Шнековый (винтовой) насос: устройство, статор из резины и износ

Шнековый насос узнают по длинному корпусу: от приводного двигателя через корпус с всасывающим патрубком к цилиндрическому статору с нагнетательным патрубком на конце. Внутри статора вращается винт с одним заходом, а полость статора имеет два захода и шаг вдвое больше. Винт катится по стенке статора с эксцентриситетом, и между ними образуются замкнутые камеры, которые движутся вдоль оси, перенося жидкость без перемешивания и пульсаций.

Винт и статор образуют движущиеся камеры

Ротор насоса делают из стали, обычно нержавеющей, с твёрдым хромовым покрытием или наплавкой. Статор состоит из стальной трубы-обоймы, внутрь которой отлита и привулканизована резина с профилем двухзаходного винта. Ротор вставлен в статор с натягом: резина обжимает его по линии контакта, и камеры отделены друг от друга без зазора.

Ротор совершает сложное движение: вращается вокруг своей оси и одновременно описывает окружность с радиусом, равным эксцентриситету. Поэтому вал привода соединён с ротором не напрямую, а через карданный вал или гибкий торсион. Шарниры кардана закрыты резиновыми чехлами-манжетами и работают в смазке, отделённой от перекачиваемой жидкости.

Число ступеней определяет давление: каждый шаг статора отделяет одну камеру, и одна ступень держит около 0,6 МПа на жидкостях средней вязкости, это ориентир по каталогам. Насосы на 1,2 и 2,4 МПа имеют статор в два и четыре раза длиннее.

Подачу считают по эксцентриситету, диаметру и шагу

Объём, который одновинтовой насос перекачивает за оборот, равен 4 · e · D · T, где e эксцентриситет, D диаметр ротора, T шаг статора. Пример: e = 10 мм, D = 60 мм, T = 240 мм дают 4 · 0,01 · 0,06 · 0,24 ≈ 0,000576 м³, то есть 0,58 л за оборот. При 300 об/мин теоретическая подача составит около 173 л/мин или 10,4 м³/ч.

Фактическая подача меньше на перетечки, и они растут с износом. Пока натяг есть, перетечки малы, и подача почти не зависит от давления. Когда резина статора изношена и натяг пропал, жидкость перетекает через линии контакта, подача падает тем сильнее, чем выше давление на выходе. Это и есть главный признак износа пары: на малом давлении насос качает почти как новый, на рабочем подача заметно ниже паспортной.

Шнековый насос качает вязкие жидкости и осадки

Шнековый насос для вязких жидкостей выбирают, когда центробежный не справляется: мёд, патока, сгущёнка, фарш, творожная масса, масла, клеи, краски, полимерные дисперсии, нефтешламы, осадки очистных сооружений, бетонные и штукатурные смеси, буровой раствор. Насос работает на вязкостях в сотни тысяч сантипуаз, но для них снижают обороты, чтобы камеры успевали заполняться.

Для очень густых продуктов, которые сами в насос не затекают, ставят насосы с открытым бункером и шнеком-питателем на валу: шнек проталкивает массу во всасывание статора. Такие исполнения работают на фарше, осадке после обезвоживания, глине. Для маловязких продуктов с кусочками иногда выгоднее импеллерный насос: он короче, проще и меняет направление потока.

Статор изнашивается от абразива, сухого хода и набухания

Резина статора работает в трёх тяжёлых условиях сразу: трение по ротору, абразив в жидкости и химическое действие среды. Износ проявляется по-разному. Абразив ровно стирает поверхность статора и хром ротора, натяг уменьшается, подача падает постепенно. Сухой ход оставляет на резине оплавленные участки и трещины, иногда отслоение резины от обоймы. Набухание в неподходящей жидкости увеличивает натяг, насос греется, ток двигателя растёт, затем резина рвётся.

Температура влияет на натяг отдельно: резина расширяется сильнее стали, и статор, рассчитанный на 20 °C, при 70 °C обжимает ротор сильнее. Изготовители насосов выпускают роторы разного диаметра для холодных и горячих продуктов. Поэтому при заказе статора называют не только жидкость, но и её рабочую температуру и температуру мойки. Как жирность продукта и мойка влияют на резину пищевых насосов, видно по уплотнениям пищевых насосов, а для статора к этому добавляется натяг.

Как понять, что статор шнекового насоса изношен?

Статор шнекового насоса изношен, если подача падает при росте давления на выходе, хотя при малом давлении насос качает почти как новый. На снятом статоре видны выработка профиля, трещины или оплавленные участки, на роторе потёртость покрытия. Рост тока двигателя и тугое вращение говорят о другом: резина набухла или перегрета. Решение принимают после замера ротора и осмотра статора.

Схема диагностики разводит причины по симптомам

Схема выше показывает порядок рассуждения. Первый вопрос о подаче: если она падает при росте давления, изношена пара ротор-статор, и тогда меряют диаметр ротора, чтобы понять, достаточно ли нового статора. Если подача в норме, но растёт ток двигателя и насос греется, проверяют совместимость резины с жидкостью и температуру. Если и подача, и ток в норме, а насос течёт, причина в уплотнении вала или кольцах соединений.

Ротор меняют вместе со статором, если его покрытие стёрто до основы или диаметр уменьшился сверх допуска изготовителя. Новый статор на изношенном роторе даст неполный натяг и короткий ресурс.

Резину статора выбирают по жидкости и абразиву

Для статоров применяют несколько групп резин. Нитрильная NBR работает на маслах, жирах, нефтешламах и большинстве пищевых продуктов с жиром. EPDM выбирают для горячей воды, щелочных моек и продуктов без масел. Натуральный каучук лучше других держит абразив в водных суспензиях: осадки, известковое молоко, керамические шликеры. Фторкаучук FKM ставят на растворители и агрессивную химию, где остальные резины набухают. Это ориентир для марок общего назначения, конкретную смесь и натяг фиксируют в КП.

Твёрдость резины статора тоже подбирают: мягкая лучше уплотняет и держит абразив, твёрдая дольше служит на высоком давлении и меньше деформируется. Если в жидкости одновременно масло и абразив, выбирают компромиссную смесь, и её ресурс проверяют на первом статоре.

Из какой резины делают статор шнекового насоса?

Статор шнекового насоса делают из нитрильной резины NBR для масел, жиров и нефтепродуктов, из EPDM для горячей воды и щелочных моек, из натурального каучука для абразивных водных суспензий и из фторкаучука FKM для растворителей и агрессивной химии. Марку выбирают по жидкости, температуре и абразиву, а натяг ротора по статору рассчитывают с учётом набухания и нагрева резины.

Шарниры и уплотнение вала изнашиваются отдельно от статора

Кроме статора, в насосе работают другие резиновые детали:

• чехлы, или манжеты, карданных шарниров, которые удерживают смазку и не пускают внутрь продукт;
• уплотнение вала: торцевое уплотнение или сальниковая набивка;
• кольца и прокладки между корпусом всасывания, статором и нагнетательным патрубком;
• манжеты подшипникового узла привода.

Разрыв чехла шарнира обнаруживают поздно: продукт вымывает смазку, палец шарнира и втулки изнашиваются, появляется стук. Чехлы меняют при каждой замене статора, когда кардан всё равно разобран.

Статоры и детали насоса изготавливают по обойме и образцу

Наша компания производит детали для ремонта шнековых насосов по чертежу, эскизу, фото или образцу: перезаливку статоров с привулканизацией резины к металлу обоймы, чехлы шарниров, манжеты подшипниковых узлов, кольца и прокладки соединений. Для статора нужна форма под профиль, поэтому первый заказ включает оснастку, а повторные идут по ней.

Чтобы рассчитать статор, нужны марка и типоразмер насоса, число ступеней, наружный диаметр и длина обоймы, тип присоединения, диаметр ротора по замеру и по паспорту, жидкость, её температура и температура мойки, наличие абразива, количество. Старый статор с целой обоймой можно отдать как образец, прокладки соединений заказать по чертежу. Стандартные и нестандартные детали делаем от 1 шт., отдельный статор тоже примем в работу, минимальная сумма заказа 9 000 ₽ с НДС. Ресурс нового статора сравнивают со старым по часам работы и подаче, и только после этого фиксируют марку резины для повторных заказов.