Мій практичний посібник із роторів і статорів у гвинтових насосах

Після багатьох років роботи в промисловому секторі я можу це сказати з упевненістюпрогресивні порожнинні насоси(також відомі як роторно-статорні насоси, ексцентрикові гвинтові насоси) є абсолютними «скріпками» для перекачування рідини. Як об’ємні насоси вони розроблені спеціально для перекачування в’язких рідин, корозійних речовин і середовищ, що містять тверді частинки — вони незамінні на нафтовидобувних, хімічних заводах, очисних спорудах і лініях виробництва харчових продуктів.

На мою думку, їх чудова продуктивність є результатом тісної взаємодії між ротором і статором. Щоб по-справжньому зрозуміти принцип роботи, продуктивність і тривалу стабільну роботу гвинтових насосів, ви повинні досконало зрозуміти ці два основні компоненти. Це не просто теоретичні знання; це важко зароблений досвід, який я накопичив роками.

I. Ротор і статор

На мій погляд, «виручання» кожного гвинтового насоса полягає в поєднанні ротора та статора — чим точніше вони підходять, тим вище ефективність насоса.

Ротор являє собою гвинтоподібний металевий вал, зазвичай виготовлений з високоміцної нержавіючої сталі, легованої інструментальної сталі або навіть титану. Будучи активним компонентом, встановленим всередині корпусу насоса, він не тільки керує потоком рідини під час обертання, але й створює силу стиснення, необхідну для перенесення. Я бачив, як багато роторів піддаються хромуванню або іншим процедурам зміцнення поверхні, і, відверто кажучи, це значно підвищує їхню зносостійкість. Пропуск цього кроку призведе до надзвичайно швидкого зносу ротора.

З іншого боку, статор являє собою металеву трубку з формованою внутрішньою порожниною, футеровану еластичними матеріалами, такими як нітрильний каучук (NBR), фторкаучук (FKM) або EPDM. Його внутрішня форма ідеально підходить до ротора, а діаметр ротора трохи більший за внутрішній діаметр статора. Ця «інтерференційна посадка» забезпечує герметичність сформованих камер; якщо ущільнення виходить з ладу, насос практично марний.

Незалежно від того, чи це одногвинтовий насос (однорізьбовий ротор у поєднанні з дворізьбовим статором), двогвинтовий насос (два гвинти, що обертаються протилежно та взаємодіють між собою), чи тригвинтовий насос (один приводний гвинт із двома приводними гвинтами), я на своєму досвіді зрозумів, що точність підгонки між ротором і статором безпосередньо визначає, чи може насос працювати надійно. Навіть незначне відхилення може призвести до зменшення потоку, витоку або повного відключення.

II. Принцип роботи: просте, але ефективне «порожнинне транспортування»

Я не до кінця розумів принцип роботи гвинтових насосів, поки не розібрав два старі насоси — це насправді дуже легко зрозуміти.

Коли ротор обертається ексцентрично всередині статора, їх спільні спіральні структури утворюють серію герметичних порожнин. Коли ротор обертається, ці порожнини постійно рухаються до випускного кінця, по суті, «несучи» рідину вперед. Це як наявність невидимої конвеєрної стрічки всередині насоса, спеціально розробленої для перекачування рідини.

У отворі всмоктування об’єм порожнини розширюється, знижуючи внутрішній тиск, і рідина витягується з резервуара під дією атмосферного тиску; коли ротор продовжує обертатися, порожнина, заповнена рідиною, штовхається до випускного отвору, де об’єм порожнини скорочується, стискаючи рідину для збільшення тиску, дозволяючи рідині плавно скидатися.

Що мені особливо подобається в цій конструкції, так це те, що вона взагалі не потребує впускних або напірних клапанів. Це не тільки забезпечує стабільну передачу з низькою пульсацією, що має вирішальне значення для чутливих процесів, але також дбайливо обробляє «делікатні» чутливі до зсуву матеріали, такі як біофармацевтична сировина, яка може вийти з ладу, якщо піддати її неналежним зусиллям. Ось вам практична порада: зміна напрямку ротора може змінити напрямок всмоктування та випуску. Ця невелика операція врятувала мене від перенастроювання всього обладнання кілька разів.

III. Основні переваги (та недосконалі недоліки)

Протягом багатьох років я бачив, як гвинтові насоси перевершують інші типи насосів у багатьох сценаріях, але вони не всемогутні. Давайте об’єктивно обговоримо їх плюси і мінуси.

(I) Незамінні основні переваги

• Стабільний потік і легке регулювання:Щільне прилягання між ротором і статором забезпечує надзвичайно рівномірні зміни об’єму порожнини з майже незначними коливаннями потоку. На відміну від відцентрових насосів, йому не потрібні додаткові клапани для забезпечення стабільного лінійного потоку, що робить його особливо придатним для сценаріїв, що потребують високої точності, наприклад, хімічного виробництва. Крім того, швидкість потоку безпосередньо пов’язана зі швидкістю ротора — регулювати продуктивність так само просто, як обертати ручку. Я використовував його для контролю потоку під час серійного виробництва, і ніколи не мав бракованих продуктів через відхилення потоку.
• Рівномірний вихід тиску:Рідина видавлюється обережно та безперервно під час передачі, без раптових піків тиску. У мене ніколи не було проблем з його використанням для транспортування «дошкульних» носіїв, чутливих до тиску, як-от полімерних розчинів високої в’язкості.
• Чудова здатність до самовсмоктування:Попередня заправка не потрібна — після запуску він може безпосередньо вбирати рідину з контейнера з максимальною висотою всмоктування до 8,5 метрів водяного стовпа. Це набагато краще, ніж плунжерні насоси, особливо на очисних спорудах, де ми часто запускаємо та зупиняємо насоси. Після переходу на прогресивні порожнинні насоси час підготовки нашої команди скоротився вдвічі.
• Універсальне поводження з рідинами:Він легко впорається з рідинами з високою в’язкістю (я перевозив джем і шоколадний сироп), сирою нафтою з піском, абразивними суспензіями та корозійними хімікатами. Він перевершує мембранні насоси при перекачуванні газо-твердих сумішей і не зрівняється з шестеренчастими насосами при транспортуванні в’язких рідин. Одного разу я використовував його для транспортування мулу, який містив частинки розміром з м’яч для гольфу, без жодного забивання.
• Перенесення з низьким зсувом для захисту матеріалів:Його конструкція мінімізує силу зсуву, що є «рятівником» для біофармацевтичної промисловості. Я використовував його для транспортування білкових розчинів і біологічно активних речовин, і це не вплинуло на продуктивність матеріалу — те, чого більшість насосів не можуть досягти.
• Компактна структура та енергоефективність:Він займає невелику площу, що робить установку та обслуговування зручними. Крім того, він дуже енергоефективний; після заміни на нього старих насосів на нашому хімічному заводі витрати на електроенергію знизилися на 15%.
• Подвійне призначення як насос-дозатор:На відміну від плунжерних насосів, мембранних насосів або шестеренчастих насосів, його точність є достатньою для дозування хімікатів і наповнення. Раніше я використовував його для транспортування реагентів у лабораторії з контролем точності в межах 1%, усуваючи потребу в додатковому вимірювальному обладнанні.

(II) Недоліки, на які слід звернути увагу

• висока вартість:Відверто кажучи, ціна його придбання та витрати на обслуговування вищі, ніж у простіших насосів. Невеликі майстерні можуть вважати його неекономічним, але для важких умов роботи його довговічність може зробити початкові інвестиції вартими.
• Чутливість до надмірної кількості твердих частинок:Занадто багато твердих частинок у середовищі призведе до швидкого зносу ротора та статора. Одного разу я використовував його для транспортування сирої нафти з надмірним вмістом піску, і через півроку статор вийшов з ладу. Урок: завжди перевіряйте вміст твердих часток і встановіть фільтр, якщо не впевнені.
• Категорично заборонено роботу всуху:Навіть одна хвилина сухого ходу може призвести до перегріву та пошкодження ротора та статора. Мій колега зробив цю помилку — не перевірив рівень рідини перед запуском — і згорів ротор, що призвело до цілого дня простою та значних витрат на заміну деталей.
• Необхідна модифікація для сценаріїв високого тиску:Це найкращий вибір для робочих умов низького та середнього тиску, але для передачі високого тиску потрібні додаткові модифікації. Одного разу я спробував використати його для перекачування під високим тиском, але він сильно протікав, поки ми не оновили ущільнення та корпус.
• Ризик кавітації:Якщо тиск рідини нижчий за тиск її пари, виникне кавітація — крихітні бульбашки лопаються і пошкоджують внутрішні частини. Я зіткнувся з цим у сценарії з низьким потоком, і ротор мав ямку. Пізніше встановлення запобіжного клапана вирішило проблему, але це було дороге заняття.

IV. Як геометрія ротора та статора впливає на продуктивність (мої критерії вибору)

Після багатьох років вибору насосів я виявив, що геометрія ротора та статора є ключем до адаптації до умов роботи.

Класифікація типу насоса (мій посібник із швидкого підбору)

• Одногвинтові насоси:Однопотоковий ротор у поєднанні з двопотоковим статором — я віддаю перевагу цьому для транспортування високов’язких рідин або середовищ, що містять тверді частинки. Наприклад, перенесення осаду в очисні споруди, де його здатність проти засмічення є чудовою.
• Двохвинтові насоси:Два гвинти, що обертаються в протилежних напрямках і взаємодіють між собою, працюють надзвичайно плавно та з низьким рівнем шуму. Я використовую його для транспортування чистих або злегка забруднених масел і хімікатів, забезпечуючи чистоту матеріалу, що має вирішальне значення для фармацевтичних або харчових застосувань.
• Тригвинтові насоси:Один приводний гвинт із двома приводними гвинтами — потік рівномірний, як у насоса-дозатора. Він особливо підходить для транспортування чистих рідин з низькою в'язкістю, таких як гідравлічне масло та мастило; Я часто використовую його в системах змащення верстатів і ніколи не мав проблем із недостатнім змащенням.

Підтипи геометрії (дрібні деталі, що впливають на продуктивність)

На додаток до основних типів насосів, тонке коригування геометрії ротора та статора може внести значні зміни:

• S-тип: вимоги до надстабільної передачі, компактного вхідного отвору ротора та низького позитивного висоти всмоктування (NPSH). Я завжди вибираю це під час транспортування в’язких матеріалів або середовищ із великими частинками — більше не потрібно боротися з кавітацією та засміченням.

• L-тип: довша лінія ущільнення між ротором і статором, що забезпечує більш високу ефективність і довший термін служби. Він має компактну структуру, але велику пропускну здатність, що підходить для сценаріїв високої продуктивності, коли витрати на простої високі.

• D-тип: компактна структура, передача майже без пульсацій і надзвичайно висока точність вимірювання. Я використовую його в сценаріях точного дозування хімікатів — встановлюю параметри та залишаю його з упевненістю, не потрібно турбуватися про коливання потоку взагалі.

• P-тип: поєднує велику пропускну здатність із компактною структурою та успадковує довгу лінію ущільнення L-типу. Це мій «універсальний насос» — здатний як передавати великий потік, так і точне дозування.

Крім того, не можна ігнорувати такі параметри, як кут спіралі, відведення та профіль зуба. З мого досвіду: чим більший кут спіралі, тим більша швидкість потоку, але менший тиск; чим менший кут спіралі, тим вищий тиск, але менша швидкість потоку. Це компроміс, який залежить від пріоритету умов праці. Потрібно перевезти велику кількість в'язкої рідини? Виберіть великий кут спіралі; потрібна передача на великі відстані під високим тиском? Виберіть невеликий кут спіралі.

V. Поради щодо вибору та обслуговування (мій «Посібник із уникнення пасток» із досвіду)

(I) Виберіть правильний насос, щоб уникнути об’їздів

Вибір насоса (включаючи відповідність ротора та статора) має вирішальне значення для відповідності умовам роботи. Це досвід, який я отримав, потрапивши в незліченну кількість пасток:

• Високов'язкі середовища:Вибирайте одногвинтовий насос, а ротор повинен бути виготовлений з хромованої нержавіючої сталі або зносостійкого сплаву. Повірте, вибір звичайних матеріалів для економії призведе до частої заміни деталей згодом, що буде головним болем.
• Середовище, що містить тверді частинки:Одногвинтовий насос в парі зі спеціальним гумовим статором (зносостійким і стійким до корозії). Раніше використовував звичайний гумовий статор для перекачування осаду, який вийшов з ладу за 3 тижні; перехід на спеціальну формулу тривав 8 місяців до заміни.
• Високі вимоги до стабільності потоку/тиску:Виберіть двогвинтовий насос або тригвинтовий насос. Для чутливих процесів перевага низької пульсації коштує додаткових витрат.

Вибір матеріалу статора також має вирішальне значення: нітрильний каучук (NBR) для масляних середовищ, EPDM для високотемпературних середовищ і фторкаучук (FKM) для корозійних середовищ. Якщо ви транспортуєте висококорозійні рідини, такі як сильні кислоти або розчинники, не зволікайте, вибирайте ротор із сплаву хастеллой — хоча він і дорогий, він набагато міцніший, ніж звичайні метали, і служить на кілька років довше.

(II) Належне технічне обслуговування для продовження терміну служби

Належне технічне обслуговування є запорукою довговічності насоса. Це мій щоденний розпорядок обслуговування:

• Регулярна перевірка зносу:Статори схильні до пружної втоми з часом. Якщо ви помітили зниження всмоктування насоса, збільшення витоку або більш гучну роботу, негайно замініть статор — не чекайте, поки він повністю вийде з ладу, оскільки до того часу ротор також може постраждати. Для високочастотних насосів я оглядаю статор щомісяця.
• Суворо заборонено роботу всуху та перевантаження:Запуск і вимикання повинні відбуватися відповідно до процедур. Ми встановили на насоси блокувальні пристрої, які автоматично вимикаються при надто низькому рівні рідини, і випадків перегоряння ротора більше не було.
• Зберігайте носії в чистоті:Встановіть фільтр розміром не менше 20 меш на вході та очищайте його щотижня. Навіть дрібні частинки можуть з часом зношувати ротор і статор.
• Знизьте швидкість під час транспортування в’язких рідин:Використання високої швидкості для транспортування високов’язкого середовища «псує» статор. Зазвичай я знижую швидкість на 30%-40% — хоча й повільніше, це економить багато грошей на заміні деталей.
• Встановити захисні пристрої:Варто встановити реле тиску, датчики рівня рідини та вібраційні монітори. Колись у мене був насос з аномальною вібрацією; монітор сповістив мене заздалегідь, і я вчасно замінив зношений ротор, уникнувши більш серйозної поломки.

VI.Теффіко: Надійний бренд насосів, якому я довіряю

Після всіх цих років я глибоко розумію, що ротор і статор є ядром прогресивних насосів, і Teffiko розуміє це краще, ніж більшість брендів.

Як надійний постачальник промислової продукції та інженерних послуг, вони зосереджуються виключно на основних компонентах насосів. Якщо ви шукаєте прогресивну порожнинну помпу, яка не підведе вас, я щиро рекомендую Teffiko.Клацніть тут, щоб дізнатися більше про серію прогресивних гвинтових насосів