Подбор насоса. Часть 1. Общие сведения: постановка задачи, определение напора и производительности, а также свойств жидкости.

Подбор насоса. Часть 1. Общие сведения: постановка задачи, определение напора и производительности, а также свойств жидкости.

Если на вашем производстве имеются какие-либо текучие среды, то для автоматизации производства или в связи с невозможностью перекачивать их ручным способом, обязательно используется насосный агрегат. Если линия уже автоматизирована и на ней установлен насос, то в случае его поломки замена не составляет большого труда. Всегда можно приобрести аналогичный насос или подобрать по данным на шильде подобный агрегат.

Аналогичный можно найти у официальных поставщиков, разыскав таких на просторах сети Интернет. А для подбора подобного по данным на шильде лучше обратиться к крупному поставщику с широким спектром оборудования и большим опытом. Такая компания всегда сможет найти равноценный аналог.

В данной статье мы будем описывать свойства, технические возможности и характеристики оборудования, которое поставляется нами, а именно:

Постановка задачи

Если же вы выбираете агрегат для решения образовавшейся задачи, то есть подбираете "с нуля", то для квалифицированного подбора необходимо учитывать следующие вводные данные:

  • перекачиваемая среда
    • нейтральная
    • химически агрессивная
    • вязкая
    • пищевая
    • деликатная
    • с частицами
  • требующаяся производительность
  • необходимое давление (напор)
  • изменение производительности и напора
  • самовсасывание

Перекачиваемая среда

Как известно, насос - это "гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами".

Из данного определения видно, что насос - это агрегат, который работает с жидкостями или газами. Поэтому подбирая насос нельзя пренебречь свойствами перекачиваемой среды, а точнее насос подбирается под перекачиваемую среду. Это простое и основное правило по подбору насоса.

Далее опишем основные свойства жидкостей, которые наиболее существенно влияют на выбор того или иного типа насоса.

Подбор насоса на нейтральную среду

Под нейтральной средой подразумевается по общему правилу вода - жидкость с PH равным 7, вязкостью до 200 сСт, не требующая ни деликатоного обращения, ни сохранения чистоты во время перекачивания.

Нейтральная среда не имеет никаких нюансов. Для перекачивания воды подходят любые насосы, разве что для подбора шестерёнчатого насоса на воду (несмазывающую среду) потребуется установить втулки и уплотнения из графита для предотвращения их перегрева и разрушения. А перекачивать воду винтовым насосом крайне неэкономично.

Обычно для перекачивания воды подбирают тот или иной центробежный насос с проточной частью из чугуна, типоразмером под требуемую производительность и напор.

Подбор насоса на химически агрессивную среду

Под химически агрессивной средой следует понимать неорганические растворы с PH отличных от 7, то есть кислоты и щёлочи, а таже органические соединения, которые вступают в активные реакции по окислению, растворению или изменению структуры металлов и неметаллов.

В насосе жидкость при перекачивании соприкасается с внутренней частью корпуса (проточной частью), крыльчаткой (шестернями, винтом), валом, уплотнением или клапанами, мембранами и др. Указанные выше компоненты насоса должны быть химически устойчивы к раствору, под который подбирается насос.

Химическая устойчивость определяется по таблицам химической стойкости материалов, которые имеются у инженеров заводов изготовителей насосного оборудования, а также у официальных поставщиков. Эти данные получаются опытным путём в результате многолетних внедрений и испытаний. У технических специалистов нашей компании в распоряжении имеются такие таблицы и с ними всегда можно проконсультироваться, получив гарантированный ответ по химический стойкости материал насоса к раствору.

Часть данных можно найти в сети интернет, но не стоит полностью полагаться на эти данные. Дело в том, что имеет значение концентрация и температура. Так, например, серная кислота с концентрацией 80% и температурой 20 градусов не взаимодействует с резиной EPDM, а при повышении температуры до 80 градусов начинает её растворять. А при концентрарции 94% уже и при 20 градусах EPDM растворяется серной кислотою.

В нашем распоряжении сводные данные по 3 000 растворов различной температуры и концентрации. При подборе насосов нашими специалистами под вашу химически агрессивную среду мы даём гарантию химической стойкости насоса.

Следует помнить, что насосы не всегда изготавливаются из металлов, таких как чугун и сталь. Нами поставляются насосы с проточной частью из полимеров (полиэтилен, полипропилен) и фторопласта, обладающего непревзойдённой химической устойчивостью. Особое место занимают насосы с магнитной муфтой, для обеспечения абсолютной герметичности. В этих насосах отсутствует отверстие для вала в корпусе проточной части, что позволяет гарантированно избежать протечек агрессивных жидкостей.

Подбор насоса на вязкую среду

Жидкости бываю разные во вязкости, это может быть вода с вязкостью 1 сСт, а может быть клей с вязкостью 6 000 сСт, а может быть и мёд с вязкостью около 60 000 сСт. Этот фактор обязательно нужно учитывать, так как неверный подбор насоса в данном случае приведёт к выходу из строя насоса в самое кратчайшее время, а также может приводить к перегреву и выходу из строя электропривода насоса.

Для подбора насоса по вязкости по общему правилу нужно знать приблизительные диапазоны работы каждого из представленных типов насосного оборудования, так (указано по возрастанию вязкости):

  • центробежные насосы перекачивают жидкости вязкостью до 200 сСт;
  • пневматические мембранные насосы по паспорту перекачивают жидкости с вязкостью до 20 000 сСт, но при приближении значения вязкости к 10 000 сСт производительность насоса сильно снижается и вам потребуется установка типоразмера в 5-10 раз превышающего требующиеся показатели, что будет крайне неэкономичеым решением;
  • импеллерные насосы по паспорту перекачивают жидкости с вязкостью до 50 000 сСт, но по факту применение их для перекачивания продуктов вязкостью более 10 000 сСт затруднено, требует снижения частоты вращения, приводит к повышенному износу и как следствие всех этих причин к общему удорожанию конструкции;
  • шестерёнчатые насосы успешно работают с продуктами вязкостью до 60 000 сСт при правильном подборе мощности привода и частоты его вращения;
  • перистальтические насосы успешно перекачивают среды вязкостью до 70 000 сСт, также требуют профессионального подбора мощности привода и частоты вращения, но в отличие от шестерёнчатых насосов имеют слабое место - расходную часть - гибкий шланг, который при работе с жидкостями предельной для насоса вязкости или создании большого давления будет требовать ежемесячной замены;
  • винтовые насосы имеют самые большие показатели и перекачивают нетекучие среды вязкостью до 1 000 000 сСт, такие как фарши, мороженное и прочее; при подборе также требуется профессиональный подход и консультации с заводом-изготовителем.

Как вы заметили, подбирая насос под определённую вязкость в большинстве случаев требуется знать точные данные по зависимости вязкости от частоты вращения вала и мощности привода.

Подбор насоса на пищевые продукты

Перекачивание пищевых продуктов - обычная задача всех пищевых производств. Обязательным требованием к проточной части таких насосов является гигиеничность. Материалы проточной части подбираемого насоса не должны взаимодействовать с пищевым продуктом, не должны изменять его состав.

По общему правилу в таких случаях в качестве твёрдых элементов корпуса (проточная часть, вал, крыльчатка) используются

  • нержавеющая сталь AISI 316 (316L, 316Ti),
  • полиэтилен,
  • фторопласт.

В качестве гибких элементов насосов (крыльчатка, мембраны, клапаны) используются пищевые модификации каучуков:

  • NBR - нитрил-бутиловый каучук,
  • CR - неопрен,
  • EPDM - этиленпропилендиеновый каучук,
  • NR - натуральная резина,
  • VMQ - силикон.

Аналогичные или более строгие требования предъявляются предприятиями фармацевтической промышленности.

Однако, исполнение насоса из материалов, которые можно использовать в пищевой промышленности, ещё не делает его пригодным к использованию на пищевых производствах. Насос должен быть гигиеническим, в насосной промышленности это означает отсутствие труднодоступных мест, которые не вымывались бы при мойке насоса. При наличии такие мест в проточной части насоса после его мойки оставшийся продукт начнёт гнить и при следующем использовании насоса испортит перекачиваемую среду.

Подбор насоса для деликатного перекачивания

Под деликатным перекачиванием подразумевается такое перекачивание продукта, при котором сохраняется его внутренняя структура или целостность включений. Например, сметана не должна взбиваться, а ягоды джема оставаться целыми.

При подборе насоса деликатность обеспечивается, во-первых, низкой частотой вращения вала (тактами), и, во-вторых, большими зазорами между ротором и статором насоса. Данным требованиям отвечают три типа насосного оборудования:

  • перистальтические насосы (от 14 оборотов в минуту, частицы до 40,5 мм),
  • импеллерные насосы (от 235 оборотов в минуту, частицы до 25 мм),
  • винтовые насосы (от 18 оборотов в минуту, частицы до 58 мм),
  • мембранные насосы (от 60 тактов в минуту, частицы до 15 мм, применяются с огианичениями).

Подбор насоса для перекачивания жидкостей с частицами

При подборе насоса для перекачивания жидкостей с частицами нужно определить с характером частиц: твёрдые или мягкие, нужно ли их сохранить или нет.

Если частицы мягкие и не могут повредить внутренние элементы насоса, а сохранить целостность таких частиц нет необходимости, то учитывать их при подборе насос нет необходимости.

Если частицы мягкие, не могут повредить внутренние элементы насоса, но нужно сохранить их целостность, то это вопрос деликатного перемещения, который мы освятили выше.

Если частицы твёрдые, то в зависимости от задачи: грязная вода или косточки компота, подойдут различные типы насосного оборудования. В любом случае, подбирая насос, необходимо детально уточнить размер максимальных включений, которые могут без повреждений перекачиваться. На нашем сайте все каталоги оснащены фильтром для подбора и размер включений является одним из свойств для фильтрации, упрощая подбор.

Для информации сделует отметить, что шестерёнчатые насосы не перекачивают среды с частицами ввиду минимальных зазоров между шестернями и корпусом. Также имеются строгие ограничения у химических центробежных насосов по размеру и концентрации твёрдых включений, при наличии которых устанавливается центральная втулка из карбида вольфрама.

Определение требуемой производительности

Производительность - основной показатель любого насоса, который практически всегда указывается на шильде. Традиционно измеряется в м³/час. Это значение с шильды или в описаниях в каталоге, в том числе на страницах нашего сайта всегда указывается максимальное для насоса, замерены заводом при перекачивании воды, без создания напора на выходе, то есть прямо у напорного патрубка.

У любого насоса вы найдёте графики (кривые) зависимости напора и производительности. Именно по ним необходимо ориентироваться. При максимальной производительности насос обеспечивает минимальный напор и наоборот.

Также важно помнить о том, что при самовсасывании, увеличении плотности и вязкости производительность падает. Если эти данные получены опытным путём, то отражены в технической документации на тот или иной тип и указаны на нашем сайте. Если таких данных на сайте не имеется, то необходимо уточнять на заводе-изготовителе или тестировать насос на месте. Сделать это возможно, обратившись к нашим техническим специалистам.

Обеспечение необходимого давления (напора)

Как и в случае с производительностью, напор или давление являются основным показателем насоса, обычно указывается на шильде в своём максимальном значении, измеряется в метрах в случаях с динамическими (центробежными) насосами и в барах в случае с объёмными насосами.

Давление (напор) насоса на прямую связан с производительностью и мощностью привода. Как в случае с производительностью, необходимо ориентироваться по графикам зависимости напора и производительности для каждого конкретного насоса. Такие графики всегда под руками у технических специалистов нашей отрасти, а также опубликованы на страницах нашего сайта.

В объёмных насосах (шестерёнчатых, винтовых, перистальтических) напор на прямую зависит от мощности привода, с увеличением которой напор (давление) линейно увеличивается.

В пневматических мембранных насосах давление жидкости передаётся непосредственно от давления сжатого воздуха на мембрану, которая выталкивает продукт, поэтому в случае с пневматическими насосами регулировка и определение давления происходит по средствам открытия воздушного клапана на компрессоре в диапазоне от 0 до 8 бар (в особых случаях до 16 бар).

Изменение производительности и напора (давления)

Насосы приводится в движение приводом (обычно электрическим) или сжатым воздухом. Для изменения напора и производительности насосов, работающих от электропривода традиционно используют следующие решения:

  • Изменение полюсов электропривода
    • 2 полюса - 3000 оборотов в минуту
    • 4 полюса - 1500 оборотов в минуту
    • 6 полюсов - 900 оборотов в минуту
    • 8 полюсов - 750 оборотов в минуту
    • 12 полюсов - 470 оборотов в минуту
  • Установкой частотного преобразователя, позволяющего изменить частоту тока со стандартных 50 герц в сетях постоянного и переменного тока на территории России, на большую или меньшую, что приведёт к увеличению или уменьшению частоты вращения вала электропривода. Однако важно помнить, что электродвигатель охлаждается вентилятором, установленным на валу, поэтому при уменьшении оборотов более чем на 30% требует установки независимой системы охлаждения привода. Также при изменении частоты изменяется и мощность, поэтому к данному методу регулировки производительности сделедует относиться с большой осторожностью. Неоспоримым преимуществом данного метола является регулировка производительности во время работы насоса.
  • Установка мотор-редуктора - наиболее профессиональный и надёжный способ, однако данный способ позволяет единожды на этапе сборки насоса заводом-изготовителем фиксированно уменьшить частоту вращения. Из преимуществ данного способа можно отметить возможность уменьшать частоту вращения до 14 оборотов в минуту с сохранением номинальной мощности электропривода.
  • Установка мотор-вариатора скорости позволит изменять скорость вращения вала в процессе работы, однако существенно увеличивает стоимость насоса.
  • Использование клиноременной передачи - отличное решение, с недорогими расходными частями в виде ремня и возможностью установки различного сотношения крутящихся колёс.

Подбор самовсасывающего насоса

Если жидкость в насос не поступает самотёком и находится ниже уровня насоса, то необходимо подбирать насос с возможностью самовсасывания и удержания водного столба. Самовсасывающие насосы условно можно разделить на три типа:

  • самовсасывающие на сухую,
  • самовсасывающие при условии предварительного заполнения проточной камеры насоса,
  • удерживающие определённый столб жидкости, то есть при условии предварительного наполнения всасывающего патрубка.

Самовсасывающими на сухую, без какой-либо подготовки, являются пневматические мембранные насосы, перистальтические насосы и импеллерные насосы (с ограничением работы на сухую не более 1 минуты).

Самовсасывающие при условии предварительного заполнения проточной камеры насоса являются центробежные насосы с функцией самовсасывания, вихревые насосы, винтовые насосы и шестерёнчатые насосы.

А удерживать столб жидкости, высота которого зависит от типа, размера, свойств продукта и мощности привода, могут все представленные на нашем сайте насосы.

Следует помнить, что подъём жидкости до насоса снижает его напор на эту высоту и производительность.

Заключение

Надеемся, что данная статья поможет вам лучше понимать методику подбора насосов. Последующие статьи разрешат все оставшиеся вопросы.

В статье мы опирались на возможности поставляемых нами насосных агрегатов:

В следующих частях

Во-второй части цикла мы дадим небольшое описание всех представляемых нами типов промышленного насосного оборудования, чтобы Вы могли получить общее представление о применимости на вашем предприятии того или иного типа.

В последующих частях будет дано детально описание по подбору того или иного типа насосов.

Инженер компании
ООО "Промышленные насосы"
Артём Емельянов

29 Октября 2013

◄ назад в раздел




Основные типы представленного на сайте насосного оборудования