Циркуляционные насосы для повышенных температур

Высокотемпературные насосы конструктивно (как правило) могут быть шестеренными или центробежными.

Условно их можно разделить на несколько категорий по типу конструкции и температуре рабочей среды.

1. Насосы с механическем уплотнением для относительно низких температур (температура жидкости до +200 °C).

Для перекачивания и циркуляции жидкостей с температурой от +140 до +200 °C используются обычные центробежные и шестеренные насосы.

Конструкция этих насосов не требует особых изменений. Как правило, достаточно использовать специальные механические уплотнения, которые могут работать при температурах до +200 °C.

При выборе такого насоса следует заранее оговорить воду или термальное масло будет перекачивать насос. Для этих жидкостей предусмотрены разные уплотнения. Уплотнения для воды плохо подходят для масел и наоборот.

В нашем каталоге в этой категории представлены шестеренные насосы с механическим уплотнением для температур до +200 °C под названием KCB CCM. 

2. Центробежные насосы с механическим уплотнением для горячих масел температурой до +350 °C.

Основная проблема заставить центробежные насосы перекачивать жидкости температурой свыше +200 °C состоит в невозможности механичеких уплотнений насоса работать при таких температурах. 

Специальные центробежные насосы имеют удлиненный вал и развитое оребрение задней части насоса. Благодаря такому оребрению температура на задней стенке насоса существенно ниже, чем в рабочей камере. Механическое уплотнение находится максимально близко к задней стенке насоса и работает при комфортной для себя температуре +100 °C, хотя температура в рабочей камере насоса при этом может достигать +350 °C.

Рис. 2 – основные узлы центробежного высокотемпературного насоса

Рис. 3 – Высокотемпературный насос с крыльчаткой, обдувающей кожух. Такое решение позволяет ускорить рассеивание излишнего тепла с корпуса насоса.

Как при перекачке воды, так и при перекачке горячих нефтепродуктов под давлением, возможно образование газовых пузырьков, которые оседают на различных внутренних поверхностях. Для борьбы с этими явлениями используют устройства, которые называются газовыми сепараторами. Одной из частей этого приспособления является специальный коллектор, куда газы скапливаются, а затем отводятся в трубу наружу, либо отправляются в специальные резервуары для дальнейшего использования.

В нашем каталоге представлены 2 вида центробежных насосов для масел с температурой до + 350 °C:

– Центробежные насосы RY (более бюджетные насосы).

– Центробежные насосы LQRY (эти стоят подороже). 

3. Шестеренные насосы для горячих смол, мазутов и масел с температурой до +250 °C.

В отличии от своих центробежных собратьев шестеренные насосы не имеют удлиненного вала для дополнительного рассеивания тепла. Поэтому установка механических уплотнений в них невозможна. 

В качестве уплотнения в них используются специальные набивки с графитовой пропиткой. 

Рис. 4. Шестеренный насос для термальных масел

Как правило на шестеренных высокотемпературных насосах используется сальниковая набивка, потому что торцевое уплотнение способно работать лишь при температурах до +200 °C.

В нашем каталоге представлены несколько видов шестеренных насосов с набивным графитовым уплотнением для температур до +250 °C:

– Шестеренные насосы 2CY (давление до 25 бар, без предохранительного байпасного клапана).

– Шестеренные насосы YCB (давление до 25 бар, с предохранительным байпасным клапаном, сниженный уровень шума, сниженное энергопотребление, более высокая цена). 

4. Центробежные насосы с магнитной муфтой для жидкостей с температурой от +200 до +450 °C  (в нашем каталоге не представлены)

Для перекачивания таких горячих сред без охлаждения используются насосы с магнитной муфтой. Сам магнит заключен в специальный блок из тяжелого немагнитного сплава. Эта конструкция насосов обеспечивает эксплуатацию без малейших протечек, и также они крайне редко выходят из строя. Не каждый магнит выдержит такую высокую температуру, поэтому их изготавливают из сплава кобальта и самария. Магнитная плотность этого материала очень высока, но при этом сила притяжения не изменяется при нагреве до 400 градусов. Ещё одно часто применяемое решение – это щелевой колпачок, который обычно изготавливают из оксида циркония, чтобы не происходило сильных потерь тепла. Такая же конструкция насосов но с металлическим колпачком может использоваться для перекачки жидкостей на более низких температурах.

Для температурной разгрузки магнита используется дроссельная втулка, которая надежно защищает от избыточного тепла. Подшипники таких насосов обычно изготавливаются из тугоплавких карбидов – вольфрама или кремния. Некоторые насосы, работающие в таком температурном диапазоне, позволяют перекачивать жидкости, подлежащие попутной частичной кристаллизации.

Рис. 5. Компактный вихревой насос с магнитной муфтой может обеспечить циркуляцию горячих масел с температурой до +350 °C.

– Чугун GG25. Высокопрочный серый чугун, который является сплавом стали и углерода, причём углерод в нём структурирован в шарообразные включения, что существенно повышает прочность при статическом давлении. Его применение в высокотемпературных насосах для изготовления корпусов обусловлено способностью не изменять своих механических свойств на температурах до 400 градусов по Цельсию.

– Графит. Аллотропическая модификация углерода, которая обладает высокой электропроводностью и способностью расслаиваться на микроскопические чешуйки. Может использоваться в высокотемпературных насосах в качестве набивки для сальников.

– Карбид кремния SiC. Бинарное соединение углерода и кремния. Под давлением может спекаться в плотную структуру, которая используется в качестве механического жесткого уплотнения в высокотемпературных насосах.

– Бронза. Классический сплав состоит из определенного процентного соотношения меди и олова, однако для уплотнений высокотемпературных насосов используется большое количество модифицированных бронз, которые могут иметь в своём составе до 20 компонентов.

– Нержавеющая сталь AISI 316. Производный состав от стали AISI 304, содержащий до 2.5% молибдена. Эта добавка позволила добиться поразительной термической стабильности, что позволяет использовать её в качестве материала для валов и корпусов высокотемпературных насосов. 

– Хромсодержащая сталь AISI 420. Жаропрочная классическая мартенситная сталь с содержанием хрома до 4%. Относится к жаропрочным сплавам, не теряющей структуры при высоких температурах. В насосах может использоваться как основной материал крыльчатки, вала и корпуса.

– Оксид циркония. В чистом виде не используется, но может применяться для создания композитных уплотнений на его основе.

Многие жидкости по технологическим условиям должна перекачиваться в разогретом виде, например, полимеры или смолы. Высокотемпературные насосы находят свое применение в следующих сферах:

– Обогрев сушильных производственных линий в химической промышленности, например, при производстве нитроцеллюлозы или в бумажной промышленности.

– Обогрев смесительных устройств, застывание которых недопустимо по причине выхода из строя или сложного ввода в эксплуатацию.

– Обогрев автоклавов для поддержания постоянной температуры, а также подогрев термосов в пищевой промышленности. Например, такие насосы работают на производстве пива для постоянного поддержания температуры сусла в огромных ферментационных чанах.

– Поддержание температуры в емкостях с долговременными химическими реакциями, например, когда невозможно использование катализатора, а единственным способом ускорения является увеличение температуры.

– В установках для производства полимерных пленок, волокон, лаков, эмалей, а также в различных смесителях вязких сред для разжижения материала.

– Наружный прогрев печей, используемых для производства подового хлеба и сухарей, а также в сушилках грибов, овощей и фруктов.

– Прогрев установок для синтеза жирных кислот, используемых при производстве спредов или жирорастворимых витаминов.

– Подогрев маргариновой массы в кондитерской промышленности, глицерина в кожевенном деле, а также для подогрева сиропов, чтобы избежать кристаллизации сахара и его осаждения в трубопроводе.

Рис. 5 – Высокотемпературный насос выполняет работу по перекачке горячего гликоля

– Подогрев установок каландрирования в кожевенной промышленности в процессе размягчения листов кожи и их формования по толщине.

– Обогрев сушильных камер и барабанов в бумажно-целлюлозной промышленности, особенно при вторичной переработке бумаги.

– Прогрев полых валец, обеспечивающих прокатку листов тисненой бумаги, например, обоев.

– Обогрев прессов и пресс-форм в процессах производства изделий из пластмассы, когда после прессовки необходима, например, ещё и покраска на горячую поверхность.

– Обогрев аппаратов, наносящих напыления на поверхность, либо эмали.

– Обогрев ёмкостей с эпоксидными лаками в лакокрасочной промышленности.

Рис. 6 – Модификация высокотемпературного центробежного насоса с водным охлаждением

– Обогрев ёмкостей с гудроном на нефтебазах или на судах, перевозящих этот материал.

– Разогревание минеральных масел, мазута и гудрона при производстве дорожных покрытий и листовых кровельных материалов.

– Прогревание двигателей, работающих на мазуте для запуска в холодную погоду либо после длительного простоя, а также для прокачки мазутной топливной системы.

– Обогрев труб отопления и складских помещений, причём эти насосы могут работать как с масляными, так и с водными радиаторами.

– Нагрев масла до температур, близких к точке кипения, в производстве тугих битумов, которые используются для пролива швов между плитами.

– Обогрев сушильных помещений и гладильных машин в промышленных прачечных и на текстильных комбинатах.

– В металлургии, электрической, деревообрабатывающей и строительной промышленностях для самых разнообразных нужд.

Говорить о преимуществах и недостатков этого типа насосов по условиям применения очень сложно, потому что высокотемпературным может быть насос практически любой принципиальной схемы. Определять его способность к перекачиванию разогретых сред будут только используемые в производстве материалы. Для всех этих насосов есть одна общая особенность эксплуатации – нельзя допускать застывания среды в корпусе насоса, иначе его разборка может затем оказаться просто невозможной.