Винтовые насосы ОНВ: устройство, принцип работы и применение в пищевой промышленности

Содержание

Устройство и принцип работы ОНВ

Основу насоса составляет пара «ротор–обойма». Ротор — металлический винт эксцентрической формы, а внутренняя поверхность обоймы выполнена с двойным спиральным профилем (каналом), соответствующим траектории движения винта. При вращении ротора его виток смещается относительно центра и периодически плотно прилегает к поверхности обоймы, формируя вытянутые замкнутые объёмы — «камеры» продукта.

Эти камеры не смешиваются между собой и не разрушают продукт. Они последовательно перемещаются вдоль канала внутри обоймы — от входного патрубка к выходному, обеспечивая мягкое и стабильное объёмное перекачивание. Такой принцип гарантирует непрерывный поток без ударов, вспенивания, турбулентности и без сдвиговых нагрузок, опасных для нежных и структурных продуктов (например, сметана, крем, эмульсии, краски, коллоиды).

Корпус насоса включает всасывающий и нагнетательный патрубки, соединительную тягу (торсион и шарниры), фланец присоединения и торцевое уплотнение на входе в электродвигатель. Герметизация по валу выполняется торцевым уплотнением, а все контактирующие с продуктом поверхности изготовлены из нержавеющей стали и пищевых эластомеров.

Расшифровка маркировки насоса ОНВ

Пример: ОНВ2-00 (1,6/50К5-1,1/8)

• О — пищевая промышленность; Н — насос; В — винтовой;
• 2 — номер винта; 00 — исполнение насоса;
• 1,6 — номинальная подача, м³/ч; 50 — напор, м;
• К — материал проточной части: 08Х18Н10 (буква Е — 03Х17Н13М2);
• 5 — одинарное торцевое уплотнение Jhone Crane Т2100; 7 — одинарное торцевое уплотнение Jhone Crane 58U/59U);
• 1,1 — мощность двигателя, кВт; дробь /8 — исполнение по частоте (8 ≈ 740–750 об/мин; 6 — 950 об/мин; 4 — 1400 об/мин).

Технические характеристики (пример: ОНВ2-00)

* Размер может изменяться в зависимости от устанавливаемого электродвигателя.

Области применения

Насосы ОНВ предназначены для перекачки вязких, пенящихся и чувствительных продуктов с вязкостью до 20 000 мПа·с и температурой от 20 до 135 °C. Типичные продукты:

• сливки, сметана, кефир, йогурт;
• майонез, соусы, пасты;
• сиропы, сахарные растворы, патока;
• акриловые и латексные краски;
• эмульсии, жидкости с наполнителем;
• шампуни, гели, пенообразующие растворы.

Материалы обойм и выбор

Выбор эластомера (обоймы/статора) определяет ресурс пары «винт-обойма» и допустимые среды. Коротко: 

Полная таблица совместимости материалов с продуктами, моющими и химическими средами — в отдельной статье:

Как выбрать обойму для винтового насоса: описание материалов и рекомендации

Материалы стальных частей: 304 и 316L

Проточная часть насосов ОНВ обычно выполняется из нержавеющих сталей марок 08Х18Н10 или 03Х17Н14М3, которые являются аналогами распространённых пищевых сталей 304 и 316L.

• 08Х18Н10 — аналог AISI 304. Применяется для молочных, жировых, водных и большинства пищевых сред без высоких концентраций хлоридов и сильных кислот.
• 03Х17Н14М3 — аналог AISI 316L. Рекомендуются для сред с повышенным содержанием солей, органических кислот, при более жёстких режимах CIP и повышенных температурах.

При подборе насоса и исполнения проточной части важно учитывать:

• наличие хлоридов и агрессивных солей;
• максимальную рабочую температуру;
• частоту и режимы CIP/SIP;
• возможное контактирование с моющими и дезинфицирующими растворами.

Правильно подобрать материалы проточной части и обоймы под ваш продукт, вам всегда помогут в нашем отделе продаж

Диаметры патрубков и соответствие дюймам

Насосы ОНВ поставляются с патрубками в условных диаметрах DN. Для удобства подбора обвязки и арматуры важно понимать соответствие DN и дюймовых размеров.

Пример: входной патрубок DN 80 и выходной DN 50 соответствуют схеме «вход 3", выход 2"». Вариант «вход 2", выход 1 1/2"» — это, как правило, DN 50 / DN 40.

Требования безопасности

• Строго запрещён сухой ход. Работа без продукта приводит к перегреву обоймы и разрушению торцевого уплотнения.
• Температура наружных поверхностей, доступных для касания, не должна превышать 45 °C; при необходимости предусматривают ограждения.
• Агрегат соответствует ГОСТ 12.2.124-90; по электробезопасности — ГОСТ 12.2.007.0-75, класс защиты 1.
• Запрещено вращение винта в направлении, противоположном указанному на двигателе; при неверном направлении возможна раскрутка тяг.

Монтаж, запуск и обслуживание

Перед монтажом

• Проверить комплектность насоса и отсутствие механических повреждений после транспортировки.
• Установить насос на ровное жёсткое основание, исключить перекосы корпуса и напряжения на патрубках.
• Подсоединить трубопроводы так, чтобы на всасывании не было «карманов» воздуха и участков с задиранием вверх, где может скапливаться воздух.
• Установить запорную арматуру и, при необходимости, обратный клапан и клапан избыточного давления на напорной линии.
• Проверить правильность подключения электродвигателя по схеме и заземление.

Первый запуск нового насоса

Насосы ОНВ не являются самовсасывающими, запуск допускается только при заполненной продуктом рабочей камере.

• Снять временные заглушки, удалить консервационные смазки с доступных внутренних поверхностей (если применялись при хранении).
• Промыть внутренние полости водой или моющим раствором, совместимым с материалами насоса и санитарным регламентом, чтобы удалить остатки загрязнений и пыль.
• После промывки слить воду, при необходимости выполнить краткое ополаскивание чистой водой.
• Заполнить всасывающий трубопровод и корпус насоса продуктом или средой, максимально близкой к рабочему продукту по вязкости.
• Ручным проворотом вала (при отключенном питании) убедиться, что ротор вращается свободно, без заеданий и посторонних звуков.
• Кратковременно включить электродвигатель и проверить направление вращения по стрелке на кожухе. При неправильном направлении сменить фазировку; «против шерсти» насос не эксплуатировать.
• При наличии частотного преобразователя задать плавный разгон и ограничение максимальной частоты согласно паспортным данным насоса.
• Выполнить пробный запуск при открытой напорной арматуре, контролируя давление, отсутствие течей и перегрева корпуса.

Установка частотного преобразователя и выносной панели

• При монтаже частотного преобразователя в шкаф управления сам преобразователь устанавливают внутри пульта, а выносную панель (клавиатуру) выводят на лицевую сторону двери. Это позволяет обслуживать насос и менять режимы без открытия крышки щита.
• Если частотник устанавливается вне пульта (на стене, на раме агрегата), можно обойтись без выносной панели и использовать штатную клавиатуру на корпусе преобразователя.
• Частотник для насосного оборудования требует качественной прокладки кабелей, экранирования сигнальных линий и соблюдения максимально допустимой длины кабеля между преобразователем и двигателем по инструкции производителя.
• Правильная установка частотного привода снижает ударные токи при пуске, уменьшает механические нагрузки на шарниры, подшипниковый узел, статор и ротор, а также уменьшает нагрузку на трансформаторы и питающую сеть.

Работа насоса с продуктом

• Перед каждым запуском убеждаться, что корпус насоса и всасывающая линия заполнены продуктом, а не воздухом. Самовсасывающими являются отдельные модели других серий (например, ОНЦс); ОНВ к ним не относится.
• Запускать насос при открытой запорной арматуре на выходе; работа на закрытую задвижку не допускается, чтобы не перегружать обойму, ротор и торцевое уплотнение.
• Контролировать давление на напорной линии и температуру продукта, чтобы не превышать паспортные значения для данной модели, материала обоймы и торцевого уплотнения.
• При использовании частотника подбирать обороты исходя из вязкости продукта: для более густых сред снижать частоту вращения, не выходя за допустимый диапазон для двигателя.
• Рекомендуется предусмотреть защиту от «сухого хода» по давлению, расходу или наличию продукта. Датчики обычно устанавливают во всасывающей линии перед насосом, чтобы при отсутствии продукта агрегат автоматически отключался и не перегревал обойму и торцевое уплотнение.
• Для защиты от перегрузки и перегрева электродвигателя использовать пускатель с тепловым реле и/или встроенные функции защиты самого частотного преобразователя.

Действия после смены и промывка

• По окончании работы по возможности вытеснить продукт из линии более дешёвой средой (водой или технологическим раствором), если это допускается технологией.
• Выполнить промывку насоса и трубопроводов согласно санитарному регламенту: сначала циркуляция воды, затем моющего раствора нужной концентрации, затем финальное ополаскивание чистой водой.
• Следить, чтобы температура моющего раствора и воды не превышала допустимую для материала обоймы и торцевого уплотнения.
• После промывки слить остатки жидкости, при необходимости продуть линию, чтобы в насосе не оставалась застоявшаяся среда, способная вызвать коррозию или набухание резины.
• При простое более 1–2 суток перед следующей работой снова заполнить насос продуктом и перед запуском выполнить краткий проворот вала, чтобы убедиться в отсутствии прилипания ротора к обойме.

Краткая последовательность разборки и обслуживания

• Отключить насос от электрической сети и убедиться в отсутствии давления в линии.
• Открутить стяжные шпильки, отсоединить корпус от стойки и аккуратно стянуть корпус с винта и тяги.
• При необходимости извлечь обойму из корпуса, осмотреть её состояние и очистить посадочные поверхности.
• Проверить шарнирные соединения, при износе заменить комплект шарниров.
• Сборку выполнять в обратной последовательности, соблюдая соосность и правильную установку уплотнений.

Частотный привод: влияние оборотов на ресурс насоса и подбор мощности

Частотный преобразователь обеспечивает плавный пуск и регулировку оборотов двигателя. Это уменьшает ударные нагрузки и продлевает срок службы узлов насоса ОНВ:

• шарнирных соединений и приводной тяги;
• подшипникового узла;
• пары «ротор–обойма»;
• торцевого уплотнения;
• электродвигателя (за счёт снижения пусковых токов и перегрева).

Пример: одновинтовой насос ОНВ6 (10/50К5-3,0/8). Базовая скорость вращения двигателя — около 740 об/мин. При снижении частоты в два раза, до 370 об/мин, подача уменьшается с 10 м³/ч до примерно 5 м³/ч, зато насос может надёжно работать с более густыми продуктами при меньшем тепловыделении в обойме.

Важно: при исполнении двигателя в стандартном обдуве нельзя снижать обороты более чем примерно в 2 раза от номинальных. При большем снижении скорость собственного вентилятора недостаточна, двигатель перегревается и может выйти из строя.

Подбор мощности частотного преобразователя для винтовых насосов

Для винтовых насосов рекомендуется выбирать частотный преобразователь с запасом по мощности относительно двигателя. Это связано с повышенными пусковыми моментами и работой на вязких продуктах.

• для двигателя мощностью 3 кВт — частотный преобразователь не менее 5,5 кВт в исполнении «для насосного оборудования»;
• для того же двигателя при применении универсального общепромышленного частотника целесообразно выбирать мощность порядка 7 кВт;
• для более мощных двигателей следует сохранять аналогичный запас по мощности, ориентируясь на рекомендации производителя частотника.

Такой подход снижает нагрев силовых элементов, увеличивает ресурс самого преобразователя и обеспечивает достаточный крутящий момент при работе на пониженных оборотах.

Когда одного частотника уже недостаточно

Если технологически требуется снижать частоту вращения более чем в 2 раза от номинальной (например, опускать скорость ротора до 200–300 об/мин), одного частотника недостаточно. В этом случае:

1. используют электродвигатель с принудительным независимым охлаждением, чтобы обмотки эффективно охлаждались даже на низких оборотах;
2. или применяют мотор-редуктор с нужным передаточным числом, а частотный привод используют уже для более узкой регулировки вокруг выбранной базовой скорости.

Такая схема позволяет безопасно работать на малых оборотах с густыми продуктами, не перегревая двигатель и не перегружая обойму и ротор.

Типы двигателей на насосах ОНВ — и допустимые обороты

В маркировке насосов ОНВ дробь в конце указывает типоразмер двигателя по частоте вращения: /4 — это примерно 1400 об/мин, /6 — около 950 об/мин, /8 — около 740–750 об/мин. Для пищевых винтовых насосов чаще выбирают исполнение /8, как более щадящее для обоймы и торцевого уплотнения. При работе с очень вязкими продуктами дополнительно применяют мотор-редуктор, чтобы опустить скорость ротора до 200–300 об/мин.

Причины отказов обойм и как их избежать

Ключевой фактор — состояние эластомера. По данным отраслевого анализа, до 78 % отказов винтовых насосов связано со снижением физико-химических свойств резины статора.

• Выбор натяга/зазора по температуре. Выше 100 °C — рабочая пара с зазором; ниже 60 °C — с натягом; в диапазоне 60–100 °C — «почти ноль».
• Газонасыщение. Приводит к разбуханию эластомера, росту натяга и разрушению камер.
• Сухой ход. Перегрев → изменение размеров → разрыв или оплавление обоймы.
• Избыточное давление. Песчаные, сахарные, парафиновые пробки или перекрытие арматуры — риск разрыва обоймы и перегрузки привода.
• Абразив. Механические включения вызывают ускоренный износ; при высоком абразиве применяют более упругие смеси с меньшими остаточными деформациями и обязательно ставят фильтры.

Типовые неисправности насоса и их решения

Комплектация и опции

Для винтовых насосов ОНВ доступны дополнительные опции и набор запасных частей, которые позволяют адаптировать агрегат под конкретный продукт, режим работы и требования по надёжности.

Дополнительные опции и решения

• Датчики сухого хода, давления и расхода — для автоматического отключения насоса при отсутствии продукта и защиты от аварийных режимов.
• Частотные преобразователи — специализированные решения для насосного оборудования, в том числе с возможностью установки выносной панели на дверь пульта.
• Двигатели с принудительным охлаждением — для надёжной работы на пониженных оборотах без перегрева обмоток.
• Мотор-редукторы — для режимов с очень вязкими продуктами и необходимостью работать на 200–300 об/мин и ниже.
• Рубашки обогрева/охлаждения корпуса — для поддержания температуры продукта и снижения риска загустевания в корпусе насоса.
• Замена торцевых уплотнений на тип 58U — для горячих, химически активных или кристаллизующихся продуктов.
• Шкафы управления — с пускателями, тепловыми реле, частотными преобразователями и логикой защиты от сухого хода и перегрузки.
• Исполнение проточных частей из стали аналога 316L по ГОСТ 03Х17Н14М3 — для более агрессивных сред и жёстких режимов мойки (CIP/SIP).

Запасные части и ЗИП

• Эластомерные обоймы (статоры) — NBR, EPDM, VMQ, FKM с разным натягом и температурными диапазонами.
• Роторы и шарнирные комплекты — винты, тяги, пальцы, втулки и ремкомплекты для восстановления приводной части.
• Комплекты торцевых уплотнений — одинарные и двойные, в том числе с бачком автономного охлаждения для работы с горячими и агрессивными средами.
• Прокладки камеры и уплотнения патрубков — для восстановления герметичности и профилактики протечек.

Часто задаваемые вопросы по винтовым насосам ОНВ и их эксплуатации