Принятие правильного решения при выборе шламового насоса позволит в будущем сэкономить бесчисленные часы технического обслуживания, значительно снизить простои и сохранить деньги.
Правильный выбор шламового насоса для определенной задачи требует анализа множества переменных. Во-первых, необходимо определить характеристики шлама. Весовой процент твердой фракции, несущая среда, размер твердых частиц и pH шлама – вот тот минимум, который необходимо выяснить, кроме того, следует знать температуру шлама, плотность твердой фракции и вязкость. После выяснения характеристик необходимо определить систему.

Для подбора нужного насоса необходимо знать подачу, и высоту подъема жидкости над всасывающей частью насоса . Большинство основных поставщиков насосов в настоящее время имеют компьютерные программы, которые, получив основные параметры системы, определяют число насосов, которые должны обслуживать систему. Однако чтобы определить, какой из вариантов наилучшим образом подходит в конкретной ситуации, и правильно выбрать конструкционные материалы, требуется получить от заказчика дополнительную информацию. Основные факторы при выборе правильного шламового насоса включают в себя скорость вращения, материалы, точку рабочую точку и уплотнение сальника.

Скорость вращения

Скорость вращения является основным фактором, влияющим на срок службы насосов для перекачки шлама. Обычно считается, что при прочих равных показателях более медленный насос имеет больший срок службы, чем более быстрый, пропорционально соотношению скоростей в степени 2,5 (некоторые производители указывают показатель степени 3,0).
Имеется множество аргументов, почему это происходит. Одно из наиболее логичных объяснений состоит в том, что более медленный насос обычно имеет более тяжелое рабочее колесо большего диаметра и более крупные детали мокрой части. Это вызывает рассеяние энергии, что приводит к износу обширных областей.

Если скорость не принимается в расчет, производители насосов и клиенты тратят деньги на создание и покупку насосов с рабочими колесами диаметром 762 мм (30 дюйм), 1016 мм (40 дюйм) и более крупных. Это также часть процесса выбора, которая требует от покупателя размышлений. Если небольшой быстрый насос обеспечивает годы работы с легким шламом, зачем расходовать дополнительные деньги на насос, который прослужит на пять лет дольше? В случае тяжелых шламов, когда срок службы деталей измеряется неделями, практически всегда выбирается более медленный насос.

Конструкционные материалы

Обсуждение конструкционных материалов приводит нас к двум основным типам центробежных шламовых насосов — металлическим и покрытым резиной.
Покрытые резиной насосы часто выбираются для работы со шламами, содержащими твердые частицы менее 6.5 мм (0.25 дюйм) в диаметре. Никакие насосы, какой бы толстый слой резины они не имели, не могут работать со шламом, содержащим частицы диаметром до 12,5 мм (0,5 дюйм). Типичный металлический насос изображен на рис. 1, на рис. 2 приведен типичный насос, покрытый резиной.

В тяжелых случаях для придания насосам дополнительной стойкости к истиранию теперь используется керамика. Керамические вставки могут устанавливаться в металлические изнашиваемые гильзы, керамические кромки или валы могут заделываться в резиновые детали.

Насосы, покрытые резиной

Покрытые резиной насосы эффективны для перекачки тонких шламов.
Упругость покрытых резиной насосов, или способности резины поглощать и отдавать энергию, ударного воздействия твердых частиц шлама, позволяет им работать с минимальными повреждениями покрытых резиной деталей. Правильно подобранный покрытый резиной насос обеспечит отличный срок службы при меньшей по сравнению с аналогичным металлическим насосом стоимости.

Склонности

Покрытые резиной насосы подвержены повреждениям резиновых деталей от частиц с острыми краями и частиц более 6.5 мм (0.25 дюйм) в диаметре. Острые частицы могут надрезать резину. Покрытые резиной насосы не следует использовать для перекачки шлама, частицы которого имеют острые края, например, антрацита. Кроме того, инородные частицы, попадающие в насос, могут очень быстро нанести ему значительные повреждения.

Крупные частицы могут повредить резину, передавая ей при соударениях больше энергии, чем она в состоянии возвратить шламу. Это приводит к постепенному нагреву в зонах резинового покрытия, что делает резину тверже и приводит к появлению трещин.

Еще одним ограничением является окружная скорость рабочего колеса, ее тоже необходимо принимать во внимание при выборе резины. Окружная скорость покрытого резиной рабочего колеса обычно ограничена 25–28 м/с (5000–5500 фут/мин), поскольку более высокие скорости могут привести к отделению резины от металлического каркаса рабочего колеса.

Это ограничивает максимальный напор, создаваемый покрытым резиной насосом, 45 м (150 фут). Этот предел можно превзойти, установив последовательно несколько погружных насосов, для этого можно использовать специальную опцию Tandem Connection или заменив покрытое резиной рабочее колесо на металлическое, в насосах Grindex серии Proline используется рабочее колесо из белого чугуна легированного хромом.

Основным материалом, используемым в покрытых резиной насосах, является натуральный каучук, поскольку он имеет отличные характеристики по износостойкости.

Однако температура, углеводороды и другие вещества, агрессивно действующие на резину, могут ограничить его использование. Могут также использоваться другие материалы, из-за этого покрытые резиной насосы иногда называют насосами, покрытыми эластомерами. В таблице 1 приведены наиболее часто используемые эластомеры и некоторые их характеристики.

Таблица 1. Традиционно используемые эластомеры.

Эластомер	Твердость по Шору	Максимальная температура	Границы диапазона pH	Истирание	Сопротивля-емость химическим реактивам	Углево-дороды
Натуральный каучук	40	68°C/154°F	5-12	E	G	P
Полиуретан	81	65°C/149°F	3-11	E	G	E
Неопрен	60	100°C/212°F	3-12	G	G	G
Нитрильный каучук	60	104°C/220°F	4-12	G	G	E
Сульфохлорированный полиэтилен	55	110°C/230°F	1-14	G	E	G
Хлорбутильный каучук	150	121°C/250°F	3-12	G	E	P

 

E – высокое, G – хорошее, P – слабое

Хромистая сталь

Металлические шламовые насосы могут изготавливаться из различных материалов в зависимости от свойств перекачиваемого шлама. Наиболее часто для перекачки абразивного шлама используется 28% хромистая сталь.

Это хром, содержащий твердую сталь, разлитый по ASTM A532 Class III, и упрочненный при помощи термообработки до твердости около 650 по Бринелю. Твердость материала обусловлена образованием в железной матрице карбидов хрома. Другое преимущество использования хромистой стали состоит в том, что отливки могут быть отпущены до твердости около 380 по Бринелю, обработаны на станках и упрочнены до твердости готовых деталей более 600 по Бринелю. Это позволяет с высокой точностью обрабатывать детали на станках.

Другие варианты хромистых сталей также имеют повышенное содержанием хрома для изменения свойств материала. Хромистая сталь с приблизительно 30% хрома и низким содержанием углерода используется если значения pH шлама, вероятно, будут выше или ниже диапазона, в котором следует применять стандартную 28% хромистую сталь. Этот материал можно использовать для перекачки высокощелочных шламов, таких, как каустизационный шлам на целлюлозно-бумажных комбинатах, или кислых шламах с хлоридами, например, образующихся в цикле десульфурации дымовых газов (FGD) на тепловых электростанциях, работающих на угле.

Для перекачки шламов с Ph от 2 до 10 Grindex предлогает серию Inox Для изготовления насосов используются хромистые стали с содержанием хрома более 35%. Они применяются для перекачки кислых шламов с высоким содержанием хлоридов или фторидов, в промышленности получения фосфорных удобрений, в морских гаванях или рыбном хозяйстве.

Для изготовления насосов для перекачки легких шламов по возможности используется литой чугун, из-за его низкой стоимости. Для коррозионных шламов может использоваться нержавеющая сталь 316 (CF8M) или двойной сплав, например, CD4MCu. Материалы, обычно используемые для изготовления металлических шламовых насосов, сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Рекомендации по выбору материалов.

Материал	Твердость по Бринелю	Диапазон pH	Применение
Литой чугун	180	6-9	Легкие, не коррозионные
28% хромистая сталь	600-700	5-12	Абразивные, средне коррозионные
30% хромистая сталь	500-550	4-13	Абразивные, проблемы с pH, цикл FDG
35% хромистая сталь	400-540	1-13	Абразивные, сильно коррозионные хлориды, фториды
316SS (CF8M)	160-200	3-11	Легкие, коррозионные
CD4Mcu	225-325	2-12	Сильно коррозионные, хлориды

Рабочая точка

Местоположение рабочей точки на кривой характеристик насоса может оказывать существенное влияние на работу шламового насоса и срок службы его частей.

Насос следует выбирать так, чтобы его рабочая точка была немного смещена влево от точки оптимального КПД насоса. Это не только обеспечит наилучшие характеристики по износоустойчивости, но и максимально повысит производительность насоса, что приведет к оптимальному расходу энергии. Стандартная ошибка при выборе насоса состоит в выборе слишком большого насоса, в результате чего рабочая точка располагается намного левее точки оптимального КПД. Это приводит к повышенному потреблению насосом энергии и сокращению срока службы его частей.

Сальник

Еще один фактор, который необходимо рассмотреть — это сальниковое уплотнение насоса.

Предотвращение попадания перекачиваемых твердых частиц в сальник — это общая проблема при перекачке абразивов. Она обычно решается путем впрыскивания в сальник чистой воды, вымывающей твердые частицы. Вода также служит для уплотнения смазкой и охлаждающей жидкостью. Однако поддержание давления уплотняющей воды и управление разбавлением перекачиваемого продукта в некоторых случаях могут быть затруднительны.

Уплотнение шламовых насосов с односторонним всасыванием, наиболее часто используемых в настоящее время, обычно требует воды под давлением, превосходящим давление на выходе насоса приблизительно на 10%. Требуемый расход определяется диаметром втулки вала и конструкцией сальника.

Предельные условия

Можно указать некоторые конструкции сальников, которые могут эффективно использоваться в максимально тяжелых условиях без значительной переделки насоса.

Их выбор зависит от «степени абразивности» перекачиваемой жидкости и допустимого разбавления продукта. Для высокоабразивных шламов, если разбавление продукта не является проблемой, часто используются схемы сальников «высокого разбавления» или «полной промывки». Сначала вставляется сепаратор уплотнения или фонарное кольцо уплотнения, а оставшаяся часть сальника набивается уплотнением.

Преимущество такой конструкции состоит в том, что все уплотнение отделено от шлама, обычно при этом обеспечивается наиболее продолжительный срок работы насоса.
Недостатком следует считать больший расход воды при нужном давлении. Кроме того, если шлам не выдерживает разбавления, например, если должна поддерживаться требуемая плотность или если вода в дефиците, этот метод уплотнения использоваться не может.

Другое решение называется «слабым разбавлением» или «фильтрацией», при этом перед сепаратором уплотнения вставляются два кольца из уплотнительного материала. Это снижает объем необходимой воды, но повышает износ уплотнения.

Уплотнение вала

Замена стандартного уплотнения вала динамическим уплотнением позволяет эффективно управлять разбавлением и до минимума ослабить требования к уплотняющей воде.

Динамическое уплотнение создает в сальнике отрицательное давление, которое предотвращает попадание шлама в уплотнение. Динамические уплотнения часто используются при отсутствии промывочной воды. При необходимости для смазки уплотнения может использоваться подпружиненная масленка или небольшое количество воды.

Следует помнить, что динамическое уплотнение работает только при включенном насосе (при отключении насоса возникает необходимость во вспомогательном уплотнении любого типа), кроме того, оно потребляет дополнительную мощность.

В последние годы хорошо себя зарекомендовали механические уплотнения для шлама. Это уплотнения, предназначенные для тяжелых режимов работы, с лицевыми поверхностями из карбида кремния и металлическими деталями, которые часто изготавливаются из хромистой стали. Большинство из них в состоянии работать вообще без промывки водой. В насосах Grindex используется ДВА механическх уплотнения с масляной камерой между ними. Эти уплотнения пока очень дороги и требуют аккуратного выбора целевого применения, но долговечны и сэкономят ваши средсва на обслуживании насосов.

Выводы:

Конструкционные материалы, скорость насоса, рабочая точка и уплотнение сальника при выборе шламового насоса требуют тщательного подбора. Внимание к этим факторам обеспечит выбор шламового насоса, который будет иметь максимальный срок службы при минимальном обслуживании.