Насосы перистальтические промышленные

Промышленные перистальтические насосы: принцип действия, конструкция, применение и выбор

Промышленный перистальтический насос представляет собой тип объемного насосного оборудования, в котором перемещение жидкости осуществляется за счет последовательного пережатия гибкой трубки или шланга вращающимся ротором с обкатывающими роликами или башмаками. Этот принцип, имитирующий биологическую перистальтику, обеспечивает полную изоляцию перекачиваемой среды от внутренних узлов насоса, что определяет его ключевые преимущества и области применения.

Принцип работы и основные компоненты

Рабочий цикл перистальтического насоса состоит из трех фаз: захват, транспортировка и выталкивание. Ротор с установленными на нем обкатывающими элементами вращается внутри корпуса, прижимая эластичный шланг к внутренней поверхности сменной гильзы или корпуса. Образующаяся при этом замкнутая полость (серволяция) перемещается вдоль шланга от всасывающего патрубка к напорному. После прохождения обкатывающего элемента шланг, благодаря собственной упругости и эластичности, восстанавливает свою форму, создавая разрежение и обеспечивая подсос новой порции среды. Таким образом, среда контактирует исключительно с внутренней поверхностью шланга, что делает насос самовсасывающим и обеспечивает сухое хождение.

• Привод: Электродвигатель (чаще всего асинхронный трехфазный, реже однофазный или постоянного тока) с фиксированной или регулируемой частотой вращения. Может комплектоваться редуктором (цилиндрическим, червячным, планетарным) для снижения скорости и увеличения крутящего момента. Для точного дозирования применяются шаговые или серводвигатели.
• Ротор с обкатывающими элементами: Основной вращающийся узел. Ролики (обычно 2, 3 или более) или башмаки (скользящие башмаки в насосах с плоским прижимом) создают волну сжатия. Конструкция роликов включает подшипники (игольчатые, шариковые) для минимизации трения. Башмаковая конструкция характерна для насосов высокого давления.
• Шланг (трубка, рукав): Ключевой сменный элемент, определяющий химическую стойкость, температурный диапазон и ресурс насоса. Изготавливается из различных полимеров и эластомеров: натуральный каучук (NR), этилен-пропилен-диеновый каучук (EPDM), бутилкаучук (IIR), нитрильный каучук (NBR), гипалон (CSM), силикон, фторкаучук (FKM), термопластичные полиуретаны (TPU), политетрафторэтилен (PTFE). Выбор материала зависит от агрессивности среды.
• Гильза (статор, корпус шланга): Внешняя обойма, внутрь которой помещается шланг. Обеспечивает необходимую геометрию для его сжатия и восстановления. Может быть цельнометаллической, композитной или иметь сменные вставки. В насосах высокого давления часто оснащается системой смазки для отвода тепла и снижения износа шланга.
• Корпус насоса и уплотнения: Защищает внутренние механизмы от внешних воздействий. Сальниковые уплотнения вала предотвращают попадание пыли и влаги в приводной отсек. Исполнение может быть стандартным (IP54, IP55) или взрывозащищенным (Ex d, Ex e).

Классификация и технические характеристики

Промышленные перистальтические насосы классифицируются по нескольким ключевым параметрам.

По типу конструкции шланга/трубки:

• Насосы с трубкой (малого диаметра): Для малых и средних расходов (до 10-15 м³/ч), давлений до 16 бар. Используют сменные трубки, часто в кассетном исполнении для быстрой замены.
• Насосы с шлангом (большого диаметра): Для средних и высоких расходов (до 200 м³/ч и более), давлений до 25 бар и выше. Имеют усиленную конструкцию, часто с системой смазки шланга.

По количеству роликов:

• Двухроликовые: Более простая конструкция, выраженная пульсация потока.
• Трех- и многороликовые: Снижают пульсацию потока, увеличивают плавность хода и ресурс шланга.

По назначению:

• Насосы общего назначения: Для перекачивания суспензий, абразивных, вязких сред.
• Дозировочные насосы: С точным управлением (частотный преобразователь, шаговый привод) для дозирования реагентов.
• Насосы для пищевой и фармацевтической промышленности: В гигиеническом (EHEDG, 3-A) или санитарном (ASME BPE) исполнении.

Сравнительная таблица характеристик промышленных перистальтических насосов

Параметр	Диапазон значений	Комментарии
Производительность (подача)	От 0.01 до 200 м³/ч и более	Зависит от диаметра шланга и скорости вращения ротора.
Даление на выходе	До 25-32 бар (для шланговых), до 16 бар (для трубчатых)	Определяется жесткостью шланга, количеством роликов и конструкцией гильзы.
Вязкость перекачиваемой среды	До 100 000 мПа·с и выше	Высокая эффективность с неньютоновскими и тиксотропными жидкостями.
Температура среды	От -40°C до +140°C (зависит от материала шланга)	Силикон: -60°C до +180°C (кратковременно). EPDM: до +135°C.
Точность дозирования	±0.5% – ±2% (для дозировочных моделей)	Достигается при использовании шаговых/сервоприводов и компенсации износа шланга.
Самовсасывание	До 9.5 метров вод. ст.	Характерно для всех перистальтических насосов в сухом состоянии.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Изоляция среды: Перекачиваемая среда контактирует только с внутренней поверхностью шланга. Нет контакта с ротором, подшипниками, сальниками. Это исключает риск загрязнения среды и коррозии деталей насоса.
• Отсутствие уплотнений и сальников: Нет торцевых уплотнений вала, что устраняет утечки и необходимость их обслуживания.
• Самовсасывающая способность и сухой ход: Насос способен создавать высокий вакуум на всасывании и длительно работать без подачи жидкости без повреждений.
• Высокая надежность при работе с абразивными и вязкими средами: Абразивные частицы изолированы в шланге, отсутствуют зазоры и клапаны, подверженные заклиниванию.
• Легкость обслуживания: Единственная изнашиваемая деталь – шланг, замена которого производится быстро без демонтажа трубопроводов.
• Реверсивность и способность к опорожнению линии: Направление потока легко меняется реверсом двигателя. Насос может полностью осушить подающий трубопровод.
• Хорошая дозирующая способность: Объемная подача прямо пропорциональна скорости вращения, что обеспечивает точное метрологическое дозирование.

Недостатки:

• Ограниченный ресурс шланга/трубки: Является расходным материалом. Ресурс зависит от давления, скорости вращения, абразивности и химической агрессивности среды.
• Пульсация потока: Присуща принципу действия. Сглаживается увеличением количества роликов, использованием демпферов пульсаций на линии или применением сдвоенных головок со смещенными фазами.
• Ограничения по давлению: По сравнению с поршневыми или винтовыми насосами, максимальное давление, как правило, ниже.
• Ограничения по температуре: Определяются стойкостью эластомера шланга.
• Виброакустические характеристики: Могут создавать шум и вибрацию, особенно на высоких скоростях и при износе шланга.

Области применения в промышленности и энергетике

• Химическая и нефтехимическая промышленность: Дозирование и перекачивание коагулянтов, флокулянтов, кислот, щелочей, суспензий катализаторов, полимерных растворов, клеев, пигментов.
• Горнодобывающая и обогатительная промышленность: Перекачивание пульп, шламов, гидросмесей с высоким содержанием абразивных частиц, реагентов для флотации.
• Энергетика (ТЭС, АЭС, ВИЭ): Дозирование реагентов для водоподготовки (гипохлорит натрия, аммиак, гидразин, фосфаты), подача известкового молока в системы десульфуризации дымовых газов (FGD), перекачивание золошлаковых суспензий, дозирование ингибиторов коррозии и накипи.
• Целлюлозно-бумажная промышленность: Перекачивание волокнистых суспензий, шламов, клеев, красителей, каолиновых покрытий.
• Пищевая промышленность: Работа с продуктами, содержащими цельные частицы (ягоды, кусочки фруктов), тестом, шоколадом, дрожжевыми суспензиями, желатином.
• Очистка сточных вод: Дозирование коагулянтов (PACS, сульфат алюминия), флокулянтов, перекачивание осадка и избыточного активного ила, подача известкового молока для коррекции pH.

Критерии выбора промышленного перистальтического насоса

1. Характеристики перекачиваемой среды: Химический состав, концентрация, температура, плотность, вязкость (в том числе реологическое поведение), наличие абразивных частиц (размер, форма, концентрация), содержание твердых частиц.
2. Режим работы: Непрерывный или циклический. Для непрерывного режима критичен ресурс шланга и система охлаждения.
3. Требуемые параметры: Производительность (максимальная, минимальная, регулируемая), давление на выходе, высота всасывания, требуемая точность дозирования.
4. Материал шланга: Подбор по таблицам химической стойкости к конкретной среде с учетом температуры. Учитывается также абразивный износ и склонность к адгезии.
5. Конструкция насосной головки: Количество роликов (для снижения пульсации), наличие системы смазки шланга (для высоких давлений и длительного ресурса), простота доступа для замены.
6. Привод и система управления: Тип двигателя, класс защиты (IP), взрывозащита (Ex), способ регулировки (частотный преобразователь, редуктор с переключателем передач), интерфейсы для интеграции в АСУ ТП (4-20 мА, Profibus, Modbus).
7. Соответствие отраслевым стандартам: Для пищевой, фармацевтической промышленности – сертификаты 3-A, EHEDG, FDA. Для энергетики – соответствие требованиям по надежности и взрывобезопасности.

Особенности монтажа, эксплуатации и технического обслуживания

Монтаж должен предусматривать свободный доступ к насосной головке для замены шланга. На всасывающей линии рекомендуется установка фильтра для улавливания крупных частиц, способных заклинить шланг. На напорной линии для снижения пульсаций может устанавливаться гаситель (демпфер) пульсаций. Важно обеспечить соосность при соединении с приводом через муфту.

Эксплуатация требует контроля за степенью износа шланга. Современные насосы могут оснащаться датчиками износа, подающими сигнал на замену. Необходимо соблюдать рекомендованные производителем давления и скорости вращения. При работе с абразивами скорость следует минимизировать для увеличения ресурса.

Техническое обслуживание в основном заключается в периодической замене шланга и проверке состояния роликов/башмаков. Ролики должны вращаться свободно, без заеданий и люфта. В насосах со смазкой шланга необходимо контролировать уровень и качество смазочного масла. Приводной узел (редуктор, подшипники) обслуживается согласно инструкции производителя (замена масла, смазка).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как определить, что шланг требует замены?

Основные признаки: падение производительности насоса при тех же оборотах, увеличение пульсаций и вибрации, визуально заметное истончение стенки, трещины или вздутия на внешней поверхности, появление капель среды на внешней стороне шланга (протечка). Некоторые насосы имеют индикатор износа в виде выступа на внутренней гильзе – когда шланг стирается до этого выступа, необходима замена.

Можно ли использовать перистальтический насос для дозирования высокоагрессивных сред, таких как концентрированные кислоты?

Да, это одно из основных преимуществ. Для концентрированных кислот (серная, соляная) подбирается шланг из специальных материалов, например, PTFE (тефлон) или FKM (фторкаучук, Viton). Важно учитывать не только химическую стойкость, но и температуру, концентрацию, а также наличие абразивных примесей.

Как бороться с пульсацией потока?

Существует несколько методов: выбор насоса с тремя и более роликами; установка гидроаккумулятора (демпфера пульсаций) на напорной линии; применение сдвоенной насосной головки с роторами, смещенными на 90 градусов; использование частотного привода с функцией плавного пуска и остановки; проектирование трубопроводной обвязки с учетом гашения пульсаций (например, применение гибких вставок).

Какой ресурс у шланга и от чего он зависит?

Ресурс измеряется в часах работы и может варьироваться от 500 до 5000+ часов. Факторы, сокращающие ресурс: высокое рабочее давление, повышенная скорость вращения ротора, высокая температура среды, наличие абразивных частиц, химическая несовместимость материала шланга со средой, неправильный монтаж (скручивание, перегиб).

В чем разница между роликовой и башмаковой конструкцией?

В роликовой конструкции обкатывающие элементы вращаются на подшипниках, создавая точечное или линейное контактное давление. В башмаковой (или «плоско-прижимной») конструкции скользящие башмаки прижимают шланг к гильзе по всей ширине, создавая более плавную и протяженную серволяцию. Это позволяет работать на более высоких давлениях с меньшим износом шланга, но требует системы смазки для отвода тепла от трения.

Требуется ли защита от сухого хода для перистальтического насоса?

Нет, перистальтические насосы способны работать «всухую» без повреждений, так как отсутствует трение металлических деталей. Однако длительная работа без среды приводит к повышенному нагреву шланга от трения о ролики/гильзу, что может сократить его ресурс. Поэтому для экономии шланга в непрерывных процессах все же рекомендуется установка датчиков уровня или давления на всасывании.

Как осуществляется регулирование производительности?

Наиболее эффективный и точный способ – регулирование скорости вращения вала насоса с помощью частотного преобразователя (ЧП). Это обеспечивает широкий диапазон регулирования (до 1:100 и более для дозировочных моделей) и высокую линейность. Альтернативные методы: использование двигателей с механическим вариатором, замена шкивов ременной передачи, останов/пуск по сигналу таймера или импульсному сигналу (для дозирования).