Сравнение типов и производителей герметичных насосов

По оценке независимых экспертов, в сегменте, так называемых, герметичных центробежных насосов, предназначенных для использования в тяжелых условиях эксплуатации, на мировом рынке наиболее серьёзные позиции занимают несколько производителей, насосное оборудование которых можно разделить на 3 группы по характеру привода их насосов и требуемого (обязательно герметичного для этих условий) уплотнения вала относительно атмосферы:

  1. с двойными торцевыми уплотнениями;
  2. с магнитной муфтой;
  3. с встроенным экранированным двигателем

Применение того или иного типа насоса обусловлено степенью строгости предъявляемых к условиям эксплуатации требований.

Поэтому, сравнивая позиционирующиеся, как герметичные, насосы разных производителей, следует учитывать, например, такие важные показатели, как степень обеспечения герметичности, безопасность, взрывозащита, простота ремонта, температура перекачиваемой среды, диапазон давлений, кпд, момент запуска, монтаж и требуемая площадь для установки, уровень шумов, затраты на эксплуатацию и безотказность.

Причем, если тип конструкции насоса не может в полной мере обеспечить хотя бы один, но наиболее важный показатель, например, такой как безопасность или абсолютная герметичность, то такая конструкция насосов автоматически не может применяться в тяжелых и критических условиях эксплуатации.

Двойные торцевые уплотнения и магнитные муфты по своей природе не способны обеспечить абсолютную герметичность, а значит и безопасность. Насосы с такого типа уплотнениями и приводом требуют существенно удорожающие стоимость эксплуатации: большие ежегодные затраты на замену уплотнений, специальные инструментарии для контроля герметичности, комплексные системы затворного газа и смазки, балансировку муфты и вала, большие фундаментные плиты с дренажом и т.д..

Кроме того, с учетом всё более строгих требований, предъявляемых к охране здоровья и обеспечению техники безопасности, согласно мировой тенденции, механические торцевые уплотнения во все возрастающей мере заменяются герметичными системами.

Поэтому, из дальнейшего процесса сравнения по строгим параметрам в первую очередь исключаются насосы из 1-ой группы и соответственно только их выпускающие производители.

Проводя дальнейшее сравнение насосов 2-ой и 3-ей групп, исходя из соображений надежности, экономичности, защиты и безопасности оборудования, людей и окружающей среды, а также долговременности, безотказности и максимальной эффективности работы, эксперты отдают обоснованное предпочтение насосам 3-ей группы, т.е. с встроенным экранированным двигателем.

Причем, лидером в этой группе в силу обладания самыми передовыми и совершенными на сегодняшний день технологиями, материалами, а также высокого уровня сервиса, специалисты считают немецкую компанию HERMETIC-Pumpen GmbH, которая к тому же из-за близости географического положения, ментальности, готовности оказывать максимальную помощь своим клиентам более подходит для российских заказчиков, чем японская или американская фирмы .

Насосы фирмы HERMETIC представ­ляют собой полностью закрытые циркуляционные насосы без какого-либо уплотнения вала относительно атмосферы, т.е. они бессальниковые и без всяких изнашивающихся торцевых уплотнеий. Привод их осуществляется электромагнитным путем при помощи так называемого экранированного двигателя. В зависимости от назначения применяются одноступенчатые или многоступенчатые насосы.

Насосы с экранированными двигателями отличаются компактной конструкцией. Корпус насоса не имеет сварных соединений, так как отливается целиком. Двигатель и насос образуют единый узел, причем ротор и рабочее колесо располагаются на общем валу.

Ротор направляется двумя смазывающимися рабочей жидкостью подшипниками скольжения одной конструкции. Статор приводного двигателя отделен от ротора тонкостенным экраном, выполненным из хастеллоя С 276. Поскольку экран цельнотянутый, то отсутствует коррозия швов, как у других производителей.

Потери тепла двигателя отводятся частичным потоком между ротором и статором. Одновременно частичный поток смазывает оба гидроди­намических подшипника в полости ротора.

Наряду с экраном, являющимся герметичной составляющей частью, второй защитной оболочкой является корпус двигателя, что обеспечивает абсолютную герметичность насоса и отличает его от других исполнений не только компактной конструкцией, но и очень низким уровнем шума.

Благодаря примененному ГЕРМЕТИК передовому конструктивному решению без изнашивающихся двойных торцевых уплотнений и шаровых подшипников значительно увеличиваются интервалы технического облуживания насосов при их более надёжной и долговечной работе.

Только насосы HERMETIC отвечают в полной мере всем нормативам API 685. Они обеспечивают высокопроизводительное перекачивание различных сред, и в том числе:

  • опасных веществ, например: кислот, толуола, анилина, окиси этилена, сероводорода и т.п.
  • жидких веществ и газов в сверхкритических состояниях в условиях циклов высокого давления
  • радиоактивных жидкостей
  • продуктов с очень высоким давлением паров, таких как, углеводороды, сжиженные газы, пропан, бутан и т.д.
  • жидкостей с очень низкой вязкостью (<0,1сПз)

Насосы ГЕРМЕТИК безотказно работают даже в критических условиях эксплуатации, в частности, в диапазоне:

  • температур от -160 до +500 °С,
  • давлений в системе до 120 МПа,
  • мощности от 1 до 500 кВт,

Никакой другой производитель не может обеспечить работу насосов в таких широких вышеуказанных критических диапазонах и не имеет такого многообразия исполнения герметичных насосов, кроме как HERMETIC-Pumpen GmbH.

Насосы других производителей, включая и западных, работают только в определенных и зачастую ограниченных, в частности, по давлению, температуре, среде и материалам, условиях . При этом, к слову, следует отметить, что ранее относительно распространенные на постсоветском пространстве молдавские насосы сейчас приближаются по цене к зарубежным насосам, хотя в сравнении с последними они ещё более ограничены по условиям применения, а по качеству, надежности и прочим важным параметрам существенно уступают им.

Примечательным является и то, что HERMETIC-Pumpen GmbH на рынок России и СНГ предлагает только самые совершенные, надежные и долговечные насосы с экранированным двигателем для удобства наших заказчиков, учитывая их менталитет и уровень технологической дисциплины, хотя насосы с магнитной муфтой также выпускает и поставляет их, но в основном на западные рынки.

По своим конструктивным особенностям, насосы с магнитной муфтой имеют всё-таки ряд недостатков:

  • при использовании соединительной муфты требуется центровка ротора и защита сцепления
  • вентилятор электродвигателя производит существенный излишний шум, а применяемые опоры и шарикоподшипники являются не только шумопроизводящими, но и изнашивающимися деталями. Кроме того, они могут стать источником искрообразования
     
  • прокладка и уплотнение на приводном валу не обеспечивают 100 %-ную герметичность, поэтому не исключаются протечки
     
  • обязательно необходима фундаментная плита, тогда как насосы с экранированным двигателем в большинстве случаев могут благополучно эксплуатироваться и без неё
     
  • в конструкции статора предусмотрена только одна простая предохранительная оболочка, тогда как насосы с встроенным экранированным двигателем имеют двойную защитную оболочку, т.е., как бы двойную капсулу

Более подробное сравнение оставшихся двух типов герметичных насосов приводится в табличной форме:

О преимуществах насосов с экранированным двигателем

в сравнении с насосами с магнитной муфтой

 

Показатели

 

Насосы  с  встроенным экранированным двигателем

 

Насосы  с  магнитной муфтой

Безопасность

 

 

Наиболее важный показатель!!!

Имеет вторую герметичную по отношению к атмосфере оболочку безопасности. Герметично прочное исполнение клеммной коробки и кабельной проводки,  рассчитанное на номинальное давление, исключает  проникновение газа и жидкости.

За счет этого не происходит выброс вредных веществ в атмосферу при разрушении экрана в результате повреждения подшипников или коррозии.

Исключительно только насосы с экранированным двигателем  должны применяться на средах с высокой степенью риска, определяемой по специальной классификации по Хоммелю или по значению МАК :

- чрезвычайно опасные жидкости класса опасности и здоровья  4: синильная кислота, фосген, фтороводород,, монохлорная уксусная кислота, нитрил акриловой кислоты и т. д.

- Класс опасности и здоровья 3:

хлор, аммиак, амины, хлорноватая сульфокислота, гидразин, хлорная кислота и т. п.

- Класс пожароопасности по Хоммелю 4:

этилен, этан, пропилен, винилхлорид, масляные теплоносители такие, как дифил с относительно высоким давлением паров до 6,6 бар абс.  при 360ºС.

 

При таких же обстоятельствах безопасность насосов с магнитной муфтой подвергается существенному риску.  Такую опасность можно минимизировать только в том случае, если насос будет в исполнении с двустенным экранированным горшком и промежуточное пространство в нем должно находиться под постоянным контролем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сред более низкого класса опасности могут применяться обе системы насосов.

 

Взрывозащита

 

Исполненный в виде  единого узла из насоса и электродвигателя,  имеет более высокую степень надежности в отношении взрывозащищенности.

 

Приборы контроля обеспечивают защиту от сухого хода и превышения допустимых температур не только в двигателе, но и в самом насосе.

 

Могут являться источником возгорания  из-за сильного нагрева поверхностей и искр, возникающих механическим путем в результате сухого хода, горячего хода шарикоподшипников или от соприкосновения  внешней опоры магнита с экранированным горшком.

Чтобы достичь той же степени безопасности, насос с магнитной муфтой должен постоянно контролироваться на  сухой ход и превышение температуры.

 

Простота ремонта

 

Порча экрана приводит, как правило,  к повреждению обмотки, которую необходимо заменить или заново обмотать. Ремонт статора не представляет большой трудности, поскольку на предприятиях, как правило, имеются необходимые приспособления для нанесения обмотки двигателей или сварки экранов.

В случае повреждений необходим ремонт только механических частей, а не электрических.

 

Однако, при сухом ходе за счет потерь от вихревых токов может произойти быстрый рост температуры и перегрев постоянных магнитов.  Если это состояние  не распознать во время, может произойти частичное или полное размагничивание постоянных магнитов, ремонт которых не возможен.  В этом случае придется заменять внутреннюю, а в худшем случае и внешнюю опору магнита в комплекте.

 

Температура среды

 

Температурный диапазон применения определяется существенным образом классом изоляции двигателя.

При заданном классе изоляции существует функциональная связь между  максимально допустимой температурой среды и отдачей мощности двигателем: нагрузка составляет при 40ºC - 8 кВт, при 70ºC - 7 кВт, при 100ºC уже только  5,8 kW. Для более высоких температур >100ºC должны использоваться экранированные двигатели с посторонним охлаждением или, имеющие класс изоляции С.

Двигатели с посторонним охлаждением не  имеют ограничений в применении по температуре и  колебаниям температуры.

Стандартное исполнение без постороннего охлаждения  для температуры жидкости до 200ºC.

При использовании промежуточной детали между насосом и приводом возможна температура до 400ºC.

Применение при низких температурах  (ниже -10ºC) возможно только условно, поскольку имеется опасность обледенения внешней стороны экранированного горшка, что может привести к заклиниванию или блокировке магнитной опоры, особенно при запуске.

Поэтому насосы с магнитной муфтой не пригодны для перекачивания хладагентов.

 

Диапазон давления

Внешней опорой экрана является статор, а за пределами статора – усиливающие кольца. За счет этого возможно исполнение экрана с тонкими стенками и одновременно уменьшение потери вихревых токов.

Уже  построены и эксплуатируются насосы на 1200 бар системного давления с КПД  до 80% и более.

Применение при высоких системных давлениях проблематично, так как:

- отсутствуют внешние усиливающие кольца, как у экранированных двигателей,

- имеются механические воздушные зазоры изнутри и снаружи

- недостаточная прочность стенок экранированного горшка.

Хотя и существуют насосы с магнитной муфтой для более высоких системных давлений, однако для этого необходима значительная толщина стенок экрана горшка. Увеличение воздушных зазоров и толщины стенок может очень быстро привести, особенно при высокой мощности двигателя и скорости вращения, к потере экономичности.

 

КПД

 

 

 

В плане экономии энергии, несмотря на сравнительно неплохой КПД, насос с магнитной муфтой не превосходит насос с экранированным двигателем.

 

Момент запуска

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По сравнению с экранированным двигателем магнитная муфта в процессе пуска имеет существенные недостатки. В частности,

магнитная муфта может передавать только максимальный вращающий момент. При превышении вращающего момента, например, при прямом запуске двигателя, магнитная муфта

разрывается и не может синхронизироваться.

Чтобы противостоять  всем возникающим  во время пуска и эксплуатации пикам вращающего момента, магнитные муфты должны  быть тщательно рассчитаны и обеспечены необходимым резервом вращающего момента.

Другой возможностью устранения этого недостатка является лишь увеличение инерционной массы на стороне привода или использовании приборов плавного пуска.

Установка  и потребность

в площади

 

Незначительные расходы на установку насоса. Так как насос и двигатель являются единым узлом, то в принципе не требуется опорной рамы и специальных фундаментов.

Не требуется балансировки опорной рамы и муфт. Перетяжки при подключении трубопровода играют второстепенную роль.

Это особенно важно для перекачивания масляных теплоносителей  при высоких температурах.

За счет чрезвычайной компактности насосы требуют очень мало места. Это позволяет устанавливать насосы на относительно недоступных площадках, например кораблях, установках атомной энергетики.

 

Перетяжки и термические растяжения трубопровода  могут привести к ошибкам в соосности механической муфты и как следствие повреждениям подшипников качения.

Зазор между внешней опорой магнита и экранированным горшком составляет

от 0,5 до 1.0 мм  и поэтому нельзя исключить повреждение магнитной опорой внешней стороны экранированного горшка.

При этих обстоятельствах перекачиваемая жидкость может просочиться через шарикоподшипники наружу, а если речь идет о горючей жидкости, может привести к необратимым последствиям.

 

Шумы

 

 

 

 

 

 

При той же мощности - 53 dB

Шумы, обусловленные двигателем (ротором), подшипниками качения (как правило, 4 шт.), а также механической муфтой значительно выше, чем у экранированного двигателя.

 

Уровень шумов стандартного химического насоса с магнитной муфтой, типоразмер 50-200,  мощностью 11 кВт, составляет 70 dB.

Это означает, что уровень шумов магнитного насоса такой же, как у 50 насосов с экранированным двигателем!

 

Затраты

Насосы с экранированным двигателем для рабочих температур около 100°C имеют преимущество в цене.

При установке насосов с экранированным двигателем во взрывоопасной зоне потребуются только дополнительные расходы на приборы контроля.

 

Для эксплуатации одного насоса с магнитной муфтой требуется опорная плита, муфта и электродвигатель.

 

Для повышения надежности насоса, необходимо применение приборов контроля температуры и защиты от сухого хода, что увеличивает стоимость.

Для более безопасных насосов с двустенными системами магнитных муфт требуется еще и постоянный контроль утечки в промежутке между обоими экранированными горшками, что также повышает стоимость насоса.

                                                                                                                                                    

Особое внимание при сравнении типов насосов эксперты отводят перекачиванию сжиженных газов,

отличающихся от других сред особенно критическими параметрами:

- крутая кривая упругости паров (высокий риск парообразования);

- очень низкая вязкость (плохие условия для смазывания подшипников скольжения);

- испарение при атмосферном давлении (риск попадания в окружающую среду);

- углеводороды часто легковоспламеняемы, взрывоопасны, а также ядовиты и относятся к канцерогенам

 

Показатели:

Насосы с экранированным двигателем

Насосы с  магнитной муфтой

Безопасность

Двойной разделительный контур (между рабочей и внешней средой) обеспечивает максимальную безопасность

Только один контур, а если возникает необходимость создания второго контура, то требуется очень дорогостоящая и сложная комплексная газонепроницаемая уплотнительная система

Давление пара

Выдерживается самое высокое давление при установке вспомогательного рабочего колеса

Величина давления пара ограничена

Напор

Многоступенчатая конструкция в тандемном исполнении позволяет достичь самых высоких величин (порядка 1000 м)

Дифференциальный напор ограничен.

Нет тандемной конструкции

Самые низкие вязкости

Вертикальная установка обеспечивает при этом нормальную работу подшипников

Вертикальная установка невозможна

Монтаж и установка

Закрытая капсульная конструкция предусматривает простой и быстрый монтаж

Монтаж через муфту требует центрирования валов, дорогостоящей рамы и строгий дорогостоящий контроль при эксплуатации

Подшипники

Только два, смазываемых перекачиваемым продуктом, подшипника скольжения

Два подшипника скольжения, 4 подшипника качения (это источники повышенного шума и изнашивающиеся детали !!!)

Работа и обслуживание

Наименьшая вероятность отказа (лучшая величина MTBF - Mean Time Between Failures - средняя наработка на отказ, среднее время безотказной работы)

и самая низкая величина стоимости обслуживания жизненного цикла, что обеспечивает приличную окупаемость

Эксплуатационные и рабочие расходы затратны и сравнимы с величинами, относящимися к насосам      с механическими уплотнениями

Уровень шума

Самый низкий уровень шума, благодаря отсутствию каких бы то ни было муфт и подшипников качения

Подшипники качения, муфта и вентилятор двигателя производят чрезмерно высокий уровень шума

 

Вышеизложенный сравнительный анализ показывает неоспоримые преимущества насосов с экранированным двигателем по сравнению с магнитной муфтой  при  применении  в  сложных  условиях  эксплуатации.

 

По совокупности параметров, связанных  с назначением насоса, ступенями давления, температурой, классом опасности рабочей среды, требованиями по взрывозащите и технике безопасности, насосы с экранированным двигателем имеют больше преимуществ.

 

Приводы с магнитной муфтой могут являться альтернативой лишь простым торцевым уплотнениям, а уже двойным торцевым уплотнениям более надежной альтернативой могут быть только приводы на основе встроенного экранированного двигателя.

 

Поэтому, согласно мировым тенденциям, в связи с ужесточением  требований, предъявляемых к охране здоровья и обеспечению техники безопасности,  механические торцевые уплотнения во все возрастающей мере заменяются герметичными системами, представленными в конструкциях  насосов немецкой компании  ГЕРМЕТИК-Пумпен ГмбХ.

 

По статистике, срок безотказной работы у насосов HERMETIC в 3-5 раз больше, чем у насосов других производителей !!!

 

К сведению, при приемке насосы Герметик подвергаются как стандартным, так и специальным испытаниям:

 

гидравлические испытания:

 

      -  пробный пуск и проверка на гарантию показателей в рабочей точке по ISO 9906 – класс 2 (5 точек измерения),

 

испытания конструкции:

  -  опрессовка,

 -  измерение величины осевого сдвига,

 -  испытания на герметичность (азотом).

  -  балансировка вала и рабочего колеса

По желанию заказчика проводятся и могут быть сертифицированы и другие испытания,  например,  проверка кавитационного запаса, испытание на герметичность гелием и пр.

Гарантия в рамках  действующих условий поставки фирмы Герметик составляет, как правило, 24 месяца с момента пуска насоса    в эксплуатацию, но не более 30 месяцев после поставки.