Бочкові насоси для в'язких рідин

Бочкові насоси для перекачування в’язких рідин

Чому в’язкість вирішує який бочковий насос підійде

В’язкість середовища напряму визначає, чи зможе насос узагалі витягти його з бочки. Вода має в’язкість близько 1 мПа·с, моторна олива та гліцерин — 1000–2000 мПа·с, мед і цукровий сироп — від 3000 до 10 000 мПа·с залежно від температури, патока — 5000–10 000 мПа·с, а томатна паста й кетчуп сягають 50 000–70 000 мПа·с. Між водою та пастою різниця в десятки тисяч разів, і той самий принцип перекачування на краях цього діапазону не працює.

Завдання ускладнюють неньютонівські середовища. В’язкість кетчупу, друкарських фарб і полімерних розчинів змінюється під навантаженням: під час прокачування вони розріджуються (тиксотропія та зсувове розрідження), а в спокої знову густішають. Паспортна цифра в’язкості описує поведінку такого середовища лише приблизно, тому бочковий насос для в’язких рідин підбирають із запасом за моментом і з урахуванням того, як продукт поводиться в русі.

Сама конструкція додає обмежень. Це заглибне обладнання: двигун залишається ззовні, а напірна труба завдовжки по висоті тари (для стандартної 200-літрової бочки — близько 100 см) опускається всередину, і насосна частина працює на дні. Рідина піднімається в зазорі між валом і трубою до напірного патрубка вгорі. Зовнішній діаметр труби — близько 50 мм, тому в’язке середовище проходить вузький канал на всю висоту бочки, долаючи тертя об стінки. Саме цей підйом довгою вузькою трубою, а не сама подача біля дна, найчастіше стає вузьким місцем.

Що відбувається зі звичайним відцентровим насосом при зростанні в’язкості

Більшість недорогих бочкових насосів — відцентрові, з одним або кількома імпелерами. На воді, розчинниках і паливі вони дають високу витрату — до 100–150 л/хв. Але імпелер передає енергію рідині за рахунок швидкості, і при зростанні в’язкості ця схема швидко втрачає сенс.

Помітне падіння характеристик починається вже при в’язкості близько 40 мПа·с, при 100 мПа·с втрати стають вираженими, а вище 2000–2500 мПа·с відцентровий насос практично перестає створювати подачу: рідина не встигає заповнювати міжлопатеві канали, витрата обвалюється, а споживана потужність і нагрів зростають. На в’язких середовищах імпелерний насос не просто працює повільно — він перевантажує двигун і не добирає напору для підйому продукту трубою.

Звідси практичний висновок: для олив, меду, клею, лаку, смол і паст відцентрова схема не підходить. Потрібен принцип, у якого подача не залежить від плинності середовища, — об’ємне витискання.

Ексцентриково-шнековий насос як базове рішення для в’язких середовищ

Базовий тип для справді в’язких середовищ — ексцентриково-шнековий бочковий насос (у каталогах також гвинтовий, або progressive cavity). Робоча пара — металевий ротор-шнек, що обертається всередині еластичного гумового статора. Між ними утворюються замкнені порожнини, які при обертанні переміщують середовище знизу вгору. Подача задається лише частотою обертання й майже не залежить від в’язкості, тому такий гвинтовий бочковий насос однаково впевнено йде і по оливі, і по пасті.

Робочий діапазон за в’язкістю — до 100 000 мПа·с, а окремі виконання зі зниженими обертами та посиленим двигуном беруть пасти до 500 000 мПа·с. Подача сягає 80 л/хв, тиск — до 15 бар, чого вистачає, щоб підняти густе середовище трубою і продавити його через шланг до точки зливу. Потік виходить рівномірним, без пульсацій — це важливо для чутливих до зсуву та харчових середовищ: меду, сокового концентрату, кремів.

У типу є жорстке експлуатаційне обмеження — сухий хід. Гумовий статор змащується й охолоджується лише перекачуваним середовищем, і кількох обертів без рідини достатньо, щоб статор перегрівся й вийшов з ладу. Перед першим пуском насос заповнюють середовищем, а на високов’язких продуктах — більш плинною рідиною, і не дають працювати вхолосту при спорожненні бочки. Це плата за здатність брати будь-яку в’язкість.

Альтернативи — гвинтові компресорні ручні та пневматичні насоси

Ексцентриково-шнековий насос закриває верх діапазону, але виправданий не завжди. Для середньов’язких середовищ і там, де немає електроживлення або є вибухонебезпека, застосовують інші типи.

Гвинтові насоси компресорного типу з робочою парою з PTFE розраховані на середньов’язкі середовища — приблизно до 2000 мПа·с. Це друкарські фарби, лакофарбові матеріали, рідкі харчові продукти. Вони простіші й дешевші за ексцентриково-шнекові та легше переносять короткочасний сухий хід, але вище 2000 мПа·с за подачею вже не тягнуть.

Ручні роторні та поршневі насоси ставлять там, де електрики немає, а обсяги невеликі. Роторний (лопатевий) ручний бочковий насос для в’язких рідин дає до 20–22 л/хв і бере середовища приблизно до 700 сСт — легкі та середні оливи, дизпаливо. Шестеренний ручний насос тягне густіші оливи та мастила до 2000 сСт, але за оберт подає менше. Важільні (поршневі) дають близько 0,3–0,45 л за хід і годяться для густої оливи та парафіну при разових операціях. Для в’язких середовищ перевагу віддають роторній схемі, а не важільній, — у неї немає холостого ходу штока.

Пневматичні бочкові насоси з приводом від стисненого повітря застосовують у вибухонебезпечних зонах — для розчинників і горючих середовищ. Повітряний двигун не перегрівається при зупинці під навантаженням і не потребує змащення, тому не забруднює продукт. Мембранні виконання додатково беруть середовища з абразивом і включеннями. Обмеження — за в’язкістю пневмопривод зазвичай поступається ексцентриково-шнековому: трубні виконання працюють приблизно до 800 мПа·с, а на густих середовищах подача падає до 60 л/хв і нижче.

Матеріали корпусу ущільнень і привод

Підібравши принцип, перевіряють сумісність змочуваних деталей із середовищем і температурою. Корпус, трубу та ущільнення підбирають під хімію продукту.

Поліпропілен (PP) застосовують для кислот, лугів і мийних засобів за температури до 50 °C. PVDF і CPVC тримають концентровані кислоти, хлорні відбілювачі, азотну та сірчану кислоту за температури до 90 °C. Алюміній іде під нафтопродукти — дизпаливо, гідравлічні та моторні оливи в’язкістю до 1000 мПа·с. Нержавіюча сталь AISI 316 — під агресивні та горючі середовища, харчові продукти й роботу під підвищеним тиском. Для меду, томатної пасти та інших харчових середовищ беруть виконання food-grade на нержавійці з ущільненнями з матеріалів, допущених до контакту з продуктом.

За приводом вибір між електрикою та пневматикою визначає майданчик. Електричний бочковий насос для в’язких рідин — основний варіант для цеху з мережею; під високов’язкі середовища беруть двигун підвищеної потужності зі зниженими обертами. Там, де є пари розчинників або діють вимоги вибухозахисту, ставлять пневмопривод. Тип привода не скасовує вимог за в’язкістю: малопотужний двигун не продавить пасту через вузьку трубу, хоч би як було підібрано корпус.

Що виводить бочковий насос з ладу на в’язких рідинах

Більша частина відмов на в’язких середовищах пов’язана не з самим насосом, а з обв’язкою та режимом пуску.

Задушене всмоктування — найчастіша причина повільного перекачування. Типова ситуація: в’язку бочку відкачують близько години за витрати порядку 3 кг/хв, тому що насос «задушений» довгою всмоктувальною трубкою та кількома метрами шланга — втрати на тертя з’їдають усю подачу. Після заміни вхідної труби з 1,5 на 2 дюйми, укорочення шлангу до 1 метра й таких самих змін на виході час падає з години до 15 хвилин на бочку. Для в’язких середовищ шланги беруть коротші й ширші, з мінімумом згинів.

Зрив заливки та підсмоктування повітря. На в’язкому середовищі насос легко перестає качати зовсім: тонкий всмоктувальний шланг сплющується під розрідженням, у лінію підсмоктується повітря, насос втрачає заливку. Гнучкі всмоктувальні лінії на в’язких продуктах мають тримати вакуум і не сплющуватися.

Надто високі оберти. В’язке середовище не встигає заповнювати робочі камери, біля входу утворюється розрідження, починається кавітаційне голодування. Густі продукти качають на знижених обертах — це дає середовищу час затекти в насос.

Ігнорування температури. В’язкість різко падає з нагрівом, тому підігрів бочки або середовища напряму полегшує перекачування. Для дуже густих продуктів на кшталт меду застосовують притискні диски (follower plate): вони герметично лягають на поверхню й знімають продукт зі стінок, залишаючи менш ніж 1 % залишку.

Купити бочковий насос для в’язких рідин в Україні

Під час вибору обладнання під конкретне завдання важливіша не ціна позиції, а відповідність принципу насоса в’язкості середовища, сумісність матеріалів і правильна обв’язка — інакше навіть потужний насос відпрацює наполовину можливостей. Тому бочкові насоси для в’язких рідин підбирають за паспортною в’язкістю продукту за робочої температури, потрібною подачею, висотою тари та хімічною стійкістю змочуваних деталей.

Компанія ТОВ «ІНЖИНІРИНГОВІ СИСТЕМИ» допомагає підібрати насос для перекачування в’язких рідин з бочки, єврокуба чи ємності під конкретне середовище: тип насоса й привода, матеріал труби та ущільнень, довжину під висоту тари, діаметр шлангів, а за потреби — комплект під підігрів або притискний диск. Купити обладнання можна з підбором за параметрами, технічною документацією та супроводом на етапі пуску.

Поширені запитання

Чому в’язка рідина дуже повільно відкачується з бочки і як прискорити

Найчастіше річ не в насосі, а в обв’язці: довгий і тонкий всмоктувальний шланг зі згинами створює такі втрати на тертя, що подача падає в рази. Рішення — укоротити всмоктувальну лінію до мінімуму, збільшити її діаметр (наприклад, з 1,5 до 2 дюймів) і прибрати зайві згини. На практиці це скорочує час спорожнення бочки з години до 15 хвилин.

Бочковий насос зібрано але він не качає у чому причина

На в’язкому середовищі найімовірніша причина — зрив заливки. Тонкий всмоктувальний шланг сплющується під розрідженням, у лінію підсмоктується повітря, і насос втрачає всмоктування. Перевіряють герметичність вхідної лінії, здатність шланга тримати вакуум і наявність середовища біля входу. Ексцентриково-шнековий насос перед пуском обов’язково заповнюють середовищем.

Який ручний бочковий насос вибрати для густої оливи

Для олив і мастил застосовують дві схеми. Роторний (лопатевий) ручний насос продуктивніший — до 20–22 л/хв, — але бере середовища приблизно до 700 сСт. Шестеренний тягне густіші оливи та мастила до 2000 сСт, але за оберт подає менше. Важільний поршневий годиться для разових операцій з густою оливою. Для в’язких середовищ перевагу віддають роторній схемі, а не важільній, через відсутність холостого ходу.

Чи впорається електричний бочковий насос з медом або пастою

Відцентровий — ні, він втрачає подачу вже на середній оливі. Для меду, патоки та паст потрібен ексцентриково-шнековий насос: він бере в’язкість до 100 000 мПа·с, а окремі виконання — до 500 000 мПа·с. Під такі середовища ставлять двигун підвищеної потужності зі зниженими обертами, а для повного спорожнення бочки — притискний диск.

Чому виходить з ладу статор гвинтового насоса

Гумовий статор змащується й охолоджується лише перекачуваним середовищем. Кілька обертів без рідини — і статор перегрівається та руйнується. Тому сухий хід для цього типу неприпустимий: насос заповнюють середовищем перед пуском і не дають працювати вхолосту при спорожненні тари. Особливо уважно за цим стежать наприкінці відкачування бочки.

Чи потрібно підігрівати в’язку рідину перед перекачуванням

Часто це найпростіший спосіб полегшити завдання. В’язкість різко падає зі зростанням температури, тому підігрів бочки або середовища знижує навантаження на насос і прискорює перекачування. Для продуктів, які не можна гріти, і для повного знімання зі стінок застосовують притискні диски, що залишають менш ніж 1 % залишку в тарі.