Мое практическое руководство по роторам и статорам винтовых насосов

После многих лет работы в промышленном секторе могу с уверенностью сказать, чтопрогрессивные шнековые насосы(также известные как роторно-статорные насосы, эксцентриковые винтовые насосы) являются абсолютными «основными продуктами» для перекачки жидкости. Являясь объемными насосами, они предназначены специально для перекачивания вязких жидкостей, агрессивных веществ и сред, содержащих твердые частицы, — они незаменимы на нефтедобывающих, химических предприятиях, очистных сооружениях и линиях по производству продуктов питания.

По моему мнению, их превосходные характеристики обусловлены тесным взаимодействием ротора и статора. Чтобы по-настоящему понять принцип работы, производительность и долгосрочную стабильную работу шнековых насосов, вы должны тщательно понять эти два основных компонента. Это не просто теоретические знания; это с трудом заработанный опыт, который я накопил за эти годы.

I. Ротор и статор

На мой взгляд, «спасательным кругом» каждого винтового насоса является сочетание ротора и статора: чем точнее их подгонка, тем выше эффективность насоса.

Ротор представляет собой металлический вал спиралевидной формы, обычно изготовленный из высокопрочной нержавеющей стали, легированной инструментальной стали или даже титана. Будучи активным компонентом, установленным внутри корпуса насоса, он не только приводит в движение поток жидкости при вращении, но и создает силу сжатия, необходимую для перекачки. Я видел, как многие роторы подвергались хромированию или другой обработке поверхности, и, честно говоря, это значительно повышает их износостойкость. Пропуск этого шага приведет к раздражающе быстрому износу ротора.

Статор, с другой стороны, представляет собой металлическую трубку с формованной внутренней полостью, облицованной эластичными материалами, такими как нитриловый каучук (NBR), фторкаучук (FKM) или EPDM. Его внутренняя форма идеально соответствует ротору, а диаметр ротора немного больше внутреннего диаметра статора. Такая «посадка с натягом» обеспечивает воздухонепроницаемость сформированных камер; если уплотнение выходит из строя, насос практически бесполезен.

Будь то одновинтовой насос (одноходовой ротор в паре с двухходовым статором), двухвинтовой насос (два винта, вращающихся в противоположных направлениях и зацепляющихся друг с другом) или трехвинтовой насос (один ведущий винт с двумя ведомыми винтами), я на собственном горьком опыте усвоил, что точность посадки между ротором и статором напрямую определяет, может ли насос работать надежно. Даже незначительное отклонение может привести к уменьшению расхода, утечке или полной остановке.

II. Принцип работы: простая, но эффективная «транспортировка полости»

Я не полностью понимал принцип работы шнековых насосов, пока не разобрал два старых насоса — на самом деле это очень легко понять.

Когда ротор вращается эксцентрично внутри статора, их переплетающиеся спиральные структуры образуют серию герметичных полостей. Когда ротор вращается, эти полости равномерно движутся к выпускному концу, по существу «неся» жидкость вперед. Это похоже на невидимую конвейерную ленту внутри насоса, специально предназначенную для перекачки жидкости.

На всасывающем отверстии объем полости расширяется, уменьшая внутреннее давление, и жидкость вытягивается из резервуара под атмосферным давлением; когда ротор продолжает вращаться, полость, заполненная жидкостью, выталкивается к выпускному отверстию, где объем полости сжимается, сжимая жидкость, увеличивая давление, обеспечивая плавный выпуск жидкости.

Что мне особенно нравится в этой конструкции, так это то, что она вообще не требует впускных или напорных клапанов. Это не только обеспечивает стабильную передачу с низким уровнем пульсации, что имеет решающее значение для чувствительных процессов, но также бережно обращается с «тонкими» чувствительными к сдвигу материалами, такими как биофармацевтическое сырье, которые могут выйти из строя при воздействии неправильной силы. Вот вам практический совет: изменение направления ротора может изменить направление всасывания и нагнетания. Эта небольшая операция избавила меня от необходимости несколько раз перенастраивать все оборудование.

III. Основные преимущества (и несовершенные недостатки)

На протяжении многих лет я видел, как шнековые насосы превосходят другие типы насосов во многих сценариях, но они не всесильны. Давайте объективно обсудим их плюсы и минусы.

(I) Незаменимые основные преимущества

• Стабильный поток и простая регулировка:Плотное прилегание ротора и статора обеспечивает чрезвычайно равномерное изменение объема полости с практически незначительными колебаниями потока. В отличие от центробежных насосов, он не требует дополнительных клапанов для обеспечения стабильного линейного потока, что делает его особенно подходящим для сценариев, требующих точности, таких как химическое производство. Более того, скорость потока напрямую связана со скоростью ротора — регулировать мощность так же просто, как повернуть ручку. Я использовал его для контроля потока во время серийного производства, и у меня никогда не было дефектной продукции из-за отклонений потока.
• Равномерное выходное давление:Во время переноса жидкость сжимается мягко и непрерывно, без резких пиков давления. У меня никогда не возникало проблем с его использованием для транспортировки «раздражительных» чувствительных к давлению сред, таких как растворы полимеров высокой вязкости.
• Превосходная способность самовсасывания:Никакой предварительной заливки не требуется: после запуска он может напрямую всасывать жидкость из контейнера с максимальной высотой всасывания до 8,5 метров водяного столба. Это намного превосходит плунжерные насосы, особенно на очистных сооружениях, где мы часто запускаем и останавливаем насосы. После перехода на шнековые насосы время подготовки нашей команды сократилось вдвое.
• Универсальная обработка жидкостей:Он легко справляется с жидкостями высокой вязкости (я перевозил варенье и шоколадный сироп), сырой нефтью с содержанием песка, абразивными суспензиями и агрессивными химикатами. Он превосходит диафрагменные насосы при перекачивании газотвердых смесей и не уступает шестеренчатым насосам при транспортировке вязких жидкостей. Однажды я использовал его для транспортировки ила, содержащего частицы размером с мяч для гольфа, без единого засора.
• Перенос с низким сдвигом для защиты материалов:Его конструкция сводит к минимуму силу сдвига, что является «спасителем» для биофармацевтической промышленности. Я использовал его для транспортировки белковых растворов и биоактивных веществ, и на производительность материала это никак не повлияло — чего не может достичь большинство насосов.
• Компактная структура и энергоэффективность:Он занимает небольшую площадь, что делает установку и обслуживание удобными. Кроме того, он очень энергоэффективен; после замены на него старых насосов на нашем химическом заводе затраты на электроэнергию снизились на 15%.
• Двойное назначение в качестве дозирующего насоса:В отличие от плунжерных, диафрагменных или шестеренных насосов, его точность достаточна для дозирования и наполнения химикатов. Раньше я использовал его для транспортировки реагентов в лаборатории с точностью до 1%, что исключает необходимость в дополнительном дозирующем оборудовании.

(II) Недостатки, на которые следует обратить внимание

• Высокая стоимость:Честно говоря, его закупочная цена и затраты на обслуживание выше, чем у более простых насосов. Небольшие мастерские могут счесть его неэкономичным, но в тяжелых условиях работы его долговечность может оправдать первоначальные вложения.
• Чувствительность к избытку твердых частиц:Слишком большое количество твердых частиц в среде приведет к быстрому износу ротора и статора. Однажды я использовал его для перевозки сырой нефти с чрезмерным содержанием песка, и через шесть месяцев статор вышел из строя. Урок: всегда проверяйте содержание твердых частиц и, если не уверены, устанавливайте фильтр.
• Строго запрещено работать всухую:Даже одна минута работы всухую может привести к перегреву и повреждению ротора и статора. Мой коллега допустил эту ошибку — не проверив уровень жидкости перед запуском — и сжег ротор, что привело к простою на целый день и значительным затратам на замену деталей.
• Модификация, необходимая для сценариев высокого давления:Это лучший выбор для условий работы при низком и среднем давлении, но для передачи при высоком давлении необходимы дополнительные модификации. Однажды я попробовал использовать его для передачи высокого давления, но он сильно протекал, пока мы не обновили уплотнения и корпус.
• Кавитационный риск:Если давление жидкости ниже давления ее пара, произойдет кавитация — крошечные пузырьки лопнут и повредят внутренние детали. Я столкнулся с этим в сценарии с низким расходом, и ротор был изъязвлен. Позже установка предохранительного клапана решила проблему, но это было дорогостоящее занятие.

IV. Как геометрия ротора и статора влияет на производительность (мои критерии выбора)

После многих лет выбора насосов я обнаружил, что геометрия ротора и статора является ключом к адаптации к условиям работы.

Классификация типов насосов (Мое краткое руководство по подбору)

• Одновинтовые насосы:Одноходовой ротор в паре с двухходовым статором — я отдаю этому предпочтение при транспортировке высоковязких жидкостей или сред, содержащих твердые частицы. Например, перекачка осадка на очистных сооружениях, где его способность предотвращать засорение превосходна.
• Двухвинтовые насосы:Два вращающихся в противоположных направлениях винта, находящихся в зацеплении, работают очень плавно и с низким уровнем шума. Я использую его для транспортировки чистых или слегка загрязненных масел и химикатов, гарантируя чистоту материалов, что имеет решающее значение для фармацевтических или пищевых продуктов.
• Трехвинтовые насосы:Один ведущий винт с двумя ведомыми винтами — поток равномерен, как в дозирующем насосе. Он особенно подходит для транспортировки чистых жидкостей с низкой вязкостью, таких как гидравлическое масло и смазочное масло; Я часто использую его в системах смазки станков и никогда не сталкивался с проблемами недостаточной смазки.

Подтипы геометрии (мелкие детали, влияющие на производительность)

Помимо основных типов насосов, значительные изменения могут принести тонкие изменения геометрии ротора и статора:

• Тип S: сверхстабильная передача, компактное входное отверстие ротора и низкие требования к чистой положительной высоте всасывания (NPSH). Я всегда выбираю его при транспортировке вязких материалов или крупнозернистых сред — больше не нужно бороться с кавитацией и засорением.

• L-тип: более длинная линия уплотнения между ротором и статором, что приводит к повышению эффективности и увеличению срока службы. Он имеет компактную структуру, но большую пропускную способность и подходит для высокопроизводительных сценариев, когда затраты на простои высоки.

• Тип D: компактная конструкция, передача практически без пульсаций и чрезвычайно высокая точность дозирования. Я использую его в сценариях прецизионного дозирования химикатов — задайте параметры и смело выходите из режима, вообще не беспокоясь о колебаниях расхода.

• Тип P: сочетает в себе большую пропускную способность с компактной конструкцией и унаследовал длинную линию уплотнения типа L. Это мой «универсальный насос», способный как перекачивать большой поток, так и точно дозировать.

Кроме того, нельзя игнорировать такие параметры, как угол спирали, шаг и профиль зуба. По моему опыту: чем больше угол спирали, тем выше скорость потока, но ниже давление; чем меньше угол спирали, тем выше давление, но тем ниже скорость потока. Это компромисс, который зависит от приоритета условий труда. Необходимо перевезти большое количество вязкой жидкости? Выберите большой угол спирали; нужна передача под высоким давлением на большие расстояния? Выберите небольшой угол спирали.

V. Советы по выбору и обслуживанию (мое «Руководство по предотвращению ловушек», основанное на опыте)

(I) Выбирайте правильный насос, чтобы избежать объездов

Выбор насоса (включая подбор ротора и статора) имеет решающее значение для соответствия условиям работы. Это опыт, который я приобрел после того, как попал в бесчисленные ловушки:

• Высоковязкие среды:Выбирайте одновинтовой насос, а ротор должен быть изготовлен из хромированной нержавеющей стали или износостойкого сплава. Поверьте мне, выбор обычных материалов в целях экономии приведет к необходимости частой замены деталей в дальнейшем, что станет головной болью.
• Среды, содержащие твердые частицы:Одновинтовой насос в паре со специальным резиновым статором (износостойким и устойчивым к коррозии). Раньше для перекачки осадка я использовал обычный резиновый статор, который вышел из строя через 3 недели; переход на специальную формулу длился 8 месяцев до замены.
• Высокие требования к стабильности расхода/давления:Выберите двухвинтовой насос или трехвинтовой насос. Для чувствительных процессов преимущество низкой пульсации стоит дополнительных затрат.

Выбор материала статора также имеет решающее значение: нитриловый каучук (NBR) для сред на масляной основе, EPDM для высокотемпературных сред и фторкаучук (FKM) для агрессивных сред. При транспортировке сильнокоррозионных жидкостей, таких как сильные кислоты или растворители, без колебаний выбирайте ротор из Хастеллоя: хотя он и дорогой, он гораздо более долговечен, чем обычные металлы, и прослужит на несколько лет дольше.

(II) Правильное обслуживание для увеличения срока службы

Правильное техническое обслуживание является залогом долговечности насоса. Это моя ежедневная процедура обслуживания:

• Регулярный осмотр износа:Статоры со временем склонны к упругой усталости. Если вы заметили снижение всасывания насоса, увеличение утечек или более громкую работу, немедленно замените статор — не ждите, пока он полностью выйдет из строя, поскольку это может также повлиять на ротор. Для насосов, использующих высокую частоту, я проверяю статор ежемесячно.
• Строго запрещается работа всухую и перегрузки:Запуск и остановка должны осуществляться в соответствии с процедурами. Мы установили на насосы устройства блокировки, которые автоматически отключаются при слишком низком уровне жидкости, и случаев прогара ротора больше не было.
• Содержите носитель в чистоте:Установите на входе фильтр размером не менее 20 меш и очищайте его еженедельно. Даже мелкие частицы могут со временем изнашивать ротор и статор.
• Снижайте скорость при транспортировке вязких жидкостей:Использование высокой скорости для транспортировки высоковязких сред «губит» статор. Обычно я снижаю скорость на 30–40 % — хотя и медленнее, это экономит много денег на замене деталей.
• Установите защитные устройства:Стоит установить реле давления, датчики уровня жидкости и мониторы вибрации. Однажды у меня был насос с ненормальной вибрацией; монитор заранее предупредил меня, и я вовремя заменил изношенный ротор, избежав более серьезных поломок.

VI.Теффико: Надежный бренд насосов, которому я доверяю

По прошествии всех этих лет я глубоко понимаю, что ротор и статор являются основой винтовых насосов, и Teffiko понимает это лучше, чем большинство брендов.

Будучи надежным поставщиком промышленной продукции и инжиниринговых услуг, они сосредоточены исключительно на компонентах колонковых насосов. Если вы ищете шнековый насос, который вас не подведет, я искренне рекомендую Teffiko.Нажмите здесь, чтобы узнать больше о серии шнековых насосов.