Как работает перистальтический шланговый насос

Перистальтические насосы - это распространенное название разновидности насосов объемного действия для перекачивания жидкостей, а именно - шланговых насосов. Принцип работы перистальтических насосов основан на воздействии на эластичную трубку (шланг) набора механизмов (обычно, движущихся по окружности роликов), которые продвигают жидкость от входа насоса к выходу. В конструкцию системы, как правило, входят следующие детали: полимерная трубка или армированный шланг (чаще применяется в промышленных системах), приводная система с нажимными роликами, прижимная площадка, к которой роликами прижимается рабочий объем трубки, способствуя продвижению порции жидкости.

История перистальтических насосов

Как и другие типы насосов, например, винтовые, поршневые, роторные, пластинчатые, шестеренные, перистальтические насосы известны достаточно давно и имеют, как преимущества, так и недостатки. Свое название устройства данного типа получили от биологического явления - перистальтики, представляющего собой сокращение, в виде волн, мышечных стенок полых трубчатых органов, способствующих перемещению их содержимого. Значительное распространение и популярность, трубчатые насосы получили в 60-х годах 20-ого века, уверенно заняв свою нишу в различных сферах. Причиной появления этого типа насосов стала потребность химической, биологической и пищевой отраслей в равномерной, дозированной и точной подаче жидкостей. Такие насосы стали производить серийно в ряде промышленно развитых стран: США, Германия, Великобритании, Японии. Компании этих государств и сейчас остаются лидерами в производстве таких систем, уделяя большое внимание научным исследованиям и разработкам при совершенствовании конструкции. Современные перистальтические насосы стали сложными, прецизионными, автоматизированными системами.

Принцип действия перистальтических насосов

Перистальтические насосы относятся к объемным перекачивающим и дозирующим системам. Как работает перистальтический насос? Суть работы насоса в том, что жидкость перемещается по причине изменения объема рабочей камеры, то есть части канала применяемой в конструкции трубки. Сжатие камеры происходит под воздействием вращательных и сдавливающих движений, совершаемых рабочим органом насоса, который, в свою очередь, приводится в действие внешним двигателем. В перистальтических насосах рабочим органом, чаще всего, выступает цилиндрическая головка - ротор, на которой закреплены ролики (или нажимные башмаки с роликами). Перекачиваемая жидкость перемещается по сдавливаемой роликами трубке, от входного отверстия к выходному.

Типы перистальтических насосов

Необходимо остановиться на некоторых специфических особенностях конструкций перистальтических насосов. По ряду признаков перистальтические насосы делятся на несколько групп.

1. По общему решению конструкции:

• моноблочные (cased pump);
• модульные (отдельные блоки).

2. По типу используемой рабочей камеры (трубки):

• трубчатые перистальтические насосы;
• шланговые перистальтические насосы.

В инженерном плане они отличаются применением разных рабочих камер - эластичных проточных элементов, в качестве которых применяются, как трубки, так и специализированные шланги.

Трубки для перистальтических насосов, как правило, изготавливают из различных полимеров, с разной прочностью, эластичностью, химической стойкостью (а в ряде случаев, химической нейтральностью). Шланги производят из различных видов резины, армированных разными вставками. Перистальтические шланговые насосы характеризуются такими особенностями, как наиболее частое использование в промышленных целях, для перекачки больших объемов жидкостей, иногда с содержанием твердых включений. Кроме того эти устройства позволяют перекачивать различные промышленные шламы.

3. По количеству используемых головок:

• одноголовочные (одноканальные);
• многоголовочные (многоканальные).

Сейчас, за редким исключением, приводы чаще всего бывают универсальными и головки на них устанавливаются друг за другом в многоголовочный блок, работающий синхронно. Более того, существуют и многоканальные головки позволяющие установить сразу несколько рабочих шлангов.

 4. По типу рабочие головки:

• прямого типа;
• поворотного типа.

В головках прямого типа трубка расположена вертикально и огибает ротор дугой, при этом за один цикл только один ролик прижимает трубку к опорному треку расположенному сверху. Головкой прямого типа является система FlipTop, которая позволяет быстро производить замену трубки, например, для другого технологического процесса.

Работа перистальтических насосов с головками поворотного типа предполагает, что трубка огибает ротор по дуге горизонтально, а ролики прижимают ее к треку в нескольких точках поверхности.

В некоторых моделях прижимной трек может вообще отсутствовать, а прижим рабочей трубки к ротору осуществляется за счет предварительного натяжения.

Физическая производительность перистальтических насосов в прямую зависит от скорости вращения вала двигателя и соответственно привода, внутреннего сечения рабочего элемента (эластичной трубки) и количества рабочих роликов (обычно, от 2 до 8), от которого зависит, в том числе, и равномерность потока жидкости.

 5. По назначению использования:

• перекачивающие перистальтические насосы;
• дозирующие перистальтические насосы.

Дозирующие перистальтические системы это особый тип точных, прецизионных устройств, часто оснащенных автоматизированным управлением, позволяющих точно и равномерно дозировать подачу жидкости. Такие насосы, обычно, применяются в лабораторных исследованиях для точного разлива различных проб.

 6. По основным направлениям применения (две основные сферы):

• лабораторные перистальтические насосы;
• промышленные перистальтические насосы.

Технические особенности перистальтических насосов

 1. Герметичность системы и отсутствие воздействия внешних факторов. В перистальтических насосах жидкость движется по эластичной трубке, выполненной из инертных полимерных материалов, не соприкасаясь с другими деталями устройства, что исключает попадание посторонних примесей. Этот момент очень важен в работе химических, биологических и медицинских лабораторий.

 2. Возможность дозирования жидкостей различной вязкости, содержащих различные осадки и абразивные материалы. Технические особенности перистальтических систем позволяют прокачивать жидкости различной вязкости, также содержащие различные тяжелые осадки и абразивы, что очень важно в технологических процессах целого ряда производств. Для обеспечения таких возможностей в промышленных перистальтических насосах устанавливаются шланги из специализированных износостойких материалов, что значительно повышает надежность устройств.

 3. Возможность холостой работы без повреждений механизмов. Перистальтические насосы допускают работу без перемещения перекачиваемой среды, то есть «вхолостую». При этом не происходит избыточного износа механизмов и уменьшение общего ресурса. Наличие такой возможности очень важно в прерывающихся производственных процессах.

 4. Наличие реверсивного режима работы. Конструктивные особенности перистальтических насосов позволяют им работать как в прямом, так и в обратном (реверсивном) режиме, что важно в некоторых лабораторных, химических и медицинских процессах.

 5. Низкая частота обслуживания. Перистальтические насосы не требую частого технического обслуживания. Так большая часть современных моделей, не требует постоянной смазки подвижных частей и могут проходить ТО раз в несколько месяцев.

 6. Ограничения рабочего диапазона температур. Этот параметр, скорее, ограничивает возможности данного типа насосов. При их использовании нужно следить за температурой перекачиваемой среды. Самой чувствительной к этому фактору деталью насоса является трубка (шланг).

Здесь нужно отметить, что если перистальтический насос применяется для перекачки низкоагрессивных сред при умеренных температурах, то достаточно трубки из сантопрена, а при большой химической агрессивности сред и температурных нагрузках необходимы шланги из силикона.

 Преимущества и недостатки перистальтических насосов

• Инженерная простота и оптимальность конструкции.
• Высокая герметичность системы.
• Минимизация в конструкции трущихся механических элементов.
• Надежность и низкий износ – износу подвержен только трубчатый элемен.
• Изолированность системы, в которой перекачиваемая среда контактирует только с материалом эластичной трубки.
• Возможность работы со средами, содержащими различные включения.
• Исключительно высокая стабильность и точность работы с возможностью удобного управления.
• Возможность работы в «холостом» и реверсивном режимах.
• Высокая степень готовности системы к запуску в нужный момент.
• Низкая трудоёмкость установки, удобство обслуживания и чистки.
• Высокая ремонтопригодность.
• Сравнительно низкий уровень шума.

   Недостатки:

• Доступные материалы трубок накладывают ограничения по температурному диапазону использования насосов – для большинства вариантов это от 0 до 90°C.
• Ограничение диапазона рабочего давления перистальтического насоса (для трубчатых насосов - до 7 атм, для шланговых насосов - до 16 атм).
• Ограничения по уровню химической агрессивности перекачиваемых сред. Хотя существуют трубки и шланги для агрессивных сред.
• Относительно низкая производительность при работе с вязкими средами.

Основные сферы применения перистальтических насосов

• Медицина. Очень широко применяются перистальтические системы в медицине для процессов перекачки крови и ее компонентов. Они идеально подходят для этой цели, так как обеспечивают равномерный процесс с малой скоростью, не разрушая элементы крови и легко стерилизуются. Незаменимы они в трансплантологии для поддержки циркуляции крови при проведении хирургических операций.
• Лабораторные исследования. В лабораториях, как правило, применяются дозирующие перистальтические насосы при подготовке и разливе проб перед проведением анализов.
• Пищевая промышленность. Техническая способность перистальтических насосов перекачивать вязкие жидкости и среды (различные карамели, джемы, тесто, концентраты, пасты и т. д), делает их чрезвычайно востребованными в пищевом производстве.
• Сельское хозяйство. Применение перистальтических насосов в сельскохозяйственной отрасли может быть очень перспективным. С помощью них можно перекачивать удобрения с различной химической активностью, пищевые продукты различной вязкости, технологические осадки и отходы.
• Химическая и биологическая промышленность. Здесь перистальтическими насосами подают растворы и среды различной химической активности, а также отводят стоки со взвешенными частицами. Часто такими насосами подаются чистые химические среды для производства чистых химических реактивов.
• Атомная отрасль. Перистальтические насосы перекачивают радиоактивные отходы, что значительно снижает возможный уровень радиоактивного загрязнения оборудования.
• Другие отрасли промышленности. Перистальтическими насосами могут подаваться различные вещества: химикаты, добавки, пульпы, катализаторы, красители, растворители, очищающие и моющие растворы, охладители, масла и смазки и т.д.
• Строительство. Здесь используются модели перистальтических насосов с большой производительностью, с помощью которых откачивают различные шламы и загрязненные воды, а также обеспечивают подачу строительных смесей, клеев, красок и т.д.
• Водоочистка. Здесь важную роль играет возможность перемещения перистальтическими насосами влажных осадков, например, из отстойников, различных технологических эмульсий и суспензий.

Возможности применения перистальтических трубчатых и шланговых перекачивающих устройств широки, их можно использовать в большом количестве производственных отраслей и задач.

 Как выбрать перистальтический насос?

У многих потенциальных клиентов возникает вопрос: «Как и по каким критериям выбрать перистальтические насосы?» Учитывая изложенную выше информацию, выбирать насосы следует исходя из задач, которые предстоит решать и условий, в которых будет эксплуатироваться оборудование.

Выбирая перистальтические насосы, необходимо обращать внимание на следующие параметры:

• Какие вещества необходимо перекачивать.
• Мощность и производительность устройства.
• Максимальное рабочее противодавление.
• Точность дозирования веществ.
• Типы головок, которые могут применяться на устройстве.
• Наличие функции реверса.
• Возможность замены трубок в конкретном типе головок.
• Тип материалов трубок, которые допустимо применять на головке (головках) насосе.
• Удобство управления и степень автоматизации устройства.
• Комплектацию.
• Класс защиты и взрывобезопасность промышленных перистальтических насосов.
• Наличие сертификатов качества и соответствие нормам законодательства РФ.
• Наличие дополнительных функций.

Существующий современный чрезвычайно широкий ряд типов и моделей перистальтических трубчатых и шланговых насосов позволяет подобрать оборудование этого типа для решения практически любых производственных и лабораторно - исследовательских задач.

Перистальтические насосы промышленные