Насосы перистальтические пищевые
Насосы перистальтические пищевые: принцип действия, конструкция и применение в промышленности
Перистальтические насосы, также известные как шланговые или роликовые насосы, представляют собой тип объемных насосов, в которых перекачиваемая среда изолирована внутри гибкого трубопровода (шланга, рукава). Перемещение продукта осуществляется за счет последовательного пережимания этого трубопровода вращающимися роликами или башмаками, которые, проходя по его внешней поверхности, создают движущуюся зону сжатия. Эта зона выталкивает продукт в направлении нагнетания, одновременно за счет упругости стенок трубопровода за ней создается разрежение, всасывающее новую порцию среды. Полная герметичность процесса, отсутствие контакта продукта с деталями насоса и высокая точность дозирования делают их незаменимыми в пищевой и фармацевтической промышленности.
Принцип работы и ключевые компоненты
Рабочий цикл перистальтического насоса можно разделить на три последовательные фазы: захват, транспортировка и выталкивание. Ротор с установленными на нем обкатывающими элементами (роликами или башмаками) вращается внутри стационарного корпуса. Гибкий шланг или трубка размещена в кольцевом пространстве между ротором и корпусом. Каждый обкатывающий элемент, входя в контакт с внешней поверхностью шланга, полностью пережимает его, изолируя порцию продукта между двумя точками сжатия. Дальнейшее вращение ротора перемещает эту порцию по направлению к выходному патрубку. После прохода ролика эластичный шланг восстанавливает свою форму, создавая вакуум и обеспечивая непрерывный подсос новой порции продукта.
Основные конструктивные элементы пищевого перистальтического насоса:
- Гибкий трубопровод (шланг, рукав): Ключевой изнашиваемый элемент, определяющий химическую стойкость насоса. Изготавливается из пищевых материалов: силикона, EPDM, NBR, PTFE (тефлон), гипалона. Должен соответствовать требованиям FDA, EC 1935/2004, 3-A Sanitary Standard.
- Ротор с обкатывающими элементами: Ролики (на подшипниках или скольжения) или башмаки (скользящие сапожки). Башмаки обеспечивают более плавное пережатие и увеличенный ресурс шланга, но требуют смазки в зоне контакта.
- Корпус (статор, картер): Обычно из нержавеющей стали AISI 304 или AISI 316L, с полированными поверхностями для соблюдения гигиенических норм. Часто имеет CIP-способное исполнение.
- Привод: Электродвигатель, часто с частотным преобразователем для регулировки скорости и, следовательно, производительности. Класс защиты обычно не ниже IP65.
- Система смазки (для конструкций с башмаками): Обеспечивает смазку трущейся пары «башмак-шланг». Используются пищевые смазки, разрешенные к случайному контакту с продуктом.
- Трубочные (лабораторные, малые): Используют сменные силиконовые или виниловые трубки малого диаметра (до ~25 мм). Производительность до 5-10 м³/ч.
- Роликовые: Проще в обслуживании, не требуют системы смазки. Могут создавать более пульсирующий поток (зависит от числа роликов).
- Башмачковые: Обеспечивают более равномерный поток, меньший износ шланга, но конструкция сложнее и требует контроля смазки.
- Стандартное промываемое: Допускает ручную мойку.
- Санитарное (гигиеническое): Гладкие полированные поверхности, отсутствие застойных зон, быстроразъемные соединения. Соответствие стандартам 3-A, EHEDG.
- С IP-способностью (Clean-in-Place): Конструкция позволяет проводить мойку и стерилизацию на месте без разборки, выдерживая циркуляцию моющих и дезинфицирующих растворов.
- Абсолютная герметичность и чистота процесса: Продукт контактирует только с внутренней поверхностью сменного шланга, что исключает риск перекрестного загрязнения и утечек.
- Соответствие санитарным нормам: Легкость очистки, отсутствие мертвых зон, санитарное исполнение корпуса.
- Щадящее перекачивание: Отсутствие клапанов, шестерен или рабочих колес, которые могут повредить нежные или содержащие частицы продукты (ягоды, йогурты с наполнителями, сусло).
- Самовсасывающая способность и сухой ход: Способны создавать высокий вакуум на всасывании (до 0.85 бар), могут работать «на сухую» без повреждения.
- Легкость обслуживания: Замена шланга – основная операция ТО, не требующая специальных навыков или разборки трубопроводов.
- Реверсивность и точное дозирование: Возможность работы в обоих направлениях с одинаковой эффективностью и точностью.
- Ограниченный ресурс шланга/рукава: Является расходным материалом. Ресурс зависит от давления, скорости вращения, абразивности и химической агрессивности продукта.
- Пульсация потока: Присуща всем перистальтическим насосам. Сглаживается увеличением числа роликов/башмаков, использованием демпферов пульсаций или двойных насосных головок со сдвигом по фазе.
- Ограничение по давлению: По сравнению с поршневыми или винтовыми насосами, максимальное давление, как правило, ниже.
- Зависимость производительности от упругих свойств шланга: При постоянной скорости ротора производительность может незначительно падать с ростом противодавления из-за растяжения шланга.
- Переработка молока: Перекачка йогурта, творога, сметаны, фруктовых наполнителей, сырного сусла, пахты.
- Производство напитков: Дозирование концентратов, сиропов, ароматизаторов, перекачка сусла, вина, соков с мякотью.
- Кондитерская и хлебопекарная промышленность: Транспортировка и дозирование теста, крема, глазури, джемов, карамели, жиров.
- Мясная и рыбная переработка: Перекачка фаршей, маринадов, соусов, жидких добавок.
- Дозирование пищевых добавок: Высокоточная подача витаминов, красителей, консервантов, кислот в поток основного продукта.
- CIP-системы: Дозирование моющих и дезинфицирующих средств благодаря стойкости шлангов к химикатам.
- Свойства продукта: Вязкость, температура, наличие абразивных или волокнистых частиц, химическая агрессивность, склонность к пенообразованию.
- Режим работы: Непрерывная перекачка или точное дозирование. Требуемая производительность (м³/ч) и давление (бар).
- Гигиенические требования: Необходимость сертификации 3-A, наличие CIP/SIP-функций, материал сертификатов.
- Материал шланга: Определяется совместимостью с продуктом и условиями эксплуатации. Ключевые параметры: химическая стойкость, диапазон температур, коэффициент трения, прозрачность.
- Конструкция насосной головки: Роликовая или башмачковая; количество обкатывающих элементов; простота замены шланга.
- Характеристики привода: Тип двигателя, класс защиты, возможность регулировки скорости (частотный преобразователь), необходимость реверсивного хода.
Классификация и технические характеристики
Пищевые перистальтические насосы классифицируют по нескольким ключевым параметрам.
По типу гибкого элемента:
Шланговые (промышленные): Используют толстостенные армированные шланги (рукава) с внутренним диаметром от 25 до 150 мм и более. Производительность может превышать 100 м³/ч.
По конструкции обкатывающего узла:
По гигиеническому исполнению:
Технические параметры (типовой диапазон для промышленных пищевых насосов)
| Параметр | Диапазон значений | Комментарий |
|---|---|---|
| Производительность (Q) | 0.1 – 150 м³/ч | Линейно зависит от скорости вращения ротора (при постоянном диаметре шланга). |
| Давление на выходе (P) | До 16 бар (типично 6-12 бар) | Ограничивается стойкостью шланга и прочностью корпуса. |
| Вязкость перекачиваемой среды | До 50 000 мПа·с и выше | Эффективны для высоковязких, неньютоновских и тиксотропных жидкостей. |
| Температура продукта | -20°C до +140°C | Определяется материалом шланга (например, силикон до +120°C, PTFE до +140°C). |
| Точность дозирования | ±0.5 – ±2% | Высокая повторяемость. Зависит от однородности продукта, износа шланга, стабильности напряжения. |
| Число роликов/башмаков | 2, 3, 4, 6 и более | Большее число снижает пульсацию потока и износ шланга, но увеличивает стоимость и сложность. |
Преимущества и недостатки в пищевых применениях
Преимущества:
Недостатки:
Области применения в пищевой промышленности
Перистальтические насосы используются на всех стадиях пищевого производства:
Критерии выбора пищевого перистальтического насоса
Выбор конкретной модели осуществляется на основе анализа технологического процесса:
Эксплуатация и техническое обслуживание
Основная задача ТО – контроль состояния и своевременная замена гибкого элемента. Ресурс шланга указывается в часах работы и зависит от условий. Признаки износа: снижение производительности, увеличение пульсаций, видимые следы постоянной деформации или трещины. Для санитарных применений критически важна правильная мойка и дезинфекция согласно процедурам, рекомендованным производителем насоса. Смазка подшипников роликов и, в башмачковых конструкциях, системы смазки трущейся пары, должна проводиться с использованием только разрешенных смазочных материалов. Регулярная проверка момента затяжки крепежных болтов, состояния ротора и корпуса также обязательна.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как рассчитать ресурс шланга в перистальтическом насосе?
Ресурс шланга (в часах) – величина прогнозируемая, но не гарантированная. Он зависит от давления, скорости вращения (частоты пережимов), температуры, химической и абразивной нагрузки. Производители предоставляют диаграммы зависимости ресурса от давления и скорости. Типичный ресурс промышленного рукава в пищевом применении составляет от 1000 до 3000 часов. Для точного дозирования критичных компонентов рекомендуется плановая замена по истечении расчетного времени, даже если видимых дефектов нет.
Чем отличается роликовая конструкция от башмачковой?
В роликовой конструкции ролики вращаются на подшипниках, пережимая шланг точечно. Это приводит к несколько большему износу, но конструкция проще и не требует смазки в зоне контакта. В башмачковой конструкции башмак скользит по внешней поверхности шланга, создавая протяженную зону контакта. Это уменьшает износ и пульсации, но требует системы принудительной смазки пространства между башмаком и шлангом для отвода тепла и снижения трения.
Можно ли использовать перистальтический насос для стерильных процессов?
Да, существуют модели, специально разработанные для асептических и стерильных процессов. Они имеют исполнение, допускающее стерилизацию паром (SIP – Sterilize-in-Place), используют шланги из специальных сортов силикона или PTFE, выдерживающие многократные циклы автоклавирования или обработку насыщенным паром под давлением. Все соединения выполняются как санитарные кламповые или Tri-Clamp.
Как бороться с пульсацией потока?
Для снижения пульсаций применяют несколько методов: увеличение числа роликов/башмаков в насосной головке (6 и более); использование сдвоенных головок с роторами, сдвинутыми по фазе на 90°; установка на линию нагнетания демпферов пульсаций (газовых или мембранных); применение частотного привода с функцией «сглаживания» путем программного управления разгоном/торможением. Для не самых критичных процессов иногда достаточно правильно подобрать длину и жесткость всасывающего/нагнетательного трубопровода.
Какой материал шланга выбрать для перекачки жиросодержащих продуктов?
Для растительных и животных жиров, масел рекомендуется использовать шланги из материалов, устойчивых к набуханию и экстракции. Хорошо подходят шланги из PTFE (тефлона), специальных марок EPDM (этилен-пропиленового каучука) или NBR (нитрильного каучука) с пищевым допуском. Следует избегать стандартного силикона для некоторых типов масел. Необходимо запрашивать у производителя шланга таблицы химической стойкости для конкретного продукта.
Каковы требования к электроприводу насоса во влажных и моечных зонах?
Электродвигатель перистальтического насоса, работающего в пищевом цехе, должен иметь класс защиты оболочки не ниже IP65 (защита от струй воды), а для зон с прямой мойкой под высоким давлением – IP66/IP67. Предпочтительны двигатели с нержавеющими валами и корпусом или с специальными коррозионно-стойкими покрытиями. Для регулируемых приводов частотные преобразователи также должны иметь соответствующее исполнение или размещаться вне зоны прямого воздействия влаги.