spowoduje dużo szybsze wyeksploatowanie urządzenia.
O ile nie trzeba zbyt dużo pisać czym jest przepływ (ilość czynnika jaką przetłaczamy w jednostce czasu), myślę, że warto przybliżyć pojęcie wysokości podnoszenia pompy zatapialnej.

Wysokość podnoszenia jest sumą dwóch czynników. Pierwszy jest to różnica poziomów (tak zwana wysokość geodezyjna) pomiędzy lustrem wody (w trakcie „pompowania” lustro opada więc ta różnica rośnie), a punktem wtłoczenia medium do instalacji grawitacyjnej. Drugim czynnikiem są opory hydrauliczne spowodowane przepływem: im większe prędkości przepływu, tym większe opory. W przypadku rozległych instalacji należy dokładnie je policzyć, w instalacjach o niewielkich długościach dla uproszczenia można ten parametr pominąć, pamiętając o konieczności zastosowania kilku procentowego marginesu parametrów. 

Rodzaj zasilania pompy

Jeżeli tylko jest taka możliwość do ścieków zawierających fekalia należy zastosować pompę 3~. Pompy te mogą osiągać wyższe moce, a silniki trójfazowe osiągają dużo wyższe momenty obrotowe. Dodatkowo unikamy konieczności stosowania rozruchów kondensatorowych, tak więc możemy wyeliminować jeden z elementów jaki potencjalnie mógłby ulec uszkodzeniu. Kolejną dzięki rozłożeniu obciążenia na 3 fazy nasza instalacja domowa jest mniej obciążana. Przykładowo pompa o mocy przyłączeniowej 1,5 kW (jej ch-ka znajduje się na rys. 1) w wykonaniu 1~ pobiera prąd  7,2A, natomiast prądy rozruchu wynoszą 29A. Pompa tego samego typu w wykonaniu na 3~ pobiera prąd 2,9A , a prądy rozruchu wynoszą 20A.
Jeżeli natomiast chodzi o pompy (małej mocy) przeznaczone do okazjonalnego odpompowywania wody z piwnicy bądź szachtów z powodzeniem można stosować pompy 1~ z zintegrowanym pływakiem, zwłaszcza ze względu na dużo łatwiejsze rozwiązania sterowania taką pompą.

Rodzaj zastosowanego wirnika

Przy pompach o stosunkowo niedużych gabarytach najczęściej wykorzystuje się jeden z trzech rodzajów wirników.
Wirnik z nożem tnącym  – jest to dobre rozwiązanie, gdy mamy ograniczone możliwości związane ze średnicą rurociągu tłocznego. Najczęściej pompy takie podłączane są do instalacji ø32 i ø40. Z założenia nóż tnący przymocowany do wirnika hydraulicznego ma rozdrabniać wszelkie zanieczyszczenia i pozwalać na przetłaczanie ich dość niewielkimi średnicami rurociągów. Dodatkowo pompy z nożami tnącymi charakteryzują się zazwyczaj dość wysokimi parametrami pracy. Musimy jednak pamiętać o tym, że aby noże tnące dobrze funkcjonowały szczeliny pomiędzy elementami wirującymi muszą być dość małe. Z tego względu wirniki te są bardzo „wrażliwe” na piasek występujący w instalacji. W przypadku dużej ilości piasku dochodzi do szybkiego wyeksploatowania noży (stępienia lub zwiększenia szczeliny pomiędzy elementami). Dość „niebezpieczne” dla takich instalacji są również plastik (np. patyczki do uszu), jak i kamienie. Elementy takie nie spowodują natychmiastowego (przynajmniej z reguły) uszkodzenia noży, jednak przyczynią się do szybszego ich wyeksploatowania.  W przypadku „stępienia” nóż przestaje spełniać swoją funkcję tnącą i w rezultacie dochodzi do nagromadzenia zanieczyszczeń stałych w zbiorniku. Natomiast zwiększenie szczeliny pomiędzy elementami może prowadzić do zablokowania noża przez ciała włókniste. Większość producentów umożliwia regulację szczeliny, tak więc o ile noże nie uległy stępieniu, występuje możliwość dokonania korekty i dalszej eksploatacji urządzenia bez konieczności wymiany części.
Wirnik jednokanałowy: jest to wirnik charakteryzujący się największą (spośród trzech omawianych) sprawnością. W przypadku wirników bez noża tnącego często natkniemy się na określenie tj. „przelot kuli” jest to parametr mówiący o tym jakiej średnicy zanieczyszczenia mogą zostać przetłoczone przez pompę (odpowiednik kuli o odpowiedniej średnicy). Jest to rodzaj wirnika przez który przepływa całe przetłaczane medium. Celem uzyskania wysokich sprawności zarówno w korpusie hydraulicznym, jak i na wirniku zamontowane są pierścienie (bieżny i stały), które zmniejszają straty hydrauliczne, ze względu na występowanie bardzo małych szczelin (dziesiąte części milimetra). W przypadku pracy takich wirników z medium zawierającym dużą ilość piasku może dojść do zwiększenia szczelin między pierścieniami, co prowadzi do dużego spadku sprawności i osiąganych parametrów.
Wirniki otwarte „Vortex”. Wirniki o największym swobodnym przelocie, równym praktycznie średnicy króćca tłocznego. Wirniki te praktycznie nie mają tylko w niewielkim stopniu styczność z przetłaczanym medium dzięki czemu są dość odporne na zawarty w nim piasek. Wirniki otwarte charakteryzują się bardzo równomierną i „cichą” pracą jednak jest to okupione stosunkowo niewielką sprawnością.

Wielkość zbiornika i ustawienie poziomów załączenia i wyłączenia pompy

W przypadku odwodnienia np. piwnicy czy garażu sprawa miejsca montażu jest stosunkowo prosta: należy wykonać przegłębienie w posadzce o wymiarach na tyle dużych, aby zmieściła się w nim pompa, dodatkowo trzeba zadbać o to, aby pływak mógł swobodnie się poruszać.
Wszystkie te zabiegi w przypadku większych instalacji nie są już tak oczywiste. Podczas doboru zbiornika i pompy, jaka będzie w nim zanurzona należy zwrócić uwagę na klika ważnych aspektów:

1. objętość zbiornika powinna być na tyle duża, aby nie występowała konieczność zbyt częstego uruchamiania pompy (każde urządzenie ma określoną liczbę załączeń na godzinę);
2. należy zwrócić uwagę czy producent pompy dopuszcza, aby dane urządzenie pracowało z wynurzonym silnikiem (ze względu na mniejszą przewodność cieplną powietrza może dochodzić do przegrzewania niektórych typów pomp zanurzeniowych pracujących z wynurzonym silnikiem);
3. podczas normalnego cyklu napełniania zbiornika nie powinniśmy dopuszczać do „zalewania” rurociągu napływowego, może to bowiem powodować zagniwanie medium w rurociągu;
4. nie powinno się dopuszczać do odsłaniania korpusu hydraulicznego pompy ponieważ może to skutkować:
   – uszkodzeniem uszczelnienia mechanicznego,
   – zapowietrzeniem rurociągu tłocznego;
5. należy pamiętać, aby fekalia nie znajdowały się zbyt sługo w zbiorniku. Po kilku godzinach rozpoczynają się procesy gnilne, które mogą prowadzić do korozji betonu i innych elementów pompowni.

Jedna czy kilka pomp w układzie? 

Odpowiadając na to pytanie, należy za każdym razem dokładnie przeanalizować ekonomiczne aspekty naszych decyzji. Nie można kierować się tylko i wyłącznie ekonomią związaną z ceną inwestycji (w 99% pompownia wyposażona w jedną pompę będzie tańsza). Mówiąc o ekonomii danego rozwiązania, należy również zastanowić się z jakimi konsekwencjami będzie się wiązał brak pracy danej pompowni. W przypadku gdy mówimy o małej pompie przenośnej z pływakiem, zazwyczaj montujemy jedną pompę ponieważ jej  ewentualna awaria nie będzie się dla nas wiązała z dużymi stratami materialnymi. Jednak jeżeli mamy wykonane drenaże wokół domu lub mamy przepompownię sanitarną, czy też mamy zbiornik wody deszczowej, który w przypadku obfitych opadów musimy opróżnić warto rozważyć wyposażenie instalacji w drugie urządzenie tłoczące. Celem zmniejszenia kosztów można rozważyć montaż pompowni dwupompowej, w której w trakcie normalnego użytkowania jedna pompa jest wystarczająca dla wypompowania medium, natomiast w przypadku bardzo dużych napływów druga będzie pompą wspomagającą.

Kontrola wysokości lustra i sterowanie pompami

Pomiar wysokości lustra

Możemy wyszczególnić trzy podstawowe (oczywiście nie jedyne) sposoby pomiaru:
● pływaki – stany załącz/wyłącz – dość proste i mało awaryjne urządzenia pomiarowe, które „potrzebują” stosunkowo dużo miejsca do prawidłowej pracy. Jedynie warto pamietać, że w przypadku dużej ilości tłuszczu może dochodzić do ich „zarastania”;
● sondy hydrostatyczne – na sterowniku widoczne jest wskazanie. w cm. Bardzo dokładne urządzenie pomiarowe wymagające ostrożnego obchodzenia ( nieumiejętne czyszczenie może spowodować uszkodzenie membrany i w rezultacie konieczność wymiany sondy). Narzędzie pomiarowe kilka rzędów droższe od pływaków jednak nie jest potrzebna duża ilość miejsca;
● dzwon pomiarowy – na sterowniku z przetwornikiem sygnału widoczne jest wskazanie w cm. System tani w zakupie i eksploatacji. W przypadku błędnego pomiary w 95% przypadków wystarczy wyjąć żeliwny dzwon ze studni. Ciężko go uszkodzić. W przypadku ustawiania nastaw zwłaszcza przy wodzie deszczowej należy pamiętać o konieczności jego „odsłonięcia” celem zapewnienia wymiany powietrza – eliminuje to przekłamania związane z zagniwaniem wody.
Sposób sterowania pompami

W przypadku pomp pojedynczych mogą być one wyposażone w zintegrowany wyłącznik pływakowy lub być sterowane z zewnętrznego sterownika. Czasem spotyka się również pompy bez sterowania – wtedy „operator” decyduje kiedy pompa ma pracować poprzez podanie napięcia.
W przypadku pomp podwójnych zawsze zalecane jest zastosowanie sterownika nadrzędnego celem umożliwienia naprzemiennej pracy, zastępowalności w razie awarii, a także zapewnienia równomiernego zużycia urządzeń
Każde sterowanie powinno umożliwiać zabezpieczenie nadprądowe pomp, aby w przypadku np. blokady nie doszło do uszkodzenia silnika.

Aby serwis był łatwiejszy….

Z serwisowego punktu widzenia prawidłowo wykonana instalacja pompowni powinna być wyposażona w:
– zawory zwrotne i armaturę odcinającą
– mechanizmy umożliwiające demontaż pomp – pomp zatapialnych nie powinno się przytwierdzać „na sztywno” do dna zbiornia, a armatura powinna zostać wyposażona w szybkozłącza lub przynajmniej mieć możliwość rozkręcenia.

Celem długiej i bezproblemowej eksploatacji instalacji należy również pamiętać o kilku ważnych zasadach, a więc co jakiś czas (min. raz do roku) należy kontrolować parametry urządzeń pompowych, dodatkowo w przypadku instalacji sanitarnych nie należy ich traktować, jak śmietnik i wykorzystywać je do przetłaczania/spławiania tylko elementów do niej przeznaczonych.