W systemach cięcia strumieniem wody, popularnie określanych mianem waterjet, pompa jest kluczowym elementem. To od niej w głównej mierze zależy prędkość, z jaką woda wydostaje się z dyszy i uderza w obrabiany detal. Odpowiednio dobrana pompa może przyczynić się do wzrostu wydajności całego procesu cięcia. Ma też wpływ na późniejsze koszty związane z eksploatacją oraz ewentualnymi naprawami usterek.

Pompy waterjet: dwa rodzaje do wyboru

W zastosowaniach przemysłowych najpopularniejsze są obecnie dwa typy pomp: z hydraulicznym wzmacniaczem ciśnienia oraz z napędem bezpośrednim, zwane również korbowodowymi. Pompy te różnią się konstrukcją, zasadą działania, a przede wszystkim korzyściami, jakie zapewniają użytkownikom.

Pompa korbowodowa wyposażona jest w obrotowe pompy o napędzie bezpośrednim (nie ma tu pompy hydraulicznej), w których wał korbowy napędzany jest silnikiem elektrycznym (za pośrednictwem falownika). Wał ten porusza trzema tłokami (tzw. nurnikami), które wytwarzają odpowiednie ciśnienie. Za pomocą falownika można regulować obroty silnika, a tym samym również ciśnienie wytwarzanie w pompie.

W maszynach waterjet zdecydowanie bardziej powszechnie występuje obecnie drugi typ pomp, tj. pompy ze wzmacniaczem ciśnienia albo pompy multiplikatorowe. Ich większa popularność wynika z faktu, że są one w stanie zapewnić znacząco większe ciśnienie (nawet powyżej 6000 barów) niż pompy korbowodowe. Możliwość zwiększenia ciśnienia spowodowana jest różnicą powierzchni tłoków olejowego i wodnego: olej trafia tu do specjalnej komory, gdzie naciska na tłok cylindra niskiego ciśnienia, a ten napiera następnie na znacznie (ok. 20-krotnie) mniejszy trzpień, czego efektem jest 20-krotne „wzmocnienie” ciśnienia. Przykładowo dla ciśnienia oleju rzędu 200 barów otrzymujemy ciśnienie wody równe 4000 barów. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość łatwiejszego sterowania ciśnieniem w szerszym zakresie przez regulację ciśnienia w pompie hydraulicznej, która tłoczy olej do wspomnianego multiplikatora ciśnienia.

Pompy waterjet: różne moce i dodatkowe oszczędności

Dostępne na rynku pompy do waterjetów mogą się znacznie różnić pod względem oferowanej mocy. Należy mieć świadomość, że różnice te przekładają się z jednej strony na koszty zużywanej energiej, a z drugiej – na szybkość cięcia. Ogólnie rzecz biorąc, większe ciśnienie wody to wyższy pobór energii, ale jednocześnie krótszy czas cięcia detalu. Warto zatem wspomniane koszty zużycia energii przeliczyć na konkretny detal. Może się bowiem zdarzyć, że w danej jednostce czasu zużyjemy dużo więcej energii, ale jednocześnie wytniemy znacząco więcej elementów.

Pewien wgląd w ogólne koszty eksploatacji pomp do waterjetów da nam sprawność takiej maszyny, jednak na kwestię oszczędności należy patrzeć znacznie szerzej. Oszczędności można bowiem uzyskać na różnych etapach, np. redukując zużycie oleju czy też zastępując silnik asynchroniczny serwonapędem, co z kolei zapewnia stały moment obrotowy i wyraźne oszczędności energii. Dodatkowe oszczędności można również uzyskać, jeśli np. podczas postoju głowicy napęd pompy będzie się całkowicie wyłączał, zmniejszając zużycie energii do zera.

– Przykładowo dla ciśnienia 1200 bar pompy hybrydowe firmy Waterjet zużywają tylko 3 kW, natomiast absolutnym szczytem efektywności wynoszącym niespotykaną wartość 95% jest pompa E Drive 26 kM z przepływem wody 3,7 l/min – mówi Maciej Łukaszewicz, specjalista ds. kluczowych klientów w firmie CNC-Projekt.

Element większej całości

Oczywiście, maszyny do cięcia wodą bardzo dobrze integrują się w systemach efektywnego planowania zarządzania całością zasobów przedsiębiorstwa i systemach zarządzania produkcją, w których optymalizacji podlega koszt wytworzenia komponentu oraz technologia procesu. Jak wyjaśnia Maciej Łukaszewicz, specjalista ds. kluczowych klientów w firmie CNC-Projekt, wszystkie parametry technologiczne waterjetów są obecnie dostępne do przetwarzania w sieci. Dobrym przykładem może być tu baza materiałowa, za pomocą której można określić czas i jakość wykonanej części, zaplanować przestój związany z interwałem serwisowym (pompy serwomotoryczne nowej generacji doskonale się samodiagnozują, dając dokładną odpowiedź zwrotną operatorowi procesu) czy zintegrować maszynę z robotem zbierającym ażur po cięciu.

– Co najważniejsze, bardzo małe zlecenia można realizować z efektywnością dużej skali, co staje się niezwykle korzystne ekonomicznie. W firmach dążących do budowania przewagi konkurencyjnej ważne jest, aby optymalnie dostosować technologię do powierzonego zlecenia. Nie wszystkie zlecenia są w tym kontekście opłacalne przy cięciu laserem. Do tego dochodzi wymóg wysokiej jakości ciętej krawędzi i braku wpływu temperatury, co eliminuje oprócz lasera także plazmę – mówi Maciej Łukaszewicz.

Korzyści ze stosowania wycinarek wodnych bazujących na pompie elektrycznej lub hybrydowej jest jednak więcej. Należy do nich m.in. wykonywanie cięć kształtowych, np. na potrzeby produkcji sit, możliwość cięcia każdego innego materiału niemetalicznego, a także redukcja hałasu przekładająca się na wyższy komfort pracy zgodny z założeniami Przemysłu 4.0.

Najważniejsze elementy przy wyborze pompy waterjet

Pompa ciśnienia jest sercem wycinarki wodnej – ma być wytrzymała, prosta w serwisowaniu i przyjazna w obsłudze, a także dysponować powtarzalnymi parametrami ciśnienia roboczego, dającymi się w elastyczny sposób dostosować do potrzeb produkcyjnych. Kolejnym istotnym aspektem przy wyborze pompy jest płynny wzrost ciśnienia z możliwością jego ustawiania i programowania z pulpitu sterowania, który ułatwia przebijanie i cięcie kruchych materiałów.

– Czym wyższe jest ciśnienie, tym niższe będą koszty produkcji jednostkowej części, zwłaszcza wykonanej z materiałów twardych typu stal – tłumaczy Maciej Łukaszewicz. – Nawet wzrost ciśnienia z 4150 do 4200 barów przynosi korzyści skali, nie mówiąc o ciśnieniu 6200 barów, które stanowi najbardziej optymalne rozwiązanie przy dużym obłożeniu maszyny. W efekcie przy klasycznej pracy trzyzmianowej możemy uzyskać oszczędności czasu równe czasowi pracy jednej zmiany.

* * * * *
W artykule wykorzystano materiały firm CNC-Projekt, Flow oraz Kimla.

[RAMKA]
Pompy korbowodowe a pompy ze wzmacniaczem ciśnienia

Pompy korbowodowe:
– cichsza praca,
– mniejsze rozmiary,
– mniejsza ilość oleju,
– tańsze w produkcji.

Pompy ze wzmacniaczem ciśnienia:
– niższe koszty eksploatacyjne,
– większa trwałość uszczelnień,
– szeroki zakres regulacji ciśnienia,
– zamknięty układ chłodzenia,
– brak konieczności uzdatniania wody,
– większe ciśnienie i wydajność,
– brak strat w falowniku.
Źródło: Kimla