ПРИМЕНЕНИЕ ЛАМИНАРНЫХ НАСОСОВ В МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Авторы: Бендерович Виктор Анатольевич, Лунаци Эрнест Джинович, Шеина Анна Евгеньевна

Перекачивание вязких продуктов до сих пор является одной из самых сложных задач, с которой сталкиваются инженеры, технологи и механики на различных производствах. Данная задача может еще больше усложниться, если не допускается повреждение продукта в процессе перекачивания. С подобной проблемой сталкиваются предприятия и заводы, изготавливающие молочные продукты [3].

Для перекачивания майонеза, кефира, сгущенного молока, сметаны, йогурта с кусочками ягод, сливочного сыра, сливочных десертов требуются специальные насосы, «бережно» перекачивающие вязкие продукты [4,6].

На молочных заводах широко применяются центробежные насосы, возможности которых снижаются, если нужно перекачивать вязкие жидкости. Наибольшая вязкость, при которой на практике применяются центробежные насосы, равна 450- 500 сСт. Увеличение вязкости перекачиваемой среды изменяет характеристики насосов [3]. При этом подача и напор снижаются вдвое, а мощность значительно увеличивается. Это свойство накладывает ограничения при проектировании технологического производства таким образом, чтобы перекачивать сильно разбавленные среды (в основном, водой) там, где хотелось бы перекачивать более густые жидкости. После откачки продукт приходится отстаивать или выпаривать. Тратится много лишней энергии, усложняются технологические процессы и установки.

Одновинтовые и трехвинтовые насосы предназначены для вязких сред. Ресурс этих насосов зависит от стойкости винтов и, особенно, обойм, изготовляемых из различных эластомеров (резин). Износ резиновых обойм одновинтовых насосов, кроме потери расчетных подачи и давления, приводит к засорению продуктов частицами резины. Это особенно опасно в молочных производствах, где приходится браковать партии готового продукта из-за обнаружения резиновой крошки в кефире, сметане и других продуктах. Несмотря на усилия разработчиков, достигаемые надежность и долговечность невелики.

В 90-х годах прошлого века в США и с 2004 года в России освоен выпуск дисковых насосов (в России их называют «ламинарными» типа ОНЛ) [1,5]. Они способны перекачивать чистые невязкие и вязкие среды. По внешнему виду эти насосы очень похожи на центробежные, но по конструкции ОНЛ принципиально отличаются от центробежных насосов. За счет специальной геометрии рабочего колеса и отвода насоса, конструктор стремится обеспечить ламинарное течение жидкости в насосе. Ламинарные насосы способны перекачивать как чистые, так и жидкости с твердыми включениями с вязкостью до 300000 сСт [1] . Эти насосы могут перекачивать легко вспенивающиеся среды (яичный белок) и жидкости, для которых не желательно динамическое воздействие, портящее их структуру (йогурт, майонез).

Ламинарные насосы по сравнению с центробежными обладают невысоким КПД, порядка 30-50% (это близко к уровню винтовых и роторных насосов), но они надежны, неприхотливы к жидкостям, удобны для ремонта (как обычные центробежные насосы). Удобство ремонтных работ заключается в отсутствие простоев, ненужности квалифицированных работников сервисной службы (которых сейчас на производстве все меньше). Регулирование режима прикрытием задвижки или с помощью частотного преобразователя происходит так же, как и у центробежных. В этих насосах нет таких изнашивающихся элементов, как резиновые обоймы или карданные соединения. Одинарное или двойное торцовое уплотнение, конструкция которого зависит от свойств перекачиваемой жидкости и режима работы, делает эти насосы надежными.

На рис. 1 показаны поля режимов по подаче и напору ламинарных насосов разного назначения со «щадящим» перекачиванием или без него. Литера «р» в аббревиатуре ламинарных насосов ОНЛр указывает на наличие специальных ребер в рабочем колесе. Рабочие колеса ламинарных насосов бывают двух видов: с ребрами или без ребер. Рабочие колеса без ребер обеспечивают щадящее перекачивание вспенивающихся жидкостей.

 Рис.1 Поля режимов ламинарных насосов:
а) для щадящего перекачивания (ОНЛ); б) в отсутствие требований по «щадящему» перекачиванию (ОНЛр).

На рис.2. показаны разрезы проточных частей ламинарных насосов с различным видом рабочих колес: с ребрами и без ребер.

Рис.2. Разрез проточных частей ламинарных насосов:
1) с рёбрами 2) без рёбер

За счет отсутствия ребер режим течения в ламинарном насосе приближается к ламинарному. За счет этого не повреждается структура жидкостей, которым она свойственна. При турбулентном режиме неизбежно ее разрушение и потеря ценных качеств, что происходит в случае перекачивания жидкости центробежными насосами, лопатки рабочих колес которых разрушают структуру перекачиваемой среды. При перекачивании жидкостей, содержащих твердые включения, обеспечивается сохранение их формы, легко разрушаемой при ударе лопастями рабочих колес центробежных насосов (важно при перекачивании йогурта с кусочками ягод). Известным фактом является и то, что ламинарные насосы обладают меньшим износом проточных частей [5].

Ламинарные насосы ОНЛ уже применяются предприятиями, занимающимися изготовлением молочных продуктов. Они перекачивают всевозможные вязкие добавки, майонез, йогурт с кусочками ягод, сметану, кефир, сливки, простоквашу, творожок и другие продукты. Насосы ОНЛ с двойными торцовыми уплотнениями и бачками гидрозатворов обеспечивают работу вакуум-выпарных установок «Виганд» в производстве сгущённого молока с сахаром (рис.3). Насосы ОНЛ используются при производстве сыворотки и ряженки. Для молочных производств насосы ОНЛ изготавливаются с быстроразъемными «молочными» патрубками, при этом двигатель может быть укомплектован защитным кожухом (рис.3). Последнее требуется для оборудования, которое применяется в молочных производствах.

На рис. 3 показан внешний вид ламинарных насосов ОНЛ с "молочными" быстроразъемными патрубками.

Рис.3. Моноблочные конструкции ламинарного насоса ОНЛ:
а) ламинарный насос с двойным торцовым уплотнением и бачком гидрозатвора;
б) ламинарный насос с кожухом.

На рис. 4. представлена характеристика ламинарного насоса ОНЛ, испытания на воде. КПД этого насоса в оптимальной точке 51%. 

Рис. 4 Характеристики насоса ОНЛ с двигателем 5,5 кВт при 1410 об/мин.

Описанные ламинарные насосы, способны помочь различным молочным производствам решить проблему с перекачиванием вязких продуктов. Ламинарные насосы – это еще один, сравнительно новый, инструмент для решения подобных задач.

Выбор всегда остается за конструкторами, механиками и технологами. Материалы, представленные в данной работе, позволят механикам, технологам и конструкторам расширить знания о конструкциях, характеристиках и возможностях ламинарных насосов в молочной промышленности.

---