Свободновихревые насосы (стр. 3 )

Именно к этим сложным для эксплуатации насосам необходимо применять второе направление снижения стоимости жизненного цикла, но при этом не исключать возможности снижения энергопотребления.

В большинстве насосных установок используют центробежные насосы,  принцип работы которых заключается в силовом взаимодействии РК с  протекающей в межлопастных каналах жидкостью. В этом случае возникает большое количество контактов между жидкостью и РК, то есть разрушение продукта является неминуемым. Расходы, связанные с перекачиванием жидкостей с хрупкими и чувствительными к срезу составляющими, могут быть наиболее важной статьей в анализе стоимости жизненного цикла, однако именно этот фактор очень часто не принимают во внимание. Таким образом, более экономичное на момент закупки насосное оборудование в процессе эксплуатации окажется неэффективным и менее надежным.

При анализе LCC как  нового насоса, так и  модернизированной конструкции проектировщики или руководители проекта должны оценивать альтернативные варианты. Для большинства предприятий стоимость электроэнергии за весь срок службы насоса и затраты на его ремонт будут преобладать в LCC. Поэтому очень важно точно определить текущую стоимость электроэнергии, ожидаемый ежегодный рост тарифов в течение предполагаемого срока службы насоса, ожидаемую стоимость запасных частей и заработную плату ремонтного персонала. Другие составляющие, такие как потери от простоя оборудования, расходы на природоохранные мероприятия, расходы на демонтаж и утилизацию оборудования, как правило, оцениваются, основываясь на опыте, имеющемся на предприятии. В зависимости от технологического процесса потери от простоя оборудования могут превосходить расходы на электроэнергию и ремонт. Поэтому их необходимо правильно оценивать.

Перекачивание вязких жидкостей центробежными насосами сопровождается увеличениям гидравлических потерь в РК. При этом в широком диапазоне подач увеличивается потребляемая насосом мощность, ухудшается его всасывающая способность, подача и напор снижаются, уменьшается общий КПД насоса. Таким образом, при перекачивании вязких жидкостей и жидкостей с включениями целесообразна замена центробежных насосов на свободновихревые, а пологий характер изменения напорной характеристики СВН позволяет в широком диапазоне регулировать подачу насоса при практически неизменной величине напора.

В отличие от традиционных центробежных насосов в СВН только часть жидкости проходит в межлопаточных каналах РК, а остальная движется через свободную камеру без взаимодействия с  лопатками колеса. Это защищает как перекачиваемый продукт от избыточного действия РК, так и рабочее колесо от действия продукта. Благодаря этому не происходит повреждение составляющих продукта и износ проточной части насоса.

Конструкция СВН с особенной проточной частью является  самой эффективной по сравнению с другими типами насосов при перекачивании жидкостей с разными примесями.

При оценке стоимости жизненного цикла СВН можно выделить следующие преимущества :

1 По капитальным расходам

Расходы на покупку СВН сравнимы с ценами на центробежные и другие типы насосов. В течение времени жизненного цикла насоса эта стоимость становится незначительной по сравнению с другими расходами, которые  возникают при  использовании насосов для гидротранспорта сложных для перекачивания жидкостей.

2 По запасным частям для насоса

Стоимость запчастей для ремонта СВН составляет не более 2 % от  стоимости насосов, которые поставляются на предприятие. В этом заключается основное отличие от большинства других типов насосов, для которых  необходимо создавать  склад запчастей для ремонта. Что касается  СВН, то единственными элементами, которые при правильной их эксплуатации требуют замены в течение всего цикла жизни, являются концевые уплотнения.

3 По сроку службы 

Специфическая конструкция СВН обеспечивает уравновешивание радиальных сил, которые действуют через РК на вал. Силы реакции, возникающие в подшипниках, незначительны и вал работает практически без колебаний, а износ поверхностей РК и корпуса насоса практически не влияет на изменение нагрузки подшипников. Все это обеспечивает длительный срок службы составляющих насоса.

4 По техническому обслуживанию и износу

Специфическая форма проточной части  резко снижает износ деталей при перекачивании жидкостей с абразивными включениями, менее склонна  к закупориванию. Конструкция  СВН проста в обслуживании.

5 По надежности и непрерывности работы

Преимущество СВН заключается в длительности времени непрерывной работы и в их надежности. Это наиболее актуально в условиях работы, при которых  любой  простой насоса приводит к остановке производства. В таких случаях поломка насоса приводит к финансовым потерям, которые намного больше, чем стоимость насоса и величина его эксплуатационных расходов. При перекачивании жидкостей с разными включениями СВН по надежности превышают как лопастные (центробежные), так и роторные (шестеренные) насосы.

6 По рентабельности

При вязкости жидкости больше 50 сПз СВН более эффективны по сравнению с центробежными насосами. Эффективность их растет по мере увеличения вязкости, поскольку в передаче энергии жидкости участвует  вязкостное трение. В большинстве случаев  при работе на вязких жидкостях  СВН  потребляет меньше электроэнергии, чем насос поступательного движения или центробежный насос, которые используются для тех же целей.

Кроме этого, способность СВН перекачивать жидкости с легкоповреждаемыми и чувствительными к срезу веществами дает большую  экономию благодаря уменьшению разрушения составляющих перекачиваемой продукции. Там, где необходимо сберечь кристаллическую структуру продукта, срок окупаемости СВН может быть значительно меньше центробежных насосов. При эксплуатации СВН не требуется опыт высококвалифицированных специалистов, поскольку  влияние человеческого фактора на работу  этих насосов минимально.

Анализ составляющих жизненного цикла насосного оборудования и основные тенденции развития  насосного рынка указывают на  преимущества СВН при перекачивании жидкостей с высоким количеством абразивных частиц, суспензий с большим содержанием твердых веществ и волокнистых включений, жидкостей с повышенной вязкостью, жидкостей с высоким содержанием воздуха или газа, жидкостей, чувствительных к срезу, и жидкостей, которые содержат хрупкие вещества. Легкоустанавливаемые и ремонтопригодные электронасосные агрегаты на базе СВН позволяют минимизировать стоимость эксплуатационных расходов на протяжении жизненного цикла, что актуально для потребителя в существующих экономических реалиях промышленного рынка.

РАЗДЕЛ 1

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС СВН

1.1 Классификация СВН. Основные геометрические параметры

В настоящее время широкое распространение получили три кон­структивные схемы СВН: Вемко, Туро, Сека [47; 61; 63]. Впервые свободновихревой насос типа

Вемко (“Wemco”) был изготовлен в США в 1954 г. (фирма “Western Machinery Company”) [61].

Насос (рис. 1.1) имеет корпус с осевым всасывающим и тангенциальным напорным патрубками и свободную камеру меж­ду РК, расположенным в расточке

задней стенки корпуса, и передней крышкой насоса. Рабочее колесо выполнено по ти­пу РК гидромуфты. КПД насосов “Wemco” невысок и составляет 30–  40 %. Однако эти насосы обес­печивают высокую на­дежность при гидро­транспорте материалов большой крупности.

Рисунок 1.1 – Cвободновихревой насос типа “Wemco”

Дальнейшие исследования различных конструкций СВН с целью увеличения напора и КПД привели к созданию нового типа насоса – конструктивной схемы Туро (“Turo”) фирмы “EGGER”( Швейцария), в которой РК  (рис. 1.2) выполнено в виде диска с прямыми радиальными лопатками (открытого или закрытого на периферии) [47].

В данном насосе резкое изменение направле-ния движения жидкости при выходе из РК в осевом направлении интенсифици-рует энергообмен между потоками жидкости, выхо-дящей из колеса и посту-пающей в свободную каме-ру, что дает увеличение напора и КПД (КПД насоса “Turo” достиг уровня 54 %).

Рисунок 1.2 – Свободновихревой  насос типа “Turo”

В основе насосов типа Сека (“Seka”) лежит принцип выдви­жения РК из ниши корпуса в свободную камеру, который увеличи-вает долю лопастного рабочего процесса и приво-дит к повышению напора и КПД насоса.  Насос “Seka” (фирмы “VOGEL”, Австрия)

Рисунок 1.3 –Свободновихревой насос типа “Seka”

показан на рис. 1.3.  Рабочее колесо этого насоса не имеет огра­ничения на периферии и выдвинуто в свободную камеру, а выходящая из РК жидкость направлена непосредственно в отвод [55]. Однако применение этих насосов ограничено из-за возможного закупоривания перекачиваемым продуктом, особенно при гидротранспор­те жидкостей, содержащих волокнистые вещества.

Перечисленные конструк­тивные схемы – основные, по ним изготовляются свободновихревые насосы зару­бежного производства. Кро­ме того, существует еще несколько модифицированных вариантов конструктивных схем СВН, которые отлича­ются формой выходного участ­ка РК, а также размером выдвижения лопатки в свобод­ную камеру.

  Конструктивную схему насоса выбирают с учетом условий эксплуатации и свойств перекачиваемой жидко­сти. Наиболее универ­сальной и широкоприменяемой яв­ляется  конструктивная схема СВН “Turo”, обеспечиваю­щая минимальное повреждение перекачиваемого продукта и практическое незакупоривание проточной части при вы­сокой экономичности. Общий вид насоса приведен на  рис. 1.4 [26]. Конструктивной особенностью представленного насоса является то, что РК полностью отодвинуто в рас­точку задней стенки корпуса. Благодаря этому перед РК остается свободным все внутреннее пространство корпуса. Лопатки РК, кроме радиальных, могут быть изогнутыми в сторону, противоположную его вращению.