Насоси дозатори в'язких рідин і продуктів

Дозуючі насоси для в’язких і густих рідин

Чому в’язкість знижує точність дозування

Точність подачі реагенту залежить від того, чи встигає робоча камера насоса повністю заповнитися за такт всмоктування. З водою це відбувається миттєво, і фактична подача збігається з розрахунковою. Коли в’язкість піднімається до сотень і тисяч мПа·с, рідина не встигає дійти до камери за час зворотного ходу поршня або мембрани — насос подає менше встановленого об’єму, а похибка зростає з кожним тактом.

Тому насос-дозатор для в’язких рідин підбирають не так, як обладнання для води. Визначальною стає не паспортна продуктивність, а здатність заповнювати робочу камеру за конкретної в’язкості й температури середовища. Цей самий чинник задає граничну частоту ходів і діаметр всмоктувальної лінії.

Чим дозування в’язких середовищ відрізняється від перекачування води

В’язкість вимірюють у міліпаскаль-секундах (мПа·с), які чисельно дорівнюють сантипуазам (сП). Для орієнтира: вода — близько 1 мПа·с, гліцерин — порядку 1000, патока й концентровані сиропи — десятки тисяч. Зі зростанням цього показника змінюється одразу кілька умов роботи.

Зростає опір на всмоктуванні. В’язка рідина створює додаткові втрати на тертя у всмоктувальному трубопроводі й підвищує потрібний кавітаційний запас. Якщо на вході бракує підпору, у камері утворюється розрідження, середовище не встигає її заповнити — настає кавітація за в’язкістю, за якої подача зривається.

Клапани робочої частини закриваються повільніше. Кулька зворотного клапана сідає в сідло під дією перепаду тиску, а у в’язкому середовищі цей перехід затягується, і частина рідини встигає піти назад. Тому дозування в’язких середовищ потребує зниженої частоти ходів: у клапанів з’являється час на повне відкриття й закриття, і точність відновлюється.

Тиск нагнітання має перевищувати тиск на всмоктуванні на 1–2 бар. Інакше в’язке середовище вільно протікає крізь відкриті клапани робочої частини, і насос перестає відмірювати дозу. Із цієї причини в лінію ставлять клапан протитиску — він тримає постійний перепад незалежно від тиску в точці введення.

Типи насосів-дозаторів для в’язких рідин

Під в’язкі й густі середовища застосовують п’ять конструкцій об’ємної дії. У кожної своя межа за в’язкістю, своє ставлення до зсуву й характер пульсації — від цього залежить, чи втримає насос-дозатор для густих рідин задану дозу.

Мембранний дозуючий насос витісняє рідину коливанням еластичної мембрани, робоча камера відділена від привода й не має ущільнень по штоку. Це дає герметичність для агресивних і чистих середовищ, тому такі насоси переважають у реагентному господарстві. Обмеження — в’язкість: стандартна гідравлічна частина працює до ~200 мПа·с, виконання з підпружиненими клапанами — до ~500 мПа·с, самодегазувальна головка лише до ~50 мПа·с. На діапазоні 100–1000 мПа·с подачу знижують на 10–30%.

Плунжерний насос-дозатор відмірює об’єм прямим витісненням плунжера й тримає високий тиск — до сотень бар. На в’язких середовищах він зберігає точність краще за мембранний, бо жорсткий плунжер упевнено долає опір заповнення. Слабке місце — плунжер контактує із середовищем через ущільнення, яке зношується на абразивних і кристалізованих рідинах, тому такому насосу потрібне чисте середовище й регулярна заміна сальників.

Гвинтовий (одногвинтовий) насос-дозатор для в’язких рідин переносить середовище в порожнинах між сталевим ротором і еластичним статором, а подача прямо пропорційна обертам. Він приймає в’язкість до 50 000 сП і вище, перекачує пасти й середовища з включеннями за низького зсуву — це важливо для полімерів і флокулянтів, що руйнуються від перемішування. Обмеження — природний знос статора й втрата точності за тиску понад ~80 бар; температурну межу задає матеріал статора (NBR до +90 °C, FKM до +120 °C, EPDM до +150 °C).

Перистальтичний (шланговий) насос для в’язких середовищ проштовхує рідину роликами, що перетискають еластичний шланг, і середовище контактує лише зі шлангом. Конструкція самовсмоктувальна — піднімає стовп до ~8 м і не боїться сухого ходу, а відсутність клапанів унеможливлює їх забивання густим середовищем. Тому він зручний на абразивних і волокнистих рідинах. Головне обмеження — ресурс шлангу, який стирається й потребує планової заміни, плюс помітна пульсація подачі.

Шестеренний і кулачковий насос переміщує середовище у западинах зубчастих коліс або роторів і добре працює на в’язких змащувальних рідинах — оливах, гліколях. У міру зносу зубів і торцевих зазорів подача на оберт падає, тому потрібне періодичне калібрування. Дуже в’язке середовище він засмоктує погано: рідина не встигає заповнити западини на вході, і насос голодує без підпору.

Матеріали корпусу, мембран і ущільнень

Контактні деталі підбирають за хімічною сумісністю із середовищем, а не за його в’язкістю. Корпус і проточну частину для більшості реагентів виконують із нержавіючої сталі AISI 316, для середовищ із хлоридами й кислотами — із PVDF або поліпропілену. Мембрани й сідла частіше роблять із PTFE: фторопласт тримає майже всю номенклатуру кислот, лугів і розчинників.

Ущільнення й еластомерні елементи — найвразливіший вузол. FKM (фторкаучук, торгова марка Viton) підходить для олив, палив і більшості хімікатів, але руйнується в концентрованих лугах. Для гарячих середовищ і пари застосовують EPDM з межею до +150 °C. У гвинтових насосів від матеріалу статора безпосередньо залежить і температурний діапазон, і стійкість до середовища, тому статор підбирають разом із перевіркою сумісності.

Підбір насоса за в’язкістю й температурою

В’язкість більшості середовищ різко падає за нагрівання, і це використовують під час підбору. Якщо паспортна в’язкість продукту вказана за 20 °C, а процес іде за 40–60 °C, реальне навантаження на всмоктування виявляється нижчим. Густі середовища, що втрачають плинність при охолодженні, потребують обігріву всмоктувальної лінії та видаткової ємності — інакше на холодному пуску насос не заповниться.

Під в’язке середовище обладнання беруть із запасом за типорозміром і працюють на зниженій частоті ходів: що повільніший хід, то повніше заповнюється камера. Високов’язкі полімери перед подачею розводять до робочої концентрації, а на нагнітанні вводять воду розведення — це знижує в’язкість у точці дозування. Дозувальний насос для густих середовищ у таких схемах ставлять між вузлом приготування й точкою введення, щоб він працював на стабільній в’язкості. За цією логікою підбирають і решту дозуючих насосів для в’язких рідин.

Типові помилки при дозуванні в’язких рідин

Голодування всмоктування — основна причина зриву подачі. Довга або вузька всмоктувальна лінія, піднята над рівнем ємності, не встигає підвести в’язке середовище до камери. Лінію роблять короткою, збільшеного діаметра й по змозі з підпором з-під рівня рідини.

Відсутність клапана протитиску призводить до самопливу й нестабільної дози, особливо коли точка введення нижча за насос. Клапан створює постійний перепад і заодно захищає від сифонування при зупинці.

Завищена частота ходів — часта помилка при спробі підняти продуктивність. На в’язкому середовищі камера не встигає заповнитися, і фактична подача падає замість зростання. Правильний шлях — більший типорозмір і повільніший хід.

Спроба поставити другий об’ємний насос як бустер перед дозуючим небезпечна: два насоси прямого витіснення поспіль замикають об’єм між собою, тиск зростає до спрацювання захисту або пошкодження. Для підпору використовують подачу з-під рівня або насос із регульованим тиском і лінією переливу.

Купити дозуючий насос для в’язких продуктів в Україні

Підібрати насос-дозатор для в’язких рідин під конкретне середовище допомагає компанія ТОВ «ІНЖИНІРИНГОВІ СИСТЕМИ». Підбір починається не з моделі, а з даних щодо середовища: в’язкість за робочої температури, наявність включень, хімічний склад, потрібна продуктивність і тиск у точці введення. За цими параметрами визначають тип конструкції, матеріал проточної частини й ущільнень, схему обв’язки з клапаном протитиску.

Купити дозувальне обладнання можна разом із розрахунком всмоктувальної лінії та підбором еластомерів під середовище — це знімає ризик зриву подачі на в’язкому продукті. Покупець отримує технічний підбір, супровідну документацію й підтримку під час пусконалагодження, а не лише постачання насоса зі складу.

Поширені запитання

Чи потрібен дозуючому насосу підпір на всмоктуванні чи можна качати з-під рівня

Дозуючому насосу важливе надійне заповнення камери, тому виробники вимагають позитивного тиску на всмоктуванні — вище за атмосферний усередині робочої частини. На в’язких середовищах кращий підпір з-під рівня рідини. Робота на всмоктуванні з-під рівня можлива, лише якщо з насоса повністю видалено повітря, а лінія коротка: підсмоктування повітря або дегазація середовища накопичуються в камері й різко знижують подачу.

Чи можна поставити бустерний насос перед дозуючим для дуже в’язкої рідини

Два насоси прямого витіснення послідовно ставити не можна: об’єм між ними замикається, і за найменшої різниці продуктивності тиск або зростає до спрацювання захисту, або лінія спорожнюється й дозатор недоотримує середовище. Для підпору використовують або самоплив з-під рівня, або бустер із регульованим тиском і лінією переливу через запобіжний клапан.

До якої в’язкості працює мембранний дозуючий насос

Стандартна гідравлічна частина розрахована приблизно на 200 мПа·с, виконання з підпружиненими клапанами — до 500 мПа·с, самодегазувальна головка — лише до 50 мПа·с. На діапазоні 100–1000 мПа·с подачу знижують на 10–30%. Вище за ці значення переходять на гвинтовий або перистальтичний насос.

Чому дозатор недодає за холодної в’язкої рідини

При охолодженні в’язкість зростає, і середовище не встигає заповнити камеру за такт всмоктування — фактична доза падає. Допомагає обігрів всмоктувальної лінії та видаткової ємності, зниження частоти ходів і запас за типорозміром. Паспортну в’язкість завжди звіряють із реальною температурою пуску, а не з лабораторними 20 °C.

Як дозувати в’язкий полімер або флокулянт

Концентровані полімери (5000–10 000 сП) перед подачею розводять до робочої концентрації, а на нагнітанні додають воду розведення через трійник. Застосовують насоси низького зсуву — гвинтові або плунжерні: інтенсивне перемішування й висока швидкість зсуву руйнують молекули флокулянту й знижують його ефективність.

Постачальник не дає NPSHr, лише максимальну висоту всмоктування — як підбирати

Для мембранних і плунжерних насосів замість кавітаційного запасу часто вказують допустиму висоту всмоктування. Її перевіряють для робочої в’язкості, а не для води: зі зростанням в’язкості допустима висота зменшується. Під в’язке середовище висоту всмоктування закладають із запасом або переходять на підпір з-під рівня.

Гвинтовий чи перистальтичний насос для густого середовища з включеннями

Гвинтовий тримає вищий тиск і дає рівну подачу без пульсацій, але еластичний статор зношується на абразиві. Перистальтичний контактує із середовищем лише шлангом, легко переносить абразив і волокно, самовсмоктувальний, але дає пульсацію й потребує періодичної заміни шлангу. Вибір роблять за тиском у лінії, абразивністю середовища й допустимою пульсацією.