Оптимальное сжатие шланга, химическая стойкость и температурные ограничения: инженерные нюансы

Перистальтические насосы

Сила давления на шланг, химическое воздействие и температура: что важно знать при выборе

Три фактора, определяющие ресурс и стабильность
Перистальтический насос часто воспринимают как простую и неприхотливую конструкцию, но долговечность и качество работы напрямую зависят от трёх параметров:

степени сжатия шланга;
стойкости шланга к перекачиваемой среде;
температуры среды.

Степени сжатия шланга для перистальтического насоса

Оптимальное сжатие	Недостаточное сжатие	Пережатый шланг	Несжатый шланг (холостой ход):
Шланг полностью перекрыт роликом или башмаком, но без избыточной деформации. Обеспечивается максимальная производительность и ресурс.	Шланг не перекрыт полностью. Возникает обратный поток через центральную часть шланга, падает производительность, появляется вибрация. Часто происходит при износе шланга или ослаблении прижатия шланга.	Чрезмерная деформация вызывает локальные напряжения, микротрещины в армирующих нитях, ускоренный разрыв. Обратные перетечки по шлангу также происходят через образующиеся по краям внутреннего прохода шланга.	Жидкость не перемещается, насос работает всухую без нагрузки.

Сила, с которой шланг сжимается регулируется установкой/снятием вкладышей под ролик/башмак насоса.

Стоит помнить, что излишнее количество вкладышей может привести к падению производительности (из-за возникающих перетечек), а также к преждевременному износу шланга (каждый новый вкладыш добавляет к точечному давлению на шланг усилие в дополнительную тонну).

Высокие давления всегда лучше достигать только на башмаковых насосах. Для роликовых насосов важно, что давление оказывается на малую площадь контакта — повышение рабочего давления требует увеличения сжатия, что сокращает ресурс шланга. Для башмачных насосов нагрузка распределена на большую площадь, поэтому можно достичь давления 15-16 бар без столь критического влияния на срок службы шланга.

Практический совет: для точной подачи и увеличения срока службы шланга всегда измеряйте рабочее давление и следуйте инструкциям производителя насосов по установке точного количества вкладышей в зависимости от реального давления и скорости работы насоса. Также уменьшить воздействие ролика/башмака на шланг помогает перистальтическая смазка. Она уменьшает трение и отводит тепло.

Температурные ограничения

Для армированных шлангов максимальная периодическая рабочая температура — 80°C. Для некоторых термопластичных трубок — до 120°C, но они не армированы и не пригодны для высоких давлений.
При температурах выше 60°C срок службы шланга начинает снижаться экспоненциально.
Важный эффект — при высокой температуре и агрессивных средах может начаться расслоение внутреннего слоя шланга (сначала теряется эластичность, затем появляются трещины).
В пищевых применениях пользователи часто забывают указывать промывку горячими растворами (CIP). Температура выше 60°C и агрессивные моющие средства резко сокращают жизнь даже пищевых шлангов NR-A и NBR-A.

Практический совет: для избежания преждевременного выхода из строя перистальтического шланга, постарайтесь максимально снизить рабочую температуру перекачиваемой среды, например дайте ей остыть перед перекачиванием в исходной емкости, увеличьте длину всасывающего рукава для остывания среды по пути в насос, максимально занизьте скорость работы насоса/установите насос большего типоразмера для работы на низких оборотах, измените процедуру CIP-мойки, снизив температуру и увеличив время промывания, добавьте байпасы для обхода перистальтических насосов во время мойки.

Воздействие агрессивных сред. Таблицы химической стойкости

Это может быть не очевидно, но эластомерные шланги, также как и любые сплавы имеют индивидуальный уровень стойкости не только к определенным химическим соединениям, но даже к одним и тем же материалам, но разной концентрации и при разной температуре. Именно поэтому выбор перистальтического шланга по принадлежности к одному из 5 классов имеет весьма условную точность. При подборе материала шланга обязательно нужно точно знать точное название химического вещества (желательно с формулой), концентрацию и температуру среды. Только в таком случае, с учетом механической стойкости к истиранию шлангов, возможен адекватный подбор.

Часто случается, что применяемые на том или ином предприятии среды отсутствуют в специализированных таблицах химической стойкости. В данном случае можно провести процесс замачивания кусочков резины шланга в среде и принять решение о пригодности по изменению веса образца и влиянию на его внешний вид и физические характеристики.

Важные ограничения
Перистальтические насосы не могут работать с шлангами из фторопласта – этот материал слишком жесткий. Существуют фторированные каучуки (FKM, VITON), но они относительно продолжительно работают только в лабораторных насосах в виде экструдированных трубок. Если брать армированные шланги из фторэластомеров, то их срок службы будет вряд ли больше нескольких недель при высокой стоимости, что делает их применение нецелесообразным.

Дополнительные факторы для подбора перистальтических шлангов под конкретные химические среды.

Адгезивность – все армированные перистальтические шланги подвержены адгезивному воздействию клеев. Среди гибких трубок оптимальным решением является силикон, но для него нет конструкции на работу под давлением.

Механическая стойкость – самый механически стойкий материал перистальтических шлангов – натуральный каучук (NR). Часто именно ему отдается предпочтение даже если его химическая стойкость к рассматриваемой среде чуть ниже других материалов.

Концентрация – в некоторых случаев агрессивность кислот падает с ростом концентрации и наоборот. В любом случае, данный параметр очень важен для правильного подбора материала перистальтического шланга.

Промывка – помимо основной перекачиваемой среды в некоторых применениях дополнительно осуществляют промывку оборудования и магистралей между сменами. Такой подход распространен особо для пищевой, фармацевтической, косметической отраслей (CIP-мойка). Именно поэтому при подборе материала шланга необходимо еще учитывать и его стойкость к промывочным растворам.

Zufer