QY Самовсасывающие вихревые насосы-флотаторы
Когда возникает необходимость одновременно перекачивать загрязнённую жидкость и насыщать её мелкими пузырьками воздуха, обычное центробежное оборудование оказывается бесполезным. В такой ситуации на помощь приходят вихревые самовсасывающие агрегаты серии QY, которые конструктивно объединены с функцией флотации.
Подобные устройства создают внутри рабочей камеры интенсивное вращение среды, что позволяет эффективно смешивать жидкую фазу с газом без отдельного аэрационного узла.
Принцип действия такого механизма основан на передаче энергии потоку через рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. В отличие от центробежных собратьев, вихревая схема генерирует гораздо более высокий напор при тех же габаритах колеса и частоте вращения.
Для самовсасывания здесь используется специальная камера, где остаточный объём жидкости после остановки не даёт воздуху проникнуть в рабочую зону, и при повторном запуске агрегат захватывает среду с глубины до 5–6 метров.
Корпус флотатора QY изготавливают из серого чугуна марки СЧ20, а для кислотных или солёных стоков предусмотрена версия из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Рабочее колесо отливают из износостойкой бронзы БрОЦС 5-5-5 или из армированного полиамида с содержанием дисульфида молибдена, что снижает истирание при наличии мелких абразивных частиц.
Торцевое уплотнение здесь имеет графито-керамическую пару, которая выдерживает температуру до 110°C, но при попадании песка крупнее 0,3 мм ресурс падает с 4000 до 800 часов.
Типичная модель с патрубками DN50 на входе и DN40 на выходе при 2900 об/мин создаёт производительность 25 кубометров в час и напор 45 метров водяного столба. Потребляемая мощность двигателя в этой точке составляет 7,5 кВт, а ток в трёхфазной сети 380 В достигает 15 ампер.
Для реализации флотационного эффекта в корпусе предусмотрено отверстие для подсасывания атмосферного воздуха, которое регулируется игольчатым дросселем – так объём вводимого газа составляет от 8 до 25% от расхода жидкости.
При подборе подобного агрегата для очистных сооружений следует обращать внимание на два ключевых параметра: максимальный размер твёрдых включений и вязкость среды. Производитель допускает волокнистые примеси длиной до 15 мм, но круглые частицы диаметром более 2 мм вызывают заклинивание вихревого канала.
В случае вязкости выше 200 сСт эффективность самовсасывания резко падает, и агрегат приходится запускать с предварительной заливкой кожуха.
Установка флотатора QY требует горизонтальной площадки с уклоном не более 0,5 градуса, чтобы ось вала оставалась параллельной полу. Всасывающий трубопровод должен быть абсолютно герметичен – любая микротрещина превращает нормальную работу в бесполезное перемешивание из-за потери разрежения.
Для длинной всасывающей линии до 10 метров используйте трубы диаметром на ступень больше, чем входной патрубок, иначе падение давления превысит 0,3 бара, и высота всасывания упадёт до 2 метров.
Вихревая камера флотатора создаёт перепад давления до 6 атмосфер, что позволяет поднимать смесь на высоту 60 метров без промежуточных ступеней. Но высокая скорость вращения потока (окружная скорость на периферии колеса достигает 22 м/с) провоцирует кавитацию при температуре перекачиваемой воды выше 50°C.
Для горячих стоков до 90°C снижайте частоту вращения до 1450 об/мин – тогда напор упадёт до 18 метров, зато пузырьки пара не разрушат лопатки за неделю.
Материал уплотнительных колец в конструкции – фторкаучук или этилен-пропиленовый каучук, каждый из которых стоек к маслам и щелочам. При контакте с бензином или растворителями фторкаучук разбухает за 300 часов, поэтому для нефтепродуктов заказывайте кольца из перфторэластомера.
Регулировка воздушного клапана выполняется по визуальному контролю факела на выходе – струя должна быть молочно-белой без крупных пузырей, иначе эффективность флотации снижается вдвое.
Для очистки сточных вод животноводческих ферм применяют насосы QY с увеличенным зазором между рабочим колесом и корпусом до 0,7 мм, что позволяет пропускать навозные частицы до 5 мм. Плата за такую модификацию – падение максимального напора на 12% и рост энергопотребления на 8% из-за увеличения внутренних перетечек.
В пищевой промышленности, где требуется перекачивать фруктовые выжимки с воздухом, используют флотаторы с корпусом из полированной стали и съёмной камерой для санитарной обработки паром при 130°C.
Монтаж обратного клапана на всасывающей линии обязателен, когда агрегат работает в автоматическом режиме с частыми остановками. Без этого клапана столб жидкости высотой 4 метра продавит торцевое уплотнение в обратную сторону, и при следующем пуске сальник потечёт.
Для вертикального всасывающего патрубка длиннее 3 метров используйте ножевую заслонку вместо шарового крана – она создаёт меньше гидравлического сопротивления.
При работе с абразивными суспензиями, где содержание кварцевого песка достигает 5 г/л, ресурс бронзового колеса составляет всего 1200 часов. Выходом становится установка протекторного покрытия из карбида кремния, наносимого плазменным напылением – такая обработка увеличивает срок службы до 5000 часов, но стоимость запчасти возрастает втрое.
Контролировать степень износа можно по току двигателя: при увеличении потребления на 12% относительно паспортного значения колесо подлежит замене.
Воздушная линия флотатора должна быть оснащена фильтром тонкой очистки с ячейкой 50 микрон, иначе попавшая внутрь пыль блокирует дроссельный игольчатый узел за 100 часов работы. Давление атмосферного воздуха на всасывающем штуцере не должно превышать 0,15 атм – избыток газа срывает вихревое движение, и смесь перестаёт подниматься.
Для систем с принудительной подачей кислорода устанавливайте редуктор, понижающий давление до 0,03–0,05 атм сверх атмосферного.
В случае перекачки жидкостей с температурой ниже -5°C, например рассолов, заказывайте исполнение с двойным торцевым уплотнением и подогреваемой камерой. При минус 10°C обычная графито-керамическая пара разрушается из-за разницы коэффициентов теплового расширения, и замена потребуется уже через 50 часов.
Производитель QY предлагает вариант с резиновыми сильфонами из силикона, работоспособный до -40°C, но максимальный напор такой модификации ограничен 25 метрами.
Чтобы получить стабильную флотацию с размером пузырьков 30–80 микрон, выдерживайте окружную скорость колеса в диапазоне 18–20 м/с. При 22 м/с пузырьки дробятся до 10 микрон, но резко растёт кавитационный шум и падает КПД с 42% до 28%.
Если же скорость падает ниже 15 м/с, в струе появляются пузыри диаметром 300–500 микрон, которые быстро поднимаются на поверхность, не захватывая взвесь.
Диаметр выходного патрубка после флотатора должен быть минимум на 20% больше, чем у нагнетательного отверстия самого насоса. Это предотвращает образование воздушных пробок в трубопроводе, когда смесь расслаивается на участках с горизонтальным уклоном менее 1 градуса на метр.
Для труб длиннее 30 метров предусматривайте через каждые 5 метров воздушные краны для стравливания скопившегося газа.
Ресурс подшипниковых узлов в агрегатах QY с частотой вращения 2900 об/мин составляет при нормальной нагрузке 25000 часов, если радиальное биение вала не превышает 0,03 мм. При перекачке абразивных сред дисбаланс возрастает из-за неравномерного износа колеса, и уже через 6000 часов вибрация достигает 4,5 мм/с – после этого шарикоподшипники заменяют.
Используйте вибродатчик с порогом 3,5 мм/с, чтобы вовремя заметить критический износ.
Для пульпы с pH от 2 до 5 стандартный чугунный корпус не подходит – кислоты выщелачивают графит из структуры металла за 400 часов. В таких средах заказывайте флотатор из дуплексной стали 2205, которая сохраняет прочность до 200°C и не боится соляной кислоты концентрацией до 8%.
Цена корпуса из такой стали выше в 2,7 раза, но срок службы возрастает с полугода до пяти лет даже при непрерывной работе.
Производительность вихревого самовсасывающего агрегата при подъёме смеси на высоту 15 метров падает на 23% относительно нулевой геодезической отметки. Это происходит из-за того, что пузырьки воздуха расширяются при снижении давления, занимают больший объём и уменьшают массовую долю жидкости в камере.
Чтобы компенсировать эффект, уменьшайте подачу воздуха дросселем на всасывающей линии до тех пор, пока выходной напор не вернётся к расчётным 85% от исходного значения.
При работе с легковоспламеняющимися жидкостями, вроде спиртов или ацетона, стандартные флотаторы QY не применяются из-за искрообразования при трении лопаток о корпус. Для таких задач существует модификация с колесом из латуни ЛС59-1 и алюминиевым корпусом, где расстояние между трущимися деталями увеличено до 0,9 мм.
Однако максимальные обороты для взрывобезопасного исполнения ограничены 1450 об/мин, что снижает напор до 22 метров и производительность до 12 кубометров в час.
Давление на выходе из вихревой камеры при закрытой задвижке не должно превышать 8 бар, иначе корпус из чугуна даст трещину по литейному шву. Для гидравлических испытаний используйте давление 12 бар с выдержкой 2 минуты, но только при температуре окружающей среды выше +5°C – хрупкий чугун при минусе разрушается без остаточных деформаций.
Предел текучести нержавеющего корпуса достигает 25 бар, поэтому для систем с частыми гидроударами предпочтительнее стальная версия.
