Факторы, необходимые для выбора насоса

Все факторы, влияющие на выбор насоса, можно разделить на пять групп: назначение насоса и схема установки; гидравлические параметры системы; свойства перекачиваемой среды; условия обращения с перекачиваемыми средами; монтаж, обслуживание и эксплуатация насосного агрегата.

Назначение насоса и схема установки. Ознакомившись с основными типами насосов, приступают к разработке схемы установки (или группы установок), в которой работает насос. Хотя назначением насоса является перекачивание, цели перекачивания могут быть различны: опорожнение или заполнение емкостей; перемещение материалов в различных технологических процессах в химической, горной и других отраслях; циркуляция жидкости по замкнутому контуру (например, движение жидких теплоносителей или хладоагентов); циркуляция воды в парогенераторах; поддержание давления в системах (например, подпитка котлов); смешение; разделение и дозирование продуктов и др.

Условия, в которых находится перекачиваемая жидкость, также очень важны. Насос может забирать жидкость из открытых резервуаров или естественных водоемов. Емкости и резервуары могут быть закрытыми, и жидкость может находиться в них под давлением паров или же под иным давлением. Наконец, в отдельных случаях емкостей вообще может не быть, как, например, в некоторых циркуляционных и пожарных системах.

Описание схемы установки должно содержать подробные сведения о соединительных трубопроводах — их длине, диаметрах, размерах горизонтальных и вертикальных участков, поворотах, вентилях, задвижках, тройниках и другой арматуре, а также о материале труб.

Все перечисленные факторы в совокупности определяют сопротивление системы, которое должен преодолеть выбранный насос, обеспечив при этом требуемые параметры транспортирования.

Гидравлические параметры системы. Сопротивление системы (требуемый напор) зависит от ее геометрических размеров, давлений и расхода жидкости. Напор, развиваемый насосом, также зависит от расхода. Поэтому условием устойчивой совместной работы насоса и системы является равенство количества жидкости, протекающей через насос и систему в единицу времени. Оно возможно только в том случае, когда напор, создаваемый насосом, в точности соответствует напору, теряемому в системе при данном расходе.

К параметрам системы относятся: номинальная, минимальная и максимальная подача (расход жидкости); напор; минимальная и максимальная высота всасывания; давление в системе (во всасывающем патрубке насоса).

Подачу насоса обычно рассчитывают исходя из потребностей производства; она является тем единственным параметром, который интересует потребителя. Пренебрежение остальными параметрами приводит к многочисленным ошибкам при выборе насосов. Подача и напор насоса зависят от сопротивления системы, в которой насос установлен. Сопротивление систем следует определять по возможности точно. Склонность проектантов принимать большие коэффициенты запаса по напору приводит к тому, что насос, установленный в линии с меньшим сопротивлением, будет обеспечивать подачу, превышающую требуемую, т. е. будет работать в режиме перегрузки.

Если по условиям производства допустимо применение задвижки на напорной линии, или регулирующего элемента, указанная ошибка проектанта может быть исправлена, хотя регулирование задвижкой основано на введении дополнительных потерь и потому весьма неэкономично. Если же применение задвижки недопустимо (при перекачивании жидкостей со взвесями), то для устранения ошибок необходимо разобрать насос и сделать обрезку рабочих колес. Как правило, на производствах такие меры не принимаются. Поэтому подавляющее большинство насосов для перекачивания сред, где затруднено использование задвижек, работает в режимах, сильно отличающихся от расчетных и оптимальных.

Два других параметра — высота всасывания и давление во всасывающем патрубке — также очень важны. Насос, выбранный без их учета, даже при работе в оптимальном режиме может выйти из строя гораздо раньше положенного срока вследствие кавитации. Работа в режимах перегрузки (при больших подачах) также часто приводит к возникновению кавитации.

Условия обращения с перекачиваемыми средами. Эти условия дают дополнительные сведения о требованиях к характеру потока или об особенностях процессов и могут существенно влиять на выбор насоса. В большинстве случаев к потоку не предъявляют никаких особых требований. Однако иногда требуется осторожное обращение с продуктом («щадящее» перекачивание). В некоторых случаях продукт не должен загрязняться извне (через уплотнение), не должен попадать в окружающее пространство (радиоактивные или ядовитые вещества), не должен контактировать с металлами. Здесь же могут быть учтены требования к допустимой пульсации потока, к самовсасыванию. Все эти условия, хотя и встречаются редко, могут резко ограничить число возможных типов насосов.

Свойства перекачиваемой среды. Свойства перекачиваемой среды в значительной степени определяют конструкцию насоса и материал для изготовления деталей проточной части. Они могут изменяться как с течением времени или с изменением внешних условий, так и под действием самого процесса перекачивания. Продукт может приобретать дополнительные свойства в результате обработки технологических линий, например после промывки их какими-либо средствами, свойства которых могут сильно отличаться от свойств перекачиваемой среды. Часто при выборе материала ориентируются на материал другого оборудования, установленного в той же технологической линии, что и насос. При этом следует иметь в виду, что течение жидкости может значительно ускорить процессы коррозии (тем более при больших скоростях течения, как в насосе).

Одной из важнейших физических характеристик перекачиваемой среды является вязкость, которая не всегда остается постоянной. Строго говоря, вязкость всегда изменяется с изменением температуры под действием либо внешнего источника, либо от энергии, выделенной в самом насосе. Густые и вязкие жидкости невозможно перекачивать с теми же скоростями, что и воду. Чем выше вязкость, тем медленнее работает насос.

В зависимости от изменения вязкости при постоянной температуре различают следующие пять категорий жидкости:

1) ньютоновские (обычные) жидкости, вязкость которых обычно не зависит от скорости сдвига; к таким жидкостям относятся вода, минеральные масла, жидкие металлы, многие химические жидкости;

2) тиксотропные жидкости, вязкость которых падает по мере увеличения скорости сдвига; к жидкостям такого типа относятся разбавленная целлюлоза, клеи, краски, жиры, густые нефтепродукты, битум, чернила, парафины;

3) дилатантные жидкости, вязкость которых увеличивается по мере возрастания скорости сдвига; они становятся значительно гуще, пока воздействие продолжается, но обычно приходят в первоначальное состояние сразу после прекращения воздействия. К таким жидкостям относятся глина и глинистые растворы, шлаки, кондитерские вещества и крахмал;

4) коллоидные жидкости, вязкость которых падает по мере роста скорости сдвига и после его прекращения не достигает исходного значения. Это - шампуни, смесь с водой или маслом, спиртные напитки;

5) реопектичные жидкости, вязкость которых увеличивается с ростом скорости сдвига, но не превышает некоторого предельного значения, как, например, в пульпе и ряде химических составов.

Динамические насосы предназначены для перекачивания маловязких жидкостей. В ряде случаев динамическими насосами можно перекачивать жидкости, вязкие при нормальных температурах, но маловязкие при повышенных. Поэтому очень важно знать вязкость перекачиваемой среды при нормальной и рабочей температурах.

По химическим свойствам жидкости можно разделить на нейтральные, коррозионноактивные, горючие, ядовитые и радиоактивные. Выбор материала насоса обусловлен химическим составом (формулой), концентрацией и значением рН жидкости. Особенно важен тщательный анализ компонентов при перекачивании смесей химических веществ. Растворенный в перекачиваемой жидкости кислород может ускорить ход химических реакций, и его содержание также необходимо учитывать.

Перекачиваемые среды могут содержать газообразные и твердые включения, что значительно усложняет процесс перекачивания.

Большинство центробежных насосов не может перекачивать жидкости, содержащие более 5% (об.) газообразных включений. Однако специальные конструкции допускают содержание газов до 50% (об.), а для объемных насосов в этом отношении практически нет ограничений.

При содержании в жидкости более 3% (об.) твердых веществ она может быть отнесена к разряду взвесей, и для ее перекачивания требуется специальный насос. Для его выбора необходимо знать характеристику твердых включений:

• - размер частиц (коллоидные, мелко- или крупнодисперсные, мелко- или крупнокусковые);

• - форму частиц (круглые, угловатые, чешуйчатые и т. д.);

• - твердость материала частиц (мягкие или средней твердости, твердые или очень твердые);

• - объемное или массовое содержание твердых включений; их плотность.

Принято относить к суспензиям жидкости со средними и крупными включениями. Для получения суспензии твердая фаза должна смешиваться с достаточным количеством жидкости. Если плотности твердой и жидкой фаз близки, суспензия образуется при минимальных скоростях потока. Если же плотности сильно различаются, то для предотвращения выделения твердой фазы из смеси необходимо увеличивать скорости течения.

В мелкодисперсных растворах осаждение твердой фазы происходит медленно либо не происходит вообще, а сами растворы могут обладать или не обладать абразивными свойствами.

В отдельных случаях частицы могут образовывать комки и забивать проходные сечения насосов. Если частицы легче жидкости, также возможна закупорка насосного тракта. Поэтому должны быть известны такие свойства перекачиваемых жидкостей, как склонность к агломерации частиц, образованию отложений, налипанию и схватыванию, кристаллизации и т. п.

К физическим свойствам жидкости относятся также: температура (рабочая, диапазон изменения, воспламенения, затвердения), плотность жидкости и смеси, давление паров жидкости или отдельных составных частей.

Монтаж, обслуживание и эксплуатация насосного агрегата. При формулировании требований к выбираемому насосу в отношении его экономичности, надежности и долговечности необходимо учесть следующие факторы:

• -расположение насоса (вертикальный или горизонтальный);

• - тип помещения для установки насоса (открытое, закрытое);

• -климатические условия;

• - периодичность или непрерывность работы;

• - тип привода (электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и т. п.);

• - регулирование привода (требуется или нет; если требуется, то ступенчатое или бесступенчатое);

• - затраты на ремонт, демонтаж и эксплуатацию;

• - стоимость насоса;

• - потребность в запасных частях и площади для их хранения;

• - наличие квалифицированного обслуживающего персонала;

• - периодичность обслуживания;

• - опыт работы других насосов на данной позиции;

• - опыт работы данного насоса в аналогичных условиях;

• - опыт специалистов, выбирающих насос;

• - репутация изготовителя насосов в отношении качества изготовления и ремонта;

• - число насосов подобного типа или марки, уже установленных на данном производстве;

• -степень стандартизации с другими насосами; наличие грузоподъемных средств.