Για τον χρήστη μίας υποβρύχιας αντλίας λυμάτων, είναι πολύ σημαντικό οι κινητήρες των αντλιών να δουλεύουν στα χαμηλότερα δυνατά επίπεδα εξωτερικής θερμοκρασίας περιβλήματος.
Του Σοφοκλή Χαντζόπουλου *
Κλάση μόνωσης
Οι ιδιαίτερες ανάγκες στις οποίες εφαρμόζονται οι υποβρύχιες αντλίες λυμάτων και οι αντίξοες συνθήκες λειτουργίας στις οποίες δοκιμάζονται, έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη ιδιαίτερων κατασκευαστικών χαρακτηριστικών που στόχο έχουν να διασφαλίσουν τη μέγιστη δυνατή αξιοπιστία καθόλη τη διάρκεια ζωής της αντλίας.
Κάποια από τα προαναφερόμενα κατασκευστικά χαρακτηριστικά, έχουν γίνει “market standards” για τους κύριους κατασκευαστές αντλιών αυτού του τύπου:
- Γενική κλάση μόνωσης κινητήρα “F”
- Αποκαλλούμενη κλάση μόνωσης καλωδίου κινητήρα “H”
- Χρήση αισθητήρων θερμότητας
Εφόσον ένας κινητήρας έχει μόνωση κλάσης “F”, αυτό πρακτικά σημαίνει πως ολόκληρο το σύστημα μόνωσης, έχει κατασκευαστεί με υλικά όχι χαμηλότερης κλάσης από “F” και κατά συνέπεια ο κινητήρας μπορεί να δουλέψει απροβλημάτιστα σε θερμοκρασίες έως και 155ºC.
Η διαφορά μεταξύ της κλάσης “F” και της “H”, είναι ότι ένας κινητήρας κλάσης “H” μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θερμοκρασία έως 180ºC χωρίς πρόβλημα. Αυτή η καινοτομία παρουσιάζεται ως σημαντικός παράγοντας βελτίωσης της αξιοπιστίας του κινητήρα (καλύτερα υλικά μόνωσης) αλλά θεωρητικά συμβάλλει και στην αύξηση του ωφέλιμου κύκλου ζωής της αντλίας (“…η κλάση H έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από την κλάση F στις ίδιες συνθήκες λειτουργίας”).
SeparatorBetweenMainTextsΥποβρύχιες Ηλεκτρικές Αντλίες Λυμάτων – Αντιεκρηκτικού Τύπου (ένα σημαντικό σημείο αναφοράς)
Εδώ και αρκετά χρόνια, οι κύριοι κατασκευαστές υποβρυχίων ηλεκτρικών αντλιών λυμάτων, έχουν αναπτύξει ειδικές διαφοροποιημένες κατασκευές ηλεκτρικών αντλιών – πέραν του standard κατασκευστικού τους range – που να μπορούν να εργάζονται σε explosion – risk environments: αυτές είναι ευρύτερα γνωστές ως «Αντιεκρηκτικές Εκδόσεις» (ξεχωρίζουν από την σύντμηση “–EX”). Η ειδική αυτή κατασκευή πρέπει απαραίτητα να συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές κατασκευής και απόδοσης, όπως αυτές αναφέρονται σε ένα μεγάλο αριθμό Ευρωπαϊκών Τυποποίησεων – και πάντα υπόκεινται στην Οδηγία 94/9CE, ευρέως γνωστή ως ΑΤΕΧ. Η εξέλιξη των προϊόντων έχει συμβαδίσει με την εξέλιξη των προτύπων αντιεκρηκτικής προστασίας, για αυτό το λόγο οι διάφοροι κατασκευαστές αντλητικών μηχανημάτων αναφέρονται σε ένα και μοναδικό πρότυπο, σύμφωνα με το οποίο σχεδιάζονται και παράγονται όλες οι αντικρηκτικές – ΑΤΕΧ εκδόσεις υποβρυχίων αντλιών λυμάτων.
Μία σημαντική παράμετρος του προτύπου που ένα ΑΤΕΧ – certified προϊόν πρέπει να καλύπτει έχει να κάνει με την επιφανειακή θερμοκρασία της αντλίας. Τα μείγματα εκρηκτικών αερίων που μπορούν να υπάρχουν στο περιβάλλον εργασίας μίας υποβρύχιας αντλίας, είναι δυνατό να αυτοαναφλεγούν εάν έρθουν σε επαφή με τη θερμή εξωτερική επιφάνεια της αντλίας. Για αυτό το λόγο όλες οι «Αντιεκρηκτικές – κατά ΑΤΕΧ – Εκδόσεις» αντλιών, πρέπει κατά τη λειτουργία τους να έχουν μέγιστη εξωτερική επιφανειακή θερμοκρασία, χαμηλότερη από το θερμοκρασιακό σημείο αυτοανάφλεξης του μείγματος αερίων που βρίσκονται στο περιβάλλον εργασίας. Σε μία υποβρύχια αντλία, η μέγιστη εξωτερική επιφανειακή θερμοκρασία εμφανίζεται στην επιφάνεια του περιβλήματος του ηλεκτρικού κινητήρα. Η αναπτυσσόμενη θερμοκρασία είναι συνάρτηση της απώλειας ισχύος του κινητήρα, δηλαδή έχει άμεση σχέση με το βαθμό απόδοσης του κινητήρα. Σύμφωνα με τους νόμους της θερμοδυναμικής, η εσωτερικά (στον κινητήρα) αναπτυσσόμενη θερμοκρασία είναι πάντα υψηλότερη από αυτήν που αναπτύσσεται στην επιφάνεια του περιβλήματος του κινητήρα.
Έως και πριν από μερικά χρόνια, όλες οι «Αντιεκρηκτικές – κατά ΑΤΕΧ – Εκδόσεις» αντλιών διαθέσιμες στην αγορά ήταν Θερμοκρασιακής Κλάσης Τ4, αυτό σημαίνει πως η μέγιστη εξωτερική θερμοκρασία του περιβλήματος του κινητήρα μπορεί να ανέλθει σε θερμοκρασίες έως και 135ºC.
Οι κινητήρες Θερμοκρασιακής Κλάσης Τ3 – Κλάσης Μόνωσης Η, μπορούν να έχουν μέγιστη εξωτερική θερμοκρασία περιβλήματος έως 200ºC. Η κλάση Τ3 συνήθως επαρκεί για να αντεπεξέρθει στις ανάγκες εφαρμογών των αντιεκρηκτικών ηλεκτρικών αντλιών, εφόσον πρόκειται για τον συνηθισμένο τους αντλητικό ρόλο. Η διακύρηξη θερμοκρασιακών κλάσεων του κάθε κατασκευαστή, ελέγχετε από μία ανεξάρτητη ΑΤΕΧ notified επιτροπή, και αποτελεί απαρέγκλητη προϋπόθεση για να μπορεί να γίνει διάθεση τέτοιων αντλιών σύμφωνα με την υπάρχουσα ευρωπαϊκή νομοθεσία.
SeparatorBetweenMainTextsΣυμπερασματικά στοιχεία
Ξεκάθαρα, για την ίδια μηχανική ισχύ, ένας κινητήρας θερμοκρασιακής κλάσης Τ4 είναι καλύτερος από ένα κινητήρα θερμοκρασιακής κλάσης Τ3. Οι κινητήρες κλάσης Τ4 α) μπορούν άφοβα να εργαστούν σε περιβάλλον εργασίας που μπορεί να υπάρχουν αέρια με χαμηλή θερμοκρασία αυτοανάφλεξης, β) έχουν πολύ καλύτερη ηλεκτρολογική απόδοση, συνέπεια του οτι λειτουργούν σε μικρότερη θερμοκρασία και άρα καταπονούν την μόνωση της περιέλιξης πολύ λιγότερο, γ) προκαλούν λιγότερη φθορά στα υπόλοιπα τμήματα και υλικά της αντλίας (τριβείς, λάδι λίπανσης κλπ).
Σύμφωνα με τα όσα έχουν αναφερθεί έως τώρα, αντιλαμβάνεται κανείς πως για τον χρήστη μίας υποβρύχιας αντλίας λυμάτων, είναι πολύ σημαντικό οι κινητήρες των αντλιών να δουλεύουν στα χαμηλότερα δυνατά επίπεδα εξωτερικής θερμοκρασίας περιβλήματος. Η επιλογή της θερμοκρασιακής κλάσης Τ3 δικαιολογείται μόνο εφόσον υπάρχει συνδιασμός ανάγκης για μικρότερου μεγέθους κινητήρες σε μεγάλο κύκλο εργασίας. Εάν η επιφανειακή θερμοκρασία ξεπερνάει τα όρια της θερμοκρασιακής κλάσης Τ4, τότε σίγουρα η θερμοκρασία της περιέλιξης θα είναι πολύ πάνω από τους 135ºC και σε τέτοιες λειτουργικές συνθήκες θα ήταν πολύ δύσκολο να έχουμε αξιοπιστιά υλικών κλάσης μόνωσης F (155ºC).
Γενικές παρατηρήσεις
- Η κατασκευή μόνωσης Η είναι πιο δαπανηρή και η χρήση της θεωρείται αδικαιολόγητη – εκτός και αν απαιτείται για κάποιες εξαιρετικές εφαρμογές. Γενικά η μόνωση F που «εργάζεται» σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από την κλάσης της, είναι πιο αξιόπιστη και έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, από μόνωση κλάσης Η που «εργάζεται» σε υψηλές θερμοκρασίες.
- Τα υλικά κλάσης Η είναι πολύ πιο ευάλωτα σε μηχανική θραύση σε σχέση με τα υλικά κλάσης F, κατά συνέπεια θεωρούνται πιο ευαίσθητα έχοντας ταυτόχρονα υψηλό ρίσκο παραγωγικής απόρριψης (για ποιοτικούς λόγους). Πρέπει επίσης να σημειωθεί πως ακόμα και οι μοντέρνες μέθοδοι ποιοτικού ελέγχου δεν είναι σε θέση να εντοπίσουν όλα τα ελλατώματα στην κατασκευή του συγκεκριμένου τύπου μόνωσης των καλωδίων της περιέλιξης.
Συνήθως οι κατασκευαστές ηλεκτρικών υποβρύχιων αντλιών λυμάτων κλάσης F, χρησιμοποιούνε σύρμα περιέλιξης με μόνωση Η. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η περιέλιξη υπόκειται ακόμα λιγότερη καταπόνηση σε σχέση με τους υποβρύχιους κινητήρες μόνωσης Η που δουλεύουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες.
Συμπερασματικά, οι κινητήρες κλάσης μόνωσης F, έχουν φυσιολογικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, τόσο αναφορικά με την περιέλιξη όσο και με τα μηχανικά – περιστρεφόμενα μέρη τους. Όλα αυτά λειτουργούν προς όφελος των υποβρύχιων αντλιών λυμάτων που «εργάζονται» σε ιδιαίτερα αντίξοες συνθήκες λειτουργίας.
Συνθετική περίληψη
- Οι κινητήρες Τ3 καλύπτουν τις τυπικές εφαρμογές άντλησης λυμάτων
- Ένας κινητήρας Τ3 λειτουργεί σε υψηλότερη θερμοκρασία από έναν κινητήρα Τ4
- Από τεχνική σκοπιά ένας κινητήρας Τ4 είναι καλύτερος από έναν κινητήρα Τ3
- Κατόπιν ζήτησης, όλοι οι κατασκευαστές κινητήρων Τ4 μπορούν να δηλώσουν υπεύθυνα πως οι παραγώμενοι κινητήρες καλύπτουν και τις προδιαγραφές των κινητήρων Τ3
- Από τεχνική σκοπιά δεν υπάρχει ο παραμικρός λογος για να δικαιολογηθεί μόνωση κλάσης Η σε κινητήρα Τ4, γιατί πολύ απλά δεν χρειάζεται
- Ένας κινητήρας Τ4 με μόνωση κλάσης F, είναι πάντα πιο αξιόπιστος από έναν κινητήρα Τ3 με μόνωση κλάσης H
* Ο κ. Σοφοκλής Χατζόπουλος είναι Μηχανολόγος Μηχανικός της Caprari Hellas
