Много раз, принимаясь за написание этой небольшой статьи, ловил себя на мысли, что это никому не нужно, ничего нового по теме рассказать уже просто невозможно и вообще – это набор всем известных фактов. Однако каждодневное общение с покупателями и эксплуатантами насосного оборудования приводит к осознанию необходимости структурировать типы эластомеров в насосах.
Итак, приступим!
Википедия называет эластомерами «полимеры, обладающие высокоэластичными свойствами и вязкостью. Резиной или эластомером называют любой упругий материал, который может растягиваться до размеров, во много раз превышающих его начальную длину (благодаря эластомерным нитям), и, что существенно, возвращаться к исходному размеру, когда нагрузка снята».
Существуют как природные полимеры - каучук (сок/смола каучуконосных растений – например гевеи бразильской), так и искусственные каучуки – синтетические.
Именно развитие нефтехимии и прорыв в синтезе каучуков послужили появлению целого ряда типов насосов.
Применение эластомеров в насосах
Большая часть насосов имеет в своей конструкции эластомеры.
По сути, их применение насосах можно разделить на четыре основных группы:
• Уплотнения корпуса (прокладки корпуса, o-ring и т.д.)
Часто насосная часть агрегата имеет разборную конструкцию, соединить две твёрдые части корпуса без прокладки из упругого материала можно, но нам же важна герметичность.
Так может взять и на герметике собрать? Тогда каждая сборка и разборка превращается в непростую задачу. Так что самым оптимальным вариантом выглядит использование материала, который многократно способен сжиматься и разжиматься, не теряя своих свойств. И различного рода резины и силиконы подходят в этом случае просто замечательно!
Ещё одной точкой в насосе, где требуется создать герметичность, является вал насоса.
В подавляющем большинстве насосных агрегатов рабочая часть, будь то шестерни, рабочее колесо, импеллер и т.д., механически связана с приводом (в основном это электродвигатели). И здесь на смену устаревших сальниковых набивок из пропитанного графитом шнура приходят манжеты и торцевые уплотнения из современных полимеров: PTFE (фторопласт), EPDM (этилен-пропиленовый каучук), FKM (FPM, витон, фторкаучук), NBR (бутадиен-нитрильный каучук) и множества других!
Кстати, многие не понимают разницы между манжетами и сальниками.
Манжета – это уплотнение только из эластомера, которое применяется при возвратно-поступательных движениях штока (плунжера). Оно используется в гидравлических и пневматических цилиндрах и выдерживает большое давление.
Сальник – это радиальное уплотнение вращающихся соединений, не держит большого давления. У сальников, в отличие от манжет, есть металлокаркас, конструктивная разница между манжетой и сальником - в наличии или отсутствии металлокаркаса. Сальники ещё называют армированными манжетами.
• Рабочий орган насоса (импеллер, обойма, мембрана, шланг) А тут мы, как раз, приступаем к самому интересному.
Ряд типов насосов мог бы и вовсе не появиться, не научись химики-технологи создавать синтетические материалы с заданными свойствами. Импеллерные насосы, в которых рабочим колесом является мягкий импеллер (резиновая крыльчатка-звёздочка) – яркий тому пример. Многократное динамическое изменение геометрии и возвращение к исходной форме, химическая стойкость к перекачиваемым жидкостям, к истиранию абразивными включениями - и всё это благодаря Neopren'у/ Неопрену, Viton/Витону и EPDM.
Насосы перистальтического типа, насосы мембранные, насосы винтовые – все они появились и получили широчайший спектр практического применения именно с развитием и появлением новых эластомеров.
Импеллер
Обойма
Обойма
Импеллер
Мембрана
Шланг рабочий перистальтического насоса
• Футеровка
Применяется не так часто, суть – нанесение на прочное металлическое рабочее колесо и/или проточную часть упругих полимерных материалов, позволяющих увеличить стойкость к перекачиваемой среде, износостойкость к абразивам и т.д. Например, футерованный резиной шламовый насос меньше изнашивается песком и камнями в перекачиваемой очень грязной воде, чем чугунный.
Следовательно, использование полимерных материалов в насосах сводится либо к обеспечению герметичности проточной части, либо к собственно перекачиванию жидкостей в качестве рабочего органа насоса.
Основной характеристикой при проектировании или подборе насоса, помимо материала изготовления корпуса проточной части, становится и химическая стойкость материалов прокладок, уплотнений, мембран, импеллеров, обойм (статоров) к перекачиваемой среде.
Наиболее распространенными материалами являются:
- этилен-пропиленовый каучук (EPDM) – для пищевой промышленности и щелочных жидкостей,
- нитриловая резина (NBR) – при перекачивании ГСМ и нефтепродуктов,
- фторкаучуковая резина (Viton, FPM) - при перекачивании кислотосодержащих жидкостей,
- Santoprene/Неопрен – нейтральные пищевые жидкости,
- PTFE/PVDF - кислоты (с исключениями).
Таким образом, большая часть таблиц подбора материалов для насосов выглядит
примерно так:
Description
Chemical formula
Concentration in %
Density [kg/dm³]
Danger class (acc. to VbF)
Temperature [in C°]
PP
PVDF
ETFE
PPS (Ryton ®)
FPM (Viton ®)
NBR (Perbunan ®)
EPDM
PTFE / FEP
Acetaldehyde
CH3-CHO
40
20
+
+
+
+
+
-
+
+
Acetaldehyde
CH3-CHO
40
40
o
+
+
+
+
-
+
+
Acetaldehyde
CH3-CHO
40
60
o
+
+
+
o
-
+
+
Или так –
Или так –
Для общего понимания, прилагаю таблицу с краткими характеристиками полимеров/ эластомеров, которые наиболее часто используются в насосах и уплотнениях:
Материал
Химический состав
Описание
Рабочая температура
Минимум
Максимум
Полипропилен
Чистый полипропилен
Термопластик, который устойчив к воздействию щелочей и сильных кислот.
(0°C)
(70°C)
ПВДФ (PVDF)
Чистый поливинилиденфторид
Сильный фторопласт с превосходной химической стойкостью.
(-12°C)
(104°C)
Синтетический каучук (BUNA, NBR)
Бутадиенакрилонитрильный каучук
Резина общего назначения. Устойчив к воздействию масла, воды.
(-12°C)
(88°C)
ЭПДМ (EPDM)
Тройной этилен-пропиленовый каучук (с диеновым сопономером)
Хорошая стойкость к слабым кислотам, моющим средствам, щелочам, кетонам и спиртам.
(-40°C)
(121°C)
Фторкаучук (FKM)
Фторуглеродный каучук
Хорошая химическая стойкость и высоко температурные свойства. Устойчив к большинству кислот, алифатических, ароматических и галогенизированных углеводородов, масел, смазок и топлива.
(-40°C)
(177°C)
Неопрен
Хлоропреновый каучук
Эластомер общего назначения с хорошей устойчи- востью к умеренным химикатам, маслам, смазкам, растворителям и некоторым хладагентам.
(-18°C)
(100°C)
Сантопрен (SantoprenTM)
Полностью выдержанные EPDM частицы, инкапсулированные в полипропиленовую (ПП) матрицу
Термопластичный эластомер с хорошей износостойкостью, химической стойкостью к широкому спектру растворителей и химических веществ. Отлитый в форму под давлением, без слоя ткани.
(-40°C)
(107°C)
Хайтрел(Hytrel®)
Термопластичный полиэфирный эластомер
Сочетает в себе устойчивость и гибкость эластомеров с прочностью пластика. Устойчив к воздействию кислот, щелочей, аминов и гликолей. Отлитый в форму под давлением, без слоя ткани.
(-29°C)
(104°C)
Полиуретан
Полиэфируретан
Термопластик, который обладает отличной стойкостью к истиранию.
(0°C)
(66°C)
Фторопласт (PTFE)
Политетрафторэтилен
Химически инертный. Устойчивость к широкому спектру химических веществ.
(4°C)
(107°C)
Фторированный этилен-пропилен (FEP)
Cополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена
Схож с фторопластом по составу и химической стойкости. Используется при инкапсуляции FKM уплотнительных колец для улучшения химической стойкости.
(4°C)
(107°C)
* SantopreneTM является зарегистрированной торговой маркой компании Exxon Mobil Corp. Hytrel® является зарегистрированной торговой маркой компании DupontTM
Резюмируем: После прочтения данной статьи, вы получили общее представление о применении эластомеров в насосах, однако иногда в незаметных деталях кроются возможные проблемы. Именно поэтому менеджеры фирмы Ампика всегда уточняют, для какой жидкости требуется насос и перепроверяют правильность выбора клиента. Отнеситесь к этому с пониманием, ведь наше стремление продать то, что будет работать долго – это Ваш прямой интерес.
