Pompy śrubowe – typy i warianty

Pompy śrubowe obejmują kilka wyraźnie odmiennych konstrukcji, które różnią się geometrią elementów roboczych, sposobem podawania medium, dopuszczalnym zakresem lepkości oraz wymaganiami procesowymi. Te różnice mają bezpośredni wpływ na stabilność przepływu, odporność na cząstki stałe, możliwość pracy higienicznej i dokładność dozowania. W praktyce warto rozumieć je przed doborem, ponieważ inne rozwiązanie sprawdzi się w ściekach i osadach, a inne w oleju, produktach spożywczych czy precyzyjnym podawaniu reagentu. Zestawienie obejmuje sześć głównych odmian, od najbardziej uniwersalnych konstrukcji procesowych po warianty wyspecjalizowane.

Pompa jednośrubowa

Pompa jednośrubowa to pompa wyporowa z wirnikiem o geometrii śrubowej współpracującym z elastomerowym statorem. Jej cechą definiującą jest tworzenie kolejnych komór transportujących medium osiowo, dzięki czemu dobrze radzi sobie z cieczami o lepkości od kilkuset do nawet 100 000 mPa·s, a w wykonaniach specjalnych jeszcze wyżej. W odróżnieniu od pompy dwuśrubowej lepiej toleruje media z cząstkami stałymi i zawiesiną, natomiast zwykle pracuje przy niższych prędkościach obrotowych, często rzędu 100–500 obr./min.

To rozwiązanie jest typowe dla oczyszczalni ścieków, instalacji osadów, przemysłu ceramicznego, chemii technicznej i transportu past, szlamów oraz mas o właściwościach ściernych. Tam, gdzie pompa trójśrubowa wymaga czystszego medium i stabilnych warunków smarowania, ten wariant lepiej znosi niejednorodność produktu. Zaletą jest łagodny transport medium wrażliwego na ścinanie oraz zdolność samozasysania do kilku metrów słupa cieczy. Ograniczeniem pozostaje wrażliwość statora na suchobieg i temperaturę; dla elastomerów NBR lub EPDM przekroczenie dopuszczalnego zakresu, np. 80–120°C zależnie od materiału, szybko skraca trwałość.

Praktycznie najczęstszy błąd dotyczy niedoszacowania prędkości obrotowej względem lepkości i zawartości części stałych. Przy mediach ściernych warto schodzić z obrotami i przewidzieć zabezpieczenie przed suchobiegiem oraz zawór nadmiarowy, bo zużycie statora rośnie wtedy znacznie szybciej niż w pompie higienicznej pracującej na czystych produktach.

Pompa dwuśrubowa

W odróżnieniu od pompy jednośrubowej, pompa dwuśrubowa wykorzystuje dwa zazębiające się wirniki śrubowe obracające się synchronicznie, najczęściej przez przekładnię zębatą poza komorą medium. Taka konstrukcja daje bardzo równomierny przepływ, niską pulsację i możliwość pracy w szerokim zakresie wydajności, często od kilku do ponad 200 m³/h. Charakterystyczna jest też zdolność do tłoczenia zarówno cieczy rzadkich, jak i lepkich, zwykle od około 1 do 1 000 000 mPa·s, zależnie od prędkości i luzów roboczych.

Ten typ jest szczególnie ceniony w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, chemicznym i petrochemicznym, zwłaszcza tam, gdzie jedna pompa ma obsługiwać produkt, medium myjące i opróżnianie linii. W przeciwieństwie do pompy trójśrubowej może pracować z produktami bardziej zróżnicowanymi lepkościowo, a w wersjach sanitarnych z procedurą clean-in-place (mycie w obiegu zamkniętym). Jednocześnie gorzej niż pompa z lejem zasypowym radzi sobie z bardzo gęstymi masami, które nie spływają samoczynnie do króćca ssawnego.

• Typowe zastosowania obejmują transfer syropów, czekolady, koncentratów, olejów, kremów i produktów kosmetycznych.
• Zaletą jest możliwość pracy dwukierunkowej oraz delikatne traktowanie medium przy prędkościach rzędu 200–3600 obr./min.
• Ograniczeniem są wyższe wymagania co do dokładności wykonania i kosztu serwisu niż w prostszych układach jednośrubowych.
• Cząstki twarde i duże zanieczyszczenia są dla niej mniej korzystne niż dla pompy jednośrubowej, bo mogą zwiększać ryzyko kontaktu wirników z korpusem.

W praktyce przy doborze trzeba zwracać uwagę nie tylko na lepkość nominalną, ale też na lepkość podczas rozruchu i po schłodzeniu produktu. To właśnie zimny start częściej przeciąża napęd niż praca ustalona.

Pompa trójśrubowa

Pompa trójśrubowa służy przede wszystkim do tłoczenia czystych, smarnych cieczy przy stosunkowo wysokim ciśnieniu i bardzo stabilnym przepływie. Składa się z centralnej śruby napędowej oraz dwóch śrub biernych, które tworzą zamknięte przestrzenie wyporowe. W porównaniu z pompą dwuśrubową jest zwykle bardziej wyspecjalizowana: mniej uniwersalna materiałowo, ale bardzo skuteczna w układach olejowych, gdzie liczy się niska pulsacja i ciśnienie robocze rzędu 16–100 bar, a w niektórych wykonaniach jeszcze wyższe.

Najczęściej spotyka się ją w układach smarowania turbin, sprężarek, przekładni, palnikach olejowych, hydraulice przemysłowej oraz w obiegach paliw i olejów opałowych. Tam, gdzie pompa jednośrubowa toleruje osad i włókna, ten wariant wymaga medium dobrze przefiltrowanego, bo ma mniejsze luzy robocze i opiera trwałość na filmie smarnym. Zaletą jest cicha praca, wysoka sprawność przy olejach o lepkości np. 3–760 cSt oraz bardzo równy strumień, korzystny dla układów precyzyjnego smarowania. Ograniczeniem pozostaje słaba tolerancja na suche cząstki, media niesmarne i duże wahania lepkości.

Praktyczna uwaga dotyczy filtracji na ssaniu i temperatury rozruchu. Jeżeli lepkość zimnego oleju rośnie kilkukrotnie, moment rozruchowy może przekroczyć założenia napędu. W takich warunkach pompa dozująca śrubowa nie byłaby właściwym zamiennikiem, bo pełni inną funkcję, natomiast lepiej sprawdza się podgrzewanie medium lub obejście rozruchowe.

Pompa z lejem zasypowym

Tam, gdzie medium nie napływa swobodnie do króćca ssawnego, pompa z lejem zasypowym stanowi rozwinięcie konstrukcji jednośrubowej o strefę podawania z dużym lejem i często ślimakiem wstępnym. Jej wyróżnikiem nie jest sama hydraulika, lecz sposób zasilania komory roboczej materiałem o bardzo wysokiej lepkości, plastyczności lub skłonności do mostkowania. W przeciwieństwie do pompy dwuśrubowej nie wymaga dobrego zalania produktem, a w odróżnieniu od standardowej pompy jednośrubowej lepiej radzi sobie z masami, które zachowują się bardziej jak pasta niż ciecz.

Typowe zastosowania obejmują osady odwodnione o suchej masie kilku do kilkunastu procent, szpachle, kleje, masy owocowe z kawałkami, ciasta, farsze, odpady poubojowe i zagęszczone szlamy. Często pracuje przy wydajnościach od 0,5 do 80 m³/h, ale kluczowy jest tu nie sam przepływ, lecz ciągłość podawania. Zaletą jest możliwość transportu mediów o lepkości przekraczającej 100 000 mPa·s oraz ograniczenie ryzyka kawitacji na ssaniu. Ograniczeniem są większe gabaryty, wyższy moment na wale i bardziej wymagające czyszczenie niż w pompie higienicznej.

• Lej powinien być dobrany do sposobu podawania: ręcznego, z prasy, z mieszalnika lub z przenośnika.
• Ślimak podający poprawia napełnianie komór, ale zwiększa zużycie przy mediach silnie ściernych.
• W aplikacjach spożywczych trzeba odróżnić ten wariant od pompy higienicznej: sam lej nie oznacza jeszcze wykonania sanitarnego.
• Błędem eksploatacyjnym jest przewymiarowanie leja bez kontroli czasu przebywania produktu, co może pogarszać jednorodność lub temperaturę masy.

Przy modernizacji linii warto sprawdzić, czy problemem jest rzeczywiście pompa, czy raczej sposób podawania medium. Często dopiero wersja z lejem rozwiązuje niestabilny zasys standardowej konstrukcji.

Pompa higieniczna

Cechą wyróżniającą tego typu jest wykonanie podporządkowane wymaganiom sanitarnym: gładkie powierzchnie, brak martwych stref, materiały takie jak AISI 316L oraz uszczelnienia zgodne z wymaganiami dla kontaktu z produktem. Pompa higieniczna może być oparta na układzie jednośrubowym lub dwuśrubowym, ale jako wariant procesowy odróżnia się od pompy z lejem zasypowym i standardowej pompy jednośrubowej przede wszystkim możliwością skutecznego mycia oraz walidacji czystości. W praktyce często projektuje się ją do pracy z CIP i czasem SIP (sterilization-in-place, sterylizacja na miejscu), przy temperaturach mycia rzędu 80–140°C zależnie od uszczelnień.

Stosuje się ją w mleczarstwie, produkcji napojów, farmacji, kosmetyce i przetwórstwie spożywczym, gdzie liczy się nie tylko transport medium, ale też powtarzalność higieny procesu. W porównaniu z pompą trójśrubową lepiej obsługuje produkty spożywcze o zmiennej lepkości i wymaganiach sanitarnych, lecz zwykle nie jest wybierana do wysokociśnieniowych układów smarowania. Zaletą jest ograniczenie ryzyka zalegania produktu, łatwiejsza inspekcja i zgodność z normami branżowymi. Ograniczeniem pozostaje wyższy koszt wykonania, większa wrażliwość na niewłaściwy montaż uszczelnień oraz konieczność utrzymania reżimu mycia.

Praktycznie trzeba zweryfikować nie tylko materiał korpusu, ale też elastomery, chropowatość powierzchni i geometrię przyłączy. Wiele problemów eksploatacyjnych wynika z tego, że pompa jest „nierdzewna”, ale nie w pełni higieniczna w sensie procesowym.

Pompa dozująca śrubowa

Pompa dozująca śrubowa jest przeznaczona nie tyle do transportu masowego, ile do bardzo kontrolowanego podawania małych i średnich strumieni medium. Najczęściej bazuje na zasadzie jednośrubowej, lecz jest skonfigurowana pod kątem dokładności, stabilności wydatku i współpracy z automatyką. W odróżnieniu od pompy jednośrubowej procesowej pracuje zwykle przy mniejszych wydajnościach, na przykład od kilku litrów na godzinę do kilku m³/h, ale z większym naciskiem na powtarzalność dawki, często w granicach ±1% do ±3% zależnie od układu sterowania i lepkości.

Jej typowe zastosowania to dozowanie polielektrolitów, reagentów chemicznych, dodatków smakowych, barwników, klejów, mas uszczelniających oraz komponentów w liniach mieszania i powlekania. Tam, gdzie pompa dwuśrubowa zapewnia elastyczny transfer produktu, ten wariant lepiej sprawdza się w zadaniach porcjowania i zasilania ciągłego o małym przepływie. Zaletą jest dobra kontrola przy mediach lepkich i wrażliwych na ścinanie oraz możliwość integracji z falownikiem, przepływomierzem lub wagą. Ograniczeniem jest mniejsza opłacalność przy dużych wydajnościach i większa wrażliwość na zmiany lepkości niż w układach stricte transportowych.

• Przy dozowaniu reagentów warto uwzględnić pulsację układu po stronie instalacji, nie tylko samej pompy.
• Dla mediów z cząstkami stałymi trzeba sprawdzić dopuszczalną granulację; nie każda wersja dozująca toleruje to tak dobrze jak pompa z lejem zasypowym.
• Zbyt duże przewymiarowanie obniża dokładność przy pracy na niskiej częstotliwości.
• W aplikacjach chemicznych istotny jest dobór statora do kompatybilności materiałowej, np. NBR, FKM lub EPDM.

W praktyce o jakości dozowania decyduje cały układ: długość przewodu, przeciwciśnienie, odpowietrzenie i sposób kalibracji. Sama pompa nie skompensuje błędów instalacyjnych, nawet jeśli nominalnie spełnia wymagany zakres wydajności.