адаптивное рабочее колесо - современное решение проблемы засорения гидравлики малых канализационных насосов.

gallery/2018-04-17_18-35-49
gallery/2018-04-17_18-36-21
gallery/2018-04-17_18-36-02

На рисунках показаны графики зависимости риска забивания рабочего колеса от размеров (горизонтальная шкала) и количества (вертикальная шкала) волокнистых (справа) и сферических (слева) загрязнений. Зеленым цветом показан минимальный риск забивания, красным повышенный риск забивания. Вверху традиционные типы рабочих колес канальное (слева) и вихревое (справа), внизу рабочее колесо типа "N" от компании "Flygt".

 

Забивание рабочего колеса – наиболее частая проблема при перекачивании канализационных сточных вод. Это особенно актуально для насосов с небольшими условными проходами. К последствиям проблемы забивания относятся повышение энергопотребления оборудования, частые ремонты, внезапные отказы и остановки в работе оборудования. Производители канализационных насосов находятся в постоянном поиске решения проблемы засорения гидравлики с сохранением высокой эффективности перекачивания.

Насосы с адаптивным N-импеллером могут быть установлены в насосных станциях как оборудованных, так и не оборудованных сорозадерживающими решетками или корзинами, перекачивая сточную воду от жилых и промышленных объектов, больниц, школ и т.д. Они также могут быть использованы для перекачивания промышленных стоков и ливневых сточных вод с высоким содержанием твердых и волокнистых включений. Конструкция N-гидравлики позволяет повысить устойчивость насоса к засорению снижая эксплуатационные затраты и непредвиденные расходы, а также повышая энергоэффективность перекачивания.

История решения проблемы.

На протяжении примерно 100 лет для решения проблемы засорения насосов инженеры компаний производителей насосов стремились к максимальному увеличению свободного прохода рабочего колеса насоса. На протяжении многих десятилетий основным применением насосов было перекачивание чистой воды, промышленных стоков и воды из шахт. Главными источниками засорения при этом были камни и другие твердые шарообразные включения.

Канализационные насосы, по аналогии с насосами для чистой воды, для снижения риска засорения оборудовались рабочими колесами с большим условным проходом. Однако, практика использования традиционных типов колес показала неэффективность их применения для перекачивания канализационных стоков. Традиционно применяют два типа конструкции рабочих колес: канальное рабочее колесо и вихревое рабочее колесо.

Канальное рабочее колесо может иметь два или три канала. Колесо канального типа достаточно эффективно для перекачивания чистой воды. Но конструкция канального импеллера склонна к засорению при перекачивании канализационных стоков.

Вихревое рабочее колесо находится в верхней части гидравлики, оно создает сильный вихрь, который и перекачивает жидкость вместе с мусором. Конструкция вихревого рабочего колеса имеет большой условных проход, но сравнительно низкую эффективность при перекачивании как чистой, так и загрязненной воды. Считается, что вихревое рабочее колесо не контактирует с загрязнениями и было высказано предположение, что данный тип колеса защищен от засорения. Однако, практика показала, что и вихревое рабочее колесо чувствительно к засорению также как и канальное.

Современная ситуация.

Исторически при решении проблемы засорении всё внимание уделялось крупным твердым загрязнениям, в то время как мягкими волокнистыми загрязнениями пренебрегали. С течением времени состав загрязнений в сточных водах изменился. В составе загрязнений стало присутствовать всё больше и больше волокнистых, мягких загрязнений и эта тенденция постоянно растет.

Детальные исследования и изучения показывают, что сегодняшние загрязнения сточных вод не содержат крупных шарообразных загрязнений с диаметром большим, чем может пропустить диаметр канализационных труб. Даже в том случае если такие загрязнения попадают в канализационную систему, они задерживаются в точках с низкой скоростью движения стоков и не достигают насосов.

Наиболее частыми загрязнениям в канализационных стоках являются удлиненные и волокнистые загрязнения. Постоянно нарастающая масса использования средств личной гигиены: тряпки, салфетки, подгузники, кухонные полотенца и другие волокнистые элементы становятся ежедневной головной болью персонала, обслуживающего насосные станции.

Вместо того, чтобы утилизировать средства личной гигиены с мусором, многие потребители смывают их в унитазе. Накапливаясь и перемещаясь по канализационным трубам, эти массы в конечном итоге бросают вызов насосам.

Опытным путем было продемонстрировано, что основной проблемой забивания рабочих колес насосов являются не шарообразные, а именно волокнистые элементы. Волокна наматываются на лопасти рабочих колес и не удаляются при вращении, а напротив продолжают нарастать, создавая большие комки загрязнений.

С течением времени нарастание становится настолько критичным, что свободный проход рабочего колеса значительно снижается и эффективность перекачивания катастрофически падает. Этот феномен получил название «мягкий засор» (Soft Stop) поскольку он не приводит к остановке работы насоса. Засоренный мягким засором насос будет продолжать работать, но способность перекачивания такого насоса будет значительно снижена.

Воздействие эффекта мягкого засорения будет выражаться в более продолжительном времени перекачивания по сравнению с чистым насосом. Кроме этого, возрастает потребление электроэнергии, повышается уровень вибрации, который в последствии приводит к быстрому выходу из строя торцевых уплотнений и подшипников.

В дополнение к возникшему мягкому засорению небольшие твердые элементы могут застревать между корпусом улитки насоса и рабочим колесом. Возникает дополнительное трение, заставляющее двигатель насоса подавать еще больший крутящий момент на рабочее колесо. Однажды ситуация достигает предела, двигатель перегревается, срабатывает защита от перегрева и насос останавливается, возникает ситуация жесткого засорения (Hard Stop). Жесткая остановка может возникнуть также и в том случае, если количество волокон превышает предел мощности двигателя. Самым негативным последствием является необходимость вызова аварийной бригады для демонтажа насоса из насосной станции, очистки насоса, обратного монтажа и перезапуска насоса.

Традиционные импеллеры.

За последние несколько десятилетий были проведены различные исследования и испытания, а также получены полевые данные с сотен и даже тысяч площадок применения канализационных насосов. Сочетание исследований и опыта реальных применений доказали, что упрощенная логика увеличения свободного прохода рабочего колеса является неэффективной и вводит инженеров в заблуждение. Однако, до сих пор показатель свободного прохода импеллера повсеместно присутствует в спецификациях и опросных листах при заказе канализационных насосов.

Канальное рабочее колесо.

Канальная гидравлика разработана для достижения лучшего сопротивления засорению в точке наивысшего КПД (BEPBest Efficiency Point) насоса. Таким образом, чем дальше реальная рабочая точка от «BEP», тем выше вероятность засорения. Тем не менее, засорение канального колеса волокнами полностью исключить невозможно, и по мере накопления загрязнения на рабочем колесе рабочая точка насоса будет всё больше отклоняться от «BEP», тем самым снижая и сопротивление канального рабочего колеса засорению.

При появлении засорения специфичный дизайн канального колеса, а также тот факт, что колесо никогда идеально не сбалансировано, приводит к разбалансированию импеллера и повышению радиальной силы, которая передает значительную нагрузку на вал и подшипники повышая вибрацию и шум. Эти явления в конечном итоге приведут к повышению потребления электроэнергии, быстрому износу вращающихся элементов и сокращению общего срока службы оборудования.

Вихревое рабочее колесо.

Считается, что вихревое рабочее колесо не засоряется так как не контактирует с загрязнением. Однако мнение о том, что рабочее колесо вихревого типа находится вне перекачиваемой среды является ошибочным. На самом же деле вихревое рабочее колесо является центробежным, и энергия рабочего колеса, как в любом центробежном насосе, передается перекачиваемой жидкости через лопатки импеллера при их прямом контакте.

Вихревое рабочее колесо также чувствительно к мягкому засору, как и канальное рабочее колесо. Кроме того, вихревые насосы имеют тенденцию собирать и накапливать волокна на рабочем колесе, так как отсутствует элементы, препятствующие этому явлению.

Современный дизайн.

Исследования и испытания показали, что проблема засорения рабочих колес центробежных насосов вызвана в первую очередь отсутствием решения для удаления накопившихся/намотавшихся волокон. В классических рабочих колесах нет элемента, который бы выталкивал и удалял мусор с вращающегося колеса.

С учетом данных результатов была разработана гидравлика «N». Рабочее колесо «N» оснащенное системой самоочищения, состоящей из обратно направленных лопастей рабочего колеса с закаленными кромками и рельефной канавки на корпусе насоса. Гидравлика «N» стала решением проблемы с засорами. Рабочее колесо «N» не нуждается в большом свободном проходе и может быть выполнено с несколькими лопастями, что позволяет снизить радиальную силу, улучшить балансировку и повысить эффективность перекачивания.

«N» технология самоочистки работает следующим образом:

  1. Лопасти «N» колеса обратно направлены, благодаря чему, они сметают загрязнения от центра импеллера к внешнему краю вставного кольца корпуса насоса.
  2. Рельефная канавка, расположенная на вставном кольце, работая совместно с лопастями импеллера, направляет загрязнения от рабочего колеса насоса.
  3. Небольшой направляющий штифт захватывает длинные волокна, застрявшие рядом с втулкой рабочего колеса, и помогает лопастям импеллера выталкивать загрязнения наружу. Риск блокировки рабочего колеса сводится к минимуму.

Благодаря способности к самоочищению рабочее колесо типа «N» обеспечивает устойчивую работу без засорений и незапланированных остановок, повышается эффективность и снижается энергопотребление.

В отличие от канального колеса, способность к самоочищению «N» гидравлики основано на механических принципах и не зависит от рабочей точки, в которой работает насос. Насос работает одинаково эффективно в любой рабочей точке на кривой, в том числе с использованием частотно регулируемого привода. Использование частотно регулируемого привода позволяет дополнительно экономить энергию, повышая эффективность работы насоса.

Развитие самоочищающейся гидравлики.

Обычные погружные насосы приводятся в действие от электродвигателя. Импеллер погружного насоса установлен непосредственно на валу двигателя. Когда электрический ток поступает в обмотки двигателя вал начинает вращаться и передает вращение рабочему колесу. Двигатель генерирует крутящий момент, величина которого пропорциональна мощности двигателя. Чем мощнее электродвигатель, тем больший крутящий момент он способен создать.

Как описывалось выше, конструкция рабочего колеса «N» и ответной вставки с разгрузочной канавкой в корпусе насоса очищает гидравлику проталкивая мусор по рельефной канавке. Зазор между рабочим колесом и ответной частью в корпусе насоса очень мал и составляет десятые доли миллиметра. При таком плотном взаимодействии возникает дополнительное трение, и загрязнение действует на рабочее колесо как тормоз, повышая нагрузку на двигатель. Для преодоления этого трения двигатель должен обеспечить дополнительный крутящий момент. Если мощности двигателя недостаточна, то насос остановится. Эта ситуация особенно актуальна для малых насосов с двигателями небольшой мощности. Малые насосы обычно не обладают достаточным запасом мощности для создания необходимого крутящего момента и выталкивания загрязнений из гидравлики.

Для решения этой проблемы было создано адаптивная гидравлика «N».

Адаптивная «N» технология.

В адаптивной технологии импеллер насоса закреплен на валу не жестко и может двигаться в осевом направлении вверх и вниз. Это движение позволяет увеличить зазор рабочего колеса при необходимости. Благодаря возможности увеличения зазора тряпки и крупный мусор могут проходить через импеллер, не создавая дополнительной нагрузки на двигатель.

Адаптивное рабочее колесо большую часть времени работает как обычный импеллер. Но при необходимости рабочее колесо перемещается вверх вдоль вала двигателя пропуская, попавшее в насос крупное загрязнение. Импеллер находится в движении всего доли секунды и этот эффект не создает значительного влияния на общую эффективность работы насоса.

Кроме этого, при увеличении зазора снижается нагрузка на вал, подшипники и торцевое уплотнение, тем самым повышается срок службы этих элементов.

В итоге, при использовании адаптивной гидравлики снижается риск перегрузки двигателя насоса от повышенного трения при перекачивании крупного мусора. В конечном итоге повышается эффективность и надежность эксплуатации и снижается стоимость владения насосом.

gallery/e-and-e-flygt-e-and-econtentdetail-secondary-adaptiven-1170x510