Насоси для молока і молочних продуктів: технічні вимоги до насосів, методика підбору

У процесі перекачування і переробки молока і молочних продуктів дуже важливо забезпечити максимальне збереження всіх корисних складових. Тому вимоги до процесів у молочній індустрії неухильно зростають одночасно з підвищенням якості продукції і рентабельності виробництва.

Тип і розмір насоса слід вибирати з урахуванням наступних параметрів:

• продуктивність
• тип середовища
• в'язкість
• щільність
• температура
• тиск у системі
• матеріал проточної частини насоса

Основні типи насосів, які застосовуються в молочній промисловості - відцентрові, водокільцеві і об'ємні насоси. Ці три типи мають різні застосування.

Відцентрові насоси найбільш широко використовуються в молочній промисловості. Відцентровий насос, показаний на рисунку 1, в основному використовується для продуктів з низькою в'язкістю, але він не може впоратися з сильно газованими рідинами. У разі високого вмісту повітря в рідині використовується водокольцевой насос. Об'ємний насос використовується для дбайливого перекачування і високої в'язкості.

Всмоктуючий трубопровід

Насос повинен бути встановлений якомога ближче до резервуару або іншого джерела, з якого рідина буде перекачуватися і з мінімальною кількістю вигинів, наскільки це можливо у всмоктувальній лінії. Також всмоктувальний трубопровід повинен бути досить великого діаметра, щоб максимально знизити ризик кавітації.

Напірний трубопровід

Будь-дросельний клапан повинен бути встановлений на лінії подачі і якщо можливо, то й разом з зворотнім клапаном. Дросельний клапан використовується для регулювання витрати насоса. Зворотний клапан захищає насос від гідравлічного удару і запобігає зворотне перетікання рідини після зупинки насоса. Оптимальне місце для зворотного клапана знаходиться між насосом і дросельним клапаном.

Кавітація

Кавітація - це фізичне явище, здатне з часом руйнувати внутрішні частини насоса. Кавітація в насосі виникає, коли тиск у всмоктувальній магістралі занадто мало щодо тиску парів рідини. Тенденція до кавітації збільшується при вивантаженні в'язких або летючих рідин. Кавітація в насосах призводить до зменшення напору та ефективності перекачування. При кавітації насос поступово зупиняється. Кавітація може бути виявлена потрескивающим звуком в насосі, коли чутно, як бульбашки повітря з силою розбиваються об внутрішні стінки насоса.

Як уникнути кавітації - загальне правило успіху:

• Низький гідравлічний опір у всмоктуючому трубопроводі (великий діаметр труби, коротка усмоктувальна труба, мала кількість клапанів, труб, колін і тд)
• Хороший підпір на вході, наприклад, високий рівень рідини над насосом
• Низька температура рідини

Напір (тиск)

При виборі насоса слід пам'ятати, що тиск H в блок-схемі - це:
або напір насоса, коли рідина сама затікає в насос (без особливих зусиль на всмоктування);
або тиск на виході.

Щоб отримати фактичний тиск після насоса, необхідно також враховувати умови на стороні всмоктування насоса. Якщо там вакуум на всмоктувальній лінії, то насос повинен зробити частину своєї роботи, щоб рідина заповнила його. Тоді тиск на виході буде нижче, ніж вказано в таблиці.

З іншого боку, якщо лінія всмоктування затоплена, то насоса потрібно менше зусиль на подолання необхідного напору, т. к. вхідний тиск вже є і вихідний тиск буде вище, ніж показано на діаграмі.

NPSH (підпір на вході)

При плануванні установки насоса важливо враховувати, щоб всмоктуючий трубопровід підводився таким чином, щоб насос не кавитировал.

NPSH насоса - це необхідний надлишковий тиск вище тиску парів необхідної рідини, щоб уникнути кавітації. Це називається NPSHreq.

Перед тим, як це можна буде використовувати, доступний NPSH у всмоктувальній лінії в переважній умови експлуатації повинен бути розрахований. Цей показник, NPSHav, повинен дорівнювати або перевищувати необхідний NPSH, значення якого вказано на графіку.

Ця формула використовується для обчислення NPSHav в системі:

Pa = бар тиск в абс на поверхні рідини

Pv = тиск пари в абс. Абс.

Dr = відносна щільність

Hs = висота всмоктування в метрах

Hfs = падіння тиску в лінії всмоктування, метри стовпа рідини

Зверніть увагу, що hs негативно для всмоктувального підйому і позитивно для вхідного тиску.

Ущільнення валу

Ущільнення валу часто є найбільш чутливим компонентом насоса, оскільки воно має ущільнювати область між рухомою частиною (робочим колесом або валом) та нерухомою частиною (корпус насоса).

Зазвичай використовується механічне ущільнення. Обертове кільце має ущільнювальну поверхню з ламелями, яка обертається проти нерухомого ущільнювального кільця.

Між ущільнюючими поверхневими шарами утвориться рідка плівка. Плівка змащує ущільнення і запобігає прямий контакт між двома ущільнювальними кільцями.

Це означає мінімальний знос і довговічність ущільнення. Якщо насос працює всуху, ця плівка в ущільненні руйнується і знос в ущільнювальних кільцях збільшується.

Торцеве ущільнення зазвичай збалансовано. Це означає, що він нечутливий до тиску в насосі. Санітарно-механічне ущільнення не вимагає регулювання і не викликає зношування вала. Воно доступне в одинарної версії або з промиванням.

Відцентрові насоси

Принцип перекачування:

Рідина, яка надходить у насос, направляється в центр (очей) робочого колеса і починає круговий рух до лопатями робочого колеса, як показано на рис. В результаті відцентрової сили руху робочого колеса рідина залишає крильчатку набираючи тиск і швидкість вище, ніж у крильчатки робочого колеса.

Швидкість частково перетворюється на тиск в корпусі насоса перед тим як покидає насос через вихідний патрубок. Лопаті крильчатки утворюють канали в насосі. Лопаті крильчатки зазвичай вигнуті назад, але можуть бути прямими в невеликих насосах.

Управління потоком

Рідко можна вибрати стандартний насос, який відповідає необхідної продуктивності на 100%. Тому необхідно адаптуватися наступним чином:

• дроселювання - дуже гнучкий, але неекономічний
• зменшення діаметра робочого колеса - менш гнучкий, але більш економічний
• контроль швидкості - гнучкий і економічний

Три цих альтернативи буде показано нижче на малюнку.

Дроселювання

Найпростіше управління потоком - це встановити дросельний клапан в трубопроводі на виході після насоса. Потім можна точно відрегулювати насос до необхідного тиску і витрати. Це правильний метод, якщо насос використовується для зміни тиску і витрати.

Недоліком є те, що дроселювання є неекономічним коли тиск і витрата постійні.

Дроселювання може здійснюватися з допомогою діафрагм в трубі, за допомогою ручних або автоматичних регулюючих клапанів або механічним регулятором потоку, який часто встановлюється у лініях обробки молока.

Зменшення діаметра імпелера

Друга зверху крива на графіку малюнка виходить за рахунок зменшення діаметра оригінального робочого колеса D до зменшеного D1. Новий діаметр D1 можна грубо визначити, провівши пряму лінію від O на графіку через необхідну робочу точку А до стандартної кривої для робочого колеса діаметром D. Вважати тиск H і потрібне нове тиск H1. Новий діаметр робочого колеса D1 визначається за формулою:

Сама економічна установка насоса виходить, якщо діаметр робочого колеса зменшити до діаметра D1. Більшість діаграм насосів мають декілька кривих для різних діаметрів робочих коліс.

Контроль швидкості

Зміна швидкості змінить відцентрову силу, створювану робочим колесом. Тоді тиск і потужність також зміняться - вгору для більш високої швидкості і вниз для більш повільної. Регулювання швидкості - найбільш ефективний спосіб регулювання насоса.

Зміна швидкості імпелера завжди точно відображає зміну продуктивності насоса, а отже і споживання енергії та вплив на рідину.

Перетворювач частоти може використовуватися разом зі стандартними трифазними двигунами. Вони доступні для ручного або автоматичного керування потоком і тиском.

Більшість відцентрових насосів розраховані на 50 Гц, що означає 3000 об / хв (Оборотів в хвилину) для двополюсного двигуна. Джерела живлення в деяких країнах працюють на частоті 60 Гц, що означає, що швидкість збільшується на 20% до 3600 об / хв.

Напір і тиск

Напір в метрах рідинного стовпа не залежить від щільності рідини. Однак щільність має велике значення для тиску нагнітання і споживання енергії.

Якщо насос і в'язкість рідини однакові в різних випадках, колонка рідини буде піднята на ту ж висоту (10 метрів в прикладі), незалежно від щільності.

Напір насоса в метрах водяного стовпа буде той же. Однак, оскільки щільність - маса рідини змінюється, то і показання манометра також можуть відрізнятися, див. приклади на рис.

Зауваження! У графіках насосів, напір завжди вимірюється в метрах стовпа рідини та споживання потужності по воді з щільністю 1,0. Це означає, що при перекачуванні рідин більш високої щільності, потужність на графіку повинна бути помножена на щільність.

A. Перекачування води з відносною щільністю = 1,0

10 м стовпа рідини = 10 м водяного стовпа = 1,0 бар

Ст. Перекачування цукрового сиропу з відносною щільністю = 1,2

10 м стовпа рідини = 12 м водяного стовпа = 1,2 бар

С. Перекачування спирту з відносною щільністю = 0,8

10 м стовпа рідини = 8 м водяного стовпа = 0,8 бар

Тиск насоса в метрах водяного стовпа, отже, виходить, якщо тиск в метрах стовпця рідини множиться на відносну щільність. Насос повинен більше працювати з більш важкою рідиною, ніж з більш легкою.

Необхідна потужність змінюється пропорційно щільності. Якщо у прикладі А для цього потрібно 1 кВт, тоді в прикладі потрібно вже 1,2 кВт, а в прикладі З усього 0,8 кВт.

Рідини з високою в'язкістю створюють більш високий опір потоку, ніж рідини більш низької в'язкості. Коли перекачуються рідини з високою в'язкістю, швидкість потоку і напір зменшуються, а споживана потужність зростає через збільшення опору потоку в області крильчатки і корпусу насоса.

Відцентрові насоси можуть перекачувати рідини з відносно високою в'язкістю, але вони не рекомендуються для вязкостей, значно перевищують 500 сПз, оскільки споживана потужність різко піднімається вище цього рівня.

Джерело: https://pumpunion.ru/articles/?milk-pumps