Центробежные Дисковые Насосы - ЦДН:
Центробежный дисковый насос ЦДН.

Совместно с НПО "Мета" начато производство дисковых насосов для вязких жидкостей. Дисковый насос базируется на технологии Николы Тесла, который изобрел эти машины более 80 лет назад. Однако в связи с развитием технологии лопастных машин, которые появились значительно раньше, широкого распространения они не получили. Классические лопастные центробежные насосы превосходно справляются с большинством задач по перекачиванию жидкостей с низкой вязкостью, являясь лучшими машинами в отношении стоимости, простоты, надежности и эффективности. К сожалению лопастные насосы резко теряют свои преимущества при перекачивании жидкостей с высокой вязкостью, а так же большим количеством растворенного газа, и твердых, абразивных включений. Эффективность классического центробежного насоса резко снижается при повышении вязкости перекачиваемой среды. При наличии большого количества растворенного газа происходит срыв работы насоса из-за разрыва потока на входе в насос. Высокое содержание твердых и абразивных включений влечет быстрый физический износ рабочего колеса, особенно лопаток. В таких случаях обычно применяю другие типы насосов, такие как шестеренные, шиберные, винтовые, перистальтические и др. Данные типы машин менее универсальны, более сложны и дороги как в производстве, так и в обслуживании. Дисковый насос, при всех преимуществах центробежных насосов, во многих случаях способен выполнять работу шестеренных, шиберных, винтовых, перистальтических и др. типов насосов, будучи лишен всех их недостатков.

Центробежные дисковые насосы.
Наш интернет-магазин центробежных дисковых насосов - www.DiskPumps.com.ua
Рад сообщить, что с начала 2015 года совместно с НПО "Мета" началось производство и реализация дисковых насосных агрегатов. Более подробная информация, а так же каталог продукции находится на нашем сайте www.DiskPumps.com.ua.




Оглавление:
1. Введение.
2. Принцип действия дискового насоса.
3. Преимуществ дискового насоса.
4. Перекачиваемые жидкости.
5. Производители дисковых насосов.
6. Сферы применения дисковых насосов.
7. Примеры практического применения.
-------- 7.1. Российская НПП "Насосы и Уплотнения".
-------- 7.2. Американская компания DiscFlo.
-------- 7.3. Украинская НПО "МЕТА".

Введение:
На данный момент наша компания имеет скромный, но динамично развивающийся опыт в применении дисковых насосов. Дисковые насосы - достаточно экзотичный продукт, о котором мало кто знает, и уж тем более понимает принцип работы. Хотя этот тип машин и был изобретен почти век назад, использование данного принципа, и его неоспоримых, а в некоторых случаях непревзойденных качеств в современной промышленности все еще незначительно. В связи с этим мы столкнулись с двумя препятствиями на пути внедрения данной технологии:
• Отсутствие знаний о дисковых насосах у большинства инженеров предприятий;
• Скептическое отношение к дисковой технологии в связи с пунктом 1;
• Недоверие в связи с пунктом 1;


Для устранения этих препятствий необходимо дать исчерпывающую информацию о дисковой технологии, которая не оставит места сомнениям и неведению. В первую очередь дадим представление о принципе работы дискового насоса, далее, познакомим с производителями подобных насосов, а так же о сферах их применения, и в конце приведем примеры практического использования дисковых насосов, причем как собственные, так и наших уважаемых конкурентов.


Принцип действия дискового насоса:


В дисковом насосе применяется уникальный принцип безударного перекачивания, который отличается как от центробежного, так и от поступательного перемещения. Центробежный дисковый насос. Перекачивающий механизм представляет собой набор параллельных, отстоящих на равном расстоянии друг от друга дисков, которые перемещают продукт, используя силы пограничного слоя и вязкостного сопротивления. Рабочее колесо дискового насоса. Когда жидкость поступает в насос, ее молекулы входят в сцепление с поверхностью его дисков, образуя пограничный слой. По мере вращения дисков, происходит передача энергии последующим слоям молекул жидкости, находящейся между дисками, с генерированием градиентов давления и скорости, направленных поперек к зазору межу дисками. Такая комбинация пограничного слоя и вязкостного сопротивления эффективно срабатывает, образуя мощное поле динамической силы, которая “протаскивает” продукт через насос плавным, свободным от пульсаций потоком. Жидкость движется параллельно дискам, а пограничный слой создает при этом молекулярный буфер между поверхностями дисков и жидкостью. Обычное лопастное рабочее колесо передает энергию жидкости за счет взаимодействия лопаток с жидкостью, а дисковое рабочее колесо делает то же самое за счет сил вязкого сопротивления. В следствии чего: контакт рабочих поверхностей насоса с твердыми включениями сводится к возможному минимуму (высокая стойкость к абразиву), отсутствуют пульсации потока (так как поток сплошной ― нет лопаток), с повышением вязкости увеличивается эффективность, отсутствуют силы среза (чемпион по кавитационной стойкости, неразрушающее перекачивание), сведены к минимуму радиальные нагрузки на рабочее колесо (долговечность подшипников и узла уплотнения), способность работать с газо-насыщенными средами без срывов.
Уникальный принцип действия дискового насоса, обеспечивающего свободную от пульсаций, безударную перекачку, создает широкий спектр преимуществ по сравнению с другими типами насосов.

График зависимости потребляемой мощности от повышения вязкости для центробежного и дискового (ламинарного) насосов.
График зависимости потребляемой мощности от повышения вязкости.

Преимущества дисковых насосов:
• Свободный от пульсаций, ламинарный поток обеспечивает отсутствие деструкции требующих бережного обращения продуктов, отсутствие повреждений у чувствительных к воздействию сил среза жидкостей, отсутствие необходимости применения амортизации в дальнейшем процессе, меньший износ в подводяще / отводящих трубопроводах.

• Отсутствие строгих ограничений в допусках, что позволяет дисковому насосу перекачивать, не засоряясь, вязкие и имеющие включения из крупных плотных частиц жидкости, а также справляться с колебаниями размеров и объема плотных частиц.

• Низкие требования по кавитационному запасу(NPSH - Net Positive Suction Head). Благодаря гладкому ламинарному потоку внутри дискового насоса, к нему применимы от половины до одной трети требований NPSH, предъявляемых к стандартному центробежному насосу, действующему в тех же эксплуатационных условиях.

• Безнапорный выпуск и режим голодного всасывания. В течение продолжительных периодов времени, при эксплуатации насоса на нормальных рабочих скоростях возможна без нанесения ущерба насосу работа с безнапорным выпуском и / или в режиме голодного всасывания. Примечание: в этих условиях промывка сальника должна продолжаться.

• Отсутствие радиальных нагрузок. Испытания, проведенные компанией Discflo подтверждают, что при работе дискового насоса отсутствуют радиальные нагрузки на его вал, что обеспечивает более продолжительный срок службы сальника, подшипника и вала.

• Пониженный уровень шума при работе дискового насоса. Что достигается благодаря отсутствию лопаток, и, соответственно, отсутствию сильных пульсаций, создающих шум.

• Чрезвычайно гибкая конструкция способна продуктивно и эффективно перекачивать большое разнообразие “трудных” жидкостей без поломок при эксплуатации. Система может справиться, не ломаясь при этом, с колебаниями температуры, давления, с наличием плотных частиц и даже с изменением самого перекачиваемого продукта. Кроме этого, один и тот же насос может быть с легкостью адаптирован под широчайший спектр задач путем соответствующего изменения конфигурации дискового рабочего колеса. Позволяет в кротчайшие сроки производить адаптацию насосов к поставленной задаче в полевых условиях. Что значительно экономит время и деньги заказчика.

• Очень низкие эксплуатационные расходы в течение срока службы. По сравнению со всеми другими конструкциями насосов, для дискового насоса подтверждено сокращение потребности в обслуживании, ремонте, а также уменьшение времени простоя в тяжелых для перекачки условиях. Это достигается необычайной выносливостью, неприхотливостью и надежностью дисковых насосов.

Перекачиваемые жидкости.
• Высоковязкие жидкости. В связи с тем, что дисковый насос при перекачивании использует вязкое трение, то чем выше вязкость, тем эффективней он качает. Возможна перекачка жидкостей с вязкостью до 100,000 cPs и более.

• Суспензии с высоким содержанием плотных частиц. Дисковый насос справляется с перекачкой суспензий, содержащих до 80%-85% плотных твердых частиц, пр этом не засоряясь и не останавливаясь. Плотные частицы проходят через пространство в центре между дисками попадают в отводящее устройство и выходят через напорный патрубок.

• Высоко-абразивные жидкости. Дисковый насос осуществляет перекачку наиболее высоко-абразивных жидкостей с минимумом проблем и минимальным износом. Благодаря постоянному наличию пограничного слоя на поверхности дисков, а также благодаря ламинарному, свободному от пульсаций прохождению потока через насос.

• Жидкости с большими объемами увлеченного воздуха/газа. Дисковый насос справляется с перекачкой жидкостей, включая шлам аэрированного фильтрата, с очень высоким уровнем увлечения воздуха/газа, без образования паровых пробок и возникновения кавитации в насосе. Пузырьки не ударяются о поверхности насоса, а свободный от пульсаций, ламинарный поток помогает предотвратить кавитацию.

• Жидкости, содержащие крупные плотные и волокнистые частицы. Расстояния между дисками рабочего колеса могут достигать 0,5 и более метра (в насосах большой мощности), что позволяет им справляться с перекачкой жидкостей с крупными , плотными частицами. Плотные частицы, поступая в насос, продвигаются в зону наивысшей скорости, т.е. в точку посередине между дисками, и проходят через насос не засоряя его.

• Жидкости требующие бережного обращения и чувствительные к воздействию сил среза продукты. Работа дискового насоса фактически исключает повреждение продуктов при перекачке. Подтвержденный успех при перекачке продуктов, повреждаемых силами среза, а также утолщаемых (дилатантных) или утончаемых (тиксотропических ) силами среза - таких, как латексы и полимерные эмульсии, а так же широкий спектр пищевых продуктов и сред, требующих максимально "бережного" обращения при перекачивании.

Производители дисковых насосов:
• Самым крупным в мире производителем дисковых насосов является американская компания DiscFlo, основанная в 1982г. Ознакомиться с компанией DiscFlo на русском языке можно на сайте российского представительства.

• Российская НПП "Насосы и Уплотнения" основана в 1995г. Основное направление - разработка и изготовление насосов для пищевой и нефтехимической промышленности. Кроме прочего, компания производит так называемые ламинарные насосы трения ОНЛ, которые представляют собой центробежный дисковый насос.

• Украинская НПО "МЕТА", основанная в 1995г. Предприятие НПО «МЕТА» на сегодняшний день является одним из основных украинских поставщиков оборудования для переработки масличных культур (подсолнечник, соя, рапс и тд.) и запасных частей к нему. С начала 2015 года наша компания совместно с ФВТНТ (Фондом Возрождения Технологий Николы Тесла) освоила производство центробежных дисковых насосов.


Сферы применения дисковых насосов в различных отраслях промышленности:

Пищевая и фармацевтическая промышленность:
• Вязкие и содержащие крупные частицы жидкости: черная патока, сахарные суспензии с содержанием частиц до 80 %, отходы пивоварения, отходы бойни.

• Абразивные жидкости: сахарные суспензии, мясные отходы с костями, сок (кровь), шлам креветочной шелухи.

• Чувствительные к сдвигу и нежные продукты: цитрусовое масло, зерна кукурузы, сахарный песок, рис, фрукты.

• Жидкости содержащие крупные и вязкие частицы: можно перекачивать жидкости содержащие частицы до 50 см, расширяя расстояние между дисками в рабочего колеса, например - целых цыплят.


Целлюлозно-бумажная промышленность:
• Восстановление химикатов: осадок зеленого щелока, мыла черного щелока, фугат центробежного фильтра.

• Бумажная масса и целлюлоза: плотностью до 18 % без разбавления и флюидизаторов.

• Покрытия для бумаги: полимерные эмульсии, латексы, каолиновые суспензии, суспензии двуокиси титана (TiO2) с содержанием частиц до 80 % ,и др.

• Энергохозяйство и стоки: каустизационный шлам, отходы с сучколовителя, пепельные суспензии, фильтрат содержащий воздух.


Химическая и нефтяная промышленность:
• Химикаты чувствительные к сдвигу: полимерные эмульсии, латексы, кварцы, дилатантные и тиксотропные жидкости.

• Вязкие жидкости: отработанный шлам, кубовая жидкость, black beauty, полупродукты красок, маслянный (нефтяной) шлам, битум.

• Абразивные жидкости: боракс (бура), буровой шлам, суспензии песка с содержанием частиц до 80 %, кварцы.

• Жидкости с содержанием воздуха и газов: сырая нефть, химические пены, фильтрат содержащий воздух.

• Процессы происходящие под высокой температурой или давлением: дисковые насосы могут быть изготовлены согласно API-610, 8-я редакция.


Коммунальное хозяйство и сточные воды:
• Вязкие и содержащие крупные частицы жидкости: все типы промышленных и коммунальных стоков и осадков.

• Абразивные жидкости: каустизационный шлам, отходы добычи полезных ископаемых (шуга), песочные суспензии с содержанием частиц до 80 %.

• Жидкости с содержанием воздуха и газов: Фильтрат содержащий воздух и другие типы анаэробных шламов.

• Жидкости содержащие крупные и (или) вязкие частицы: можно перекачивать жидкости, содержащие частицы до 50 см, расширяя расстояние между дисками в рабочего колеса.


Другие отрасли промышленности:
• Металлургия: окалина, закалочная вода, порошковые суспензии, рециркуляция кислоты.

• Горное дело и осушение шахт: глинистый раствор для бурения, шахтные отходы графита, мел, добыча алмазов.

• Керамика, стекло и камни: грунтовая суспензия, стекловолокно, керамические суспензии.

• Фармацевтическая промышленность: живые клетки, планктон, бактерии, кровь, растворы катализаторов.

• Сельское хозяйство: сельскохозяйственные шламы и суспензии содержащие большое количество частиц различных размеров.

• Теплоснабжение, коммунальные услуги: все типы вязких, абразивных и (или) агрессивных жидкостей на электростанциях и в коммунальном хозяйстве.

• Опасные материалы: ядерные отходы.



Примеры практического применения:


Российская НПП "Насосы и Уплотнения".

Откачка мазута, шламов и других вязких или грязных жидкостей из отстойников
Откачка мазута, шламов и других вязких или грязных жидкостей из отстойников с помощью самовсасывающей установки с насосом типа ОНЛ. Мы предлагаем самовсасывающую установку с насосом типа ОНЛ для откачки из подземных и других резервуаров вязких жидкостей в том числе, содержащих сгустки до 23мм, песок, кости, жилы и т.п. Насосы ОНЛ успешно перекачивают мазут, смеси зерна с водой, шламы и многие другие жидкости с вязкостью до 15 тыс. сантиСтоксов. В схеме насос оснащен предвключенным баком для самовсасывания. Схема установки показана на рисунке:
Откачка мазута, шламов и других вязких или грязных жидкостей из отстойников.
Установка разработана применительно к очистке сборника от смеси, образующейся при мойке пола под клетками на птицефабриках. Вода с опилками и пометом, стекая в сборник, образует вязкую смесь, которую обычно применяемые погружные насосы «ГНОМ» откачивают с трудом...
Продолжение на сайте компании НПП "Насосы и Уплотнения".





Американская компания DISCFLO.





Являясь самым крупным производителем дисковых насосов, компания DiscFlo обладает самым обширным практическим опытом их применения. Дисковые насосы успешно используют такие известные компании как TEXACO Inc., SHELL OIL Co., Maersk Inc., El Dorado Equilon Enterprises LLC., Honeywell Corp. Так же дисковые насосы DiscFlo успешно применяют российские компании, такие как ЗАО “Интернешнл Пейпер”, ФГУП Водоканал Санкт-Петербурга, JTI Елецкая табачная фабрика, ОАО «Беларуськалий» г. Солигорск, РБ, ОАО Группа “Илим” (Братский ЛПК), ОАО «Метахим» г. Волхов, ОАО «АЗОТ» г. Новомосковск. Более подробно с этой информацией можно познакомиться на сайте компании, или из их рекламных брошюр.

Сокращение расходов для производителя бром-аммониевых кристаллов из Голландии.

Дисковый насос DiscFlo. Отсутствие сил среза при работе дискового насоса привело к значительному сокращению расходов для производителя бром-аммониевых кристаллов из Голландии. Перекачка данного продукта является одним из наиболее трудных применений для любого насоса: продукт высоко-абразивен, неоднороден, чувствителен к воздействию сил среза, а содержание плотных частиц в нем- 45% от объема. Скорость потока - 1350 л. в минуту при работе системы перекачки в течение 12-ти часов в сутки. Ранее, на производстве использовался насос центробежного типа. Помимо того, что сам насос страдал от чрезвычайного абразивного воздействия и частых поломок, он, к тому же, разрушал от 30% до 60% кристаллов, уменьшая их размер до песчано-подобной консистенции. Даже без учета стоимости потерянной продукции - лишь на запчасти и ремонт - фирма тратила минимум 100.000 долларов в год. Розничная стоимость кристаллов составляет, примерно, 1.24 доллара за фунт (1фунт- 450гр). Если предположить, что себестоимость - где-то около одной шестой от этой цифры, то при уровне уничтожения готового продукта 30%, центробежный насос обходился фирме - по потерянной продукции - в 84.000 долларов в сутки. После поисков насоса, который сократил бы силы среза до минимума и справился бы с абразивной природой суспензии с высоким содержанием плотных частиц, фирма решила попробовать насос DISCFLO. Система начала работать в июне 1995 года и с тех пор эксплуатируется без каких-либо простоев и без покупки запчастей. Более важно то, что насос DISCFLO сократил потери кристаллов почти до нуля, сведя время своей окупаемости до 6-ти часов, т. е. меньше, чем до стоимости продукции, выпускаемой в течение одного дня!


Украинская НПО "МЕТА".

Дисковый насос ЦДН 65-50-160М ООО "LUBEKO" (г. Синельниково, Днепропетровская область) занимается производством подсолнечного масла. Готовая продукция накапливается в емкостях, после заполнения которых требуется перекачать масло в автоцистерну для дальнейшей транспортировки. Для этих целей использовался шестеренный насос НШ с электродвигателем мощностью 2,5 кВт. Производительность насоса составляла около 3-3,5 м3/ч. Суммарная объем емкостей составляет около 30м3. Время перекачивания продукта в автоцистерну составляло от 8,5 до 9,5 часов в зависимости от температуры и, соответственно, вязкости масла. Услуги автоцистерны оплачиваются почасово. Заказчик был вынужден оплачивать простой автоцистерны, что отражалось на стоимости его продукции. Обратившись к нашим специалистам в начале 2014 года, после проведения технического анализа и нескольких натурных испытаний проблема была решена. В итоге был разработан моноблочный насос ЦДН 65-50-160М, который оснащен асинхронным электродвигателем мощностью 5,5 кВт, обладающий производительностью 25-28 м3/час и напором 15-12 метров при работе с подсолнечным маслом. Так как проточная часть насоса и рабочее колесо не контактируют с кислородом воздуха (постоянно находятся погруженными в масло), было решено изготавливать эти детали из обычной стали, что существенно снизило стоимость агрегата. В качестве уплотнения использовалась сальниковая набивка из фторопласта.
Результаты, полученные при диаметрах напорного и всасывающего трубопроводов равных 76 мм:
Масло суммарным объемом 30м3 перекачивалось в автоцистерну за 1 час, что повлекло за собой сокращение расходов за простой автоцистерны в 8,5-9,5 раз. Расход электроэнергии составил всего 6 кВт/ч, шестеренный насос с двигателем в два раза слабее потреблял от 21 до 24 кВт/ч. Так как экономический эффект оказался достаточно ощутим, заказчик решил использовать существующие трубопроводы, диаметр которых был немного меньше рекомендованных 76 мм, и составлял 50 мм, что повлекло за собой увеличение потерь в трубопроводах и снижение производительности насоса до 18-20 м3/ч. Но даже в этом случае экономический эффект остался высоким. Емкость опустошалась за 1 час и 35-45 минут.
Через несколько месяцев эксплуатации насоса ЦДН 65-50-160М выяснилась еще одна положительная особенность агрегата. После опустошения емкостей, на дне оставался очень густой осадок, состоящий из подсолнечного масла и всяческих мелких твердых включений, который напоминал смесь масла с песком, или глиной (т.н. фуза). Раньше этот осадок приходилось вычищать вручную, что представляет собой достаточно трудоемкий и малоприятный процесс, занимающий много времени. Подавать такую среду в шестеренный насос категорически запрещается, так как абразивные включения быстро выведут насос из строя. В качестве эксперимента (согласованного с нашими специалистами) рабочие решили попробовать выкачать этот осадок с помощью нового насоса ЦДН 65-50-160М – эксперимент закончился полным успехом! Насос без каких-либо затруднений справился с этой задачей. Время очистки сократилось в 4-5 раз. Через три месяца заказчик приобрел еще один дисковый насос ЦДН 65-50-160М.

На текущий момент (ноябрь 2015г.) оба насосных агрегата работают без перебоев и поломок.


Дисковый насос ЦДН 65-50-160М В июне 2015 года ООО "Рапсо-Дия" (пгт. Побугское, Кировоградская область), произвела заказ шести насосных агрегатов ЦДН 65-50-160М для установки в строящийся цех. Задача насосов состояла в подъеме подсолнечного масла из бункеров с глубины 6-7 метров, и дальнейшей транспортировки с производительностью 25-28 м3/час. Из опыта, компании было известно, что обычный центробежный насос не подходил для этой задачи из-за возникновения сильной кавитации (было проверено). Для этих целей можно было использовать шестеренные насосы, если бы не абразивный осадок на дне емкостей, что приводит к быстрому износу шестеренного насоса. В поисках решения инженеры компании натолкнулись на дисковые насосы, которые оказались дешевле при почти таких же параметрах, после чего связались с нашими специалистами. После насыщенного обсуждения было принято решение провести тестирование дискового насоса в реальных условиях. Для этого был изготовлен один дисковый насос ЦДН 65-50-160М, и отправлен заказчику. После нескольких дней испытаний заказчик принял решение о покупке наших насосов на все шесть производственных линий. Насос ЦДН 65-50-160М показал полное отсутствие кавитации, надежность, неприхотливость. Заказчик доволен результатом.





Насос ЦДН 65-50-170Ф качает неочищенное подсолнечное масло с твердыми включениями (18% шелухи):


Насос ЦДН 65-50-170Ф качает фуз подсолнечника: