Inzicht in slijtagefactoren voor slangen van peristaltische pompen en andere componenten

Overzicht

Laten we eerlijk zijn, we weten allemaal dat simpeler beter is. De eenvoud van een peristaltische doseerpomp maakt het een zeer betrouwbare methode voor het injecteren van een breed scala aan chemicaliën in waterzuiveringsinstallaties. Inzicht in de variabelen die slijtage van de pompcomponenten veroorzaken, met name slijtage aan de pompslang, kan de lezer helpen bij het correct specificeren van de pomp voor een specifieke toepassing.

De nieuwe generatie van peristaltische chemische doseerpompen is heel anders dan de lagedruk laboratoriumpompen die de meeste mensen in een ziekenhuisomgeving zien. Deze industriële werkpaarden kunnen nu agressieve chemicaliën verpompen, zoals 12% natriumhypochloriet (chloor), 50% natriumhydroxide, 97% zwavelzuur en 85% fosforzuur, bij systeemdrukken tot 125 psi. Sommige modellen beschikken over functies zoals detectie van buisstoringen systemen, flowverificatiesensoren en geavanceerde besturingselektronica voor PLC-interface en aansluiting op SCADA-systemen.

Peristaltische pomptechnologie

Een van de grootste voordelen van een peristaltische pomp is de functionele eenvoud. Slangenpompen maken gebruik van een ronde pompkop en een eenvoudige roterende rol die is ontworpen om de slang dicht te knijpen en de vloeistof voorzichtig door de speciaal ontworpen slang te persen, zoals weergegeven in afbeelding 1. Slangenpompen kunnen zowel vloeistoffen als gassen effectief verpompen, waardoor hevelwerking, dampbelvorming of verlies van aanzuiging wordt geëlimineerd, zelfs bij zeer lage pompsnelheden. Een vrijwel continue pompopbrengst resulteert in een fijnere verspreiding van de chemicaliën in het leidingsysteem in vergelijking met pulserende pompen zoals membraanpompen. Afbeelding 2 toont de vrijwel continue pompopbrengst van de chemicaliën in de stroming bij gebruik van een peristaltische pomp, vergeleken met de onderbroken chemische verspreiding bij gebruik van een membraanpomp.

Minder onderdelen zorgen voor lagere onderhoudskosten en een kleinere voorraad reserveonderdelen vergeleken met de kosten voor het reviseren van complexere pompen die een groot aantal natte onderdelen nodig hebben, zoals metalen veren, o-ringen, kleppen, terugslagkleppen, etc.

Componenten van het pompsysteem

Voor analysedoeleinden kan de peristaltische pompassemblage worden opgesplitst in vijf hoofdcomponenten: 1. pompbuis, 2. pompkop en rol, 3. motor, 4. besturingselektronica en 5. motor-/elektronicabehuizing. Let op dat bij sommige modellen de besturingselektronica (VFD, motorstarter, PLC, enz.) in een aparte behuizing is ondergebracht.

Variabelen in slangslijtage

Veel fabrikanten beoordelen de levensduur van hun slangen op het aantal effectieve bedrijfsuren voordat ze kapotgaan. Hoewel deze beoordeling effectief kan zijn voor het vergelijken van de levensduur van slangen die in dezelfde pomp worden gebruikt onder een specifieke set bedrijfsparameters (bijvoorbeeld; water pompen met een specifiek type pompkop, bij 0 psi, bij een vast toerental), zijn er veel variabelen die van invloed zijn op het aantal uren dat een bepaalde slang meegaat in een daadwerkelijke toepassing. Er moet zorgvuldig worden omgegaan met het specificeren van de pompcomponenten en bedrijfsparameters om de grootst mogelijke levensduur van de slang in een toepassing te bereiken.

1

• Slangmaterialen – Het slangmateriaal moet bestand zijn tegen de geïnjecteerde chemicaliën, na duizenden occlusies (compressies) in zijn oorspronkelijke vorm terugkeren en werken op de vereiste systeemdruk. Het specificeren van het optimale slangmateriaal is cruciaal voor een succesvolle toepassing.
• Chemische bestendigheid – Chemische onverenigbaarheid zal resulteren in een afbraak van de eigenschappen van het buismateriaal, wat zich vaak manifesteert als een verandering in de stijfheid van het materiaal, hetzij zachter of harder wordend. In de meeste gevallen zullen problemen met chemische bestendigheid binnen de eerste paar dagen van gebruik duidelijk zijn. In sommige gevallen zal de chemische stof het buismateriaal echter langzaam over een lange periode aantasten, waardoor de levensduur van de buis wordt verkort.
• Afmetingen – Grotere buisdiameters en dunnere wanddiktes resulteren over het algemeen in een kortere levensduur van de buis.
• Materiaal eigenschappen – De fysieke eigenschappen van het slangmateriaal zijn niet alleen van grote invloed op de geschiktheid voor algemeen gebruik in een slangenpomp, maar ook op de levensduur van de slang in een specifieke toepassing. De slang van een slangenpomp moet na het samendrukken door de rol duizenden keren nauwkeurig in zijn oorspronkelijke vorm kunnen terugkeren. Veel slangmaterialen missen dit geheugen, waardoor ze niet geschikt zijn voor toepassingen met slangenpompen.
• Slangenfabrikanten bieden een verscheidenheid aan slangsamenstellingen aan, waarvan vele geschikt zijn voor gebruik in peristaltische pompen en vele niet. De eindgebruiker moet zorgvuldig te werk gaan bij het kiezen van het slangmateriaal voor de toepassing. De meeste pompleveranciers bieden ondersteuning bij de keuze van de slang of bieden voorgemonteerde "slangassemblages" aan die speciaal zijn ontworpen voor hun peristaltische pompen, waardoor de kans op een verkeerde toepassing aanzienlijk wordt verkleind.

2

• Systeemdruk – De druk die op de slangen wordt uitgeoefend, heeft een directe invloed op de levensduur ervan. Er moet rekening worden gehouden met zowel de inlaat- als de uitlaatdruk, en er moet speciale aandacht worden besteed aan "verborgen" variabelen die de systeemdruk kunnen verhogen, zoals componenten van het leidingsysteem en de viscositeit van de vloeistof.
• Systeemdruk – De meest voor de hand liggende (en misschien wel meest invloedrijke) variabele die de levensduur van de slang beïnvloedt, is de druk in het leidingsysteem. Vaak worden systeemcomponenten en installatiefactoren die de druk op de pompslang kunnen verhogen, over het hoofd gezien. De meeste fabrikanten adviseren bijvoorbeeld om een ​​terugslagklep in de persleiding direct na de pompslang te installeren om te voorkomen dat de systeemvloeistof terugstroomt door de pomp tijdens routinematig pomponderhoud of een breuk van de pompslang. Een veerbelaste terugslagklep of terugslagklep verhoogt de druk bij de pompslang met een waarde die gelijk is aan de scheurdruk van de klep. Als de systeemdruk bijvoorbeeld 50 psi is en de terugslagklep is ingesteld op 20 psi, is de effectieve druk bij de pompslang 70 psi. Kleppen met een hoge scheurdruk dienen daarom te worden vermeden.
• Een andere vaak over het hoofd geziene variabele die de druk bij de pompslang kan verhogen, is de fysieke afstand van de pomp tot het punt waar de chemische stof in het systeem wordt geïnjecteerd. Het is vooral belangrijk om hier rekening mee te houden bij het injecteren van viskeuze vloeistoffen. De druk bij de pompslang neemt toe naarmate de afstand tot het injectiepunt toeneemt, de viscositeit van de chemische stof toeneemt en de diameter van de afvoerleiding afneemt. Stel je voor dat je een dikke milkshake probeert te drinken door een dun rietje van 100 meter! Ook kleine openingen in fittingen moeten worden vermeden bij het verpompen van viskeuze chemicaliën.

3

• Aantal occlusies – De levensduur van de buis wordt beïnvloed door het aantal keren dat de buis moet worden dichtgeknepen (aantal occlusies) om een ​​bepaalde hoeveelheid chemicaliën te pompen. Door het aantal occlusies te verminderen, wordt de levensduur van de buis verlengd. Vier variabelen beïnvloeden het aantal occlusies dat nodig is om een ​​bepaalde hoeveelheid vloeistof te injecteren; de diameter van de buis, de diameter van de pompkop, het aantal rollen op de rolconstructie (occlusies per omwenteling) en het motortoerental. Sommige fabrikanten gebruiken het totale aantal occlusies in plaats van de tijd bij het schatten van de levensduur van hun buis.
• Buisdiameter – Een buis met een grotere diameter injecteert meer chemische vloeistof per occlusie (vangt meer chemische vloeistof op tussen twee geknepen rollen) dan een buis met een kleinere diameter. Daarom kan een grote buis meer chemische vloeistof uitstoten met minder occlusies, wat resulteert in minder slijtage, dan een kleinere buis.
• Pompkopdiameter – Net als de diameter van de slang, heeft de diameter van de pompkop invloed op de hoeveelheid chemicaliën per occlusie. Pompkoppen met een grotere diameter zorgen ervoor dat er meer chemische vloeistof per omwenteling wordt gepompt.
• Het aantal rollen – Een bepaald peristaltisch pompmodel kan overal van één (offset cam type roller) tot zes of meer individuele rollers hebben die de buis samenknijpen, de opgevangen vloeistof afknijpen en deze naar het afvoeruiteinde van de pompbuis brengen. Meerdere rollers per assemblage resulteren in iets kleinere volumes chemische injectie per omwenteling, minder pulsatie en een verminderde kans dat een individuele roller verslijt, wat resulteert in verlies van pompvermogen. Omdat de levensduur van de buis echter recht evenredig is met het aantal keren dat de buis per omwenteling wordt samengeknepen, zijn de kosten die gepaard gaan met het hogere aantal rollers de levensduur van de buis.
• Motortoerental – In tegenstelling tot veel andere pomptypen kunnen peristaltische pompen werken met een zeer laag toerental (rpm) en tegelijkertijd een zeer hoge nauwkeurigheid, herhaalbaarheid en aanzuigcapaciteit behouden. Om de levensduur van de slang te verlengen, dient u de pomp zo te specificeren dat de normale werking van de pomp zich aan de onderkant van het instelbereik van de bedrijfsopbrengst bevindt, wat resulteert in het minste aantal occlusies. Het maximaal mogelijke toerental van een specifiek pompmodel verschilt per fabrikant, waarbij een maximaal motortoerental van 650 niet ongebruikelijk is. Bij dit hoge toerental neemt de levensduur van de slang echter aanzienlijk af. Sommige pompmodellen hebben een effectieve turndown ratio tot wel 10,000:1, wat resulteert in een minimaal effectief toerental van 0.01!

4

• Hoeveelheid slangklem – Het simpelweg afknijpen (occluderen) van de slang is niet voldoende; de ​​rollen moeten de slang precies zo dichtknijpen als nodig is om ervoor te zorgen dat de gepompte vloeistof effectief in de slang wordt opgevangen en naar het injectiepunt wordt getransporteerd. Factoren zoals systeemdruk, zuigkracht, viscositeit van de vloeistof, slangmateriaal en andere factoren beïnvloeden de benodigde knijpkracht voor een specifieke toepassing. Als de slang niet voldoende wordt dichtgeknepen, kan de vloeistof ontsnappen of terugstromen naar de zuigzijde van de pompslang wanneer de rol in de kop draait. Dit kan gebeuren wanneer de pomp tegen een hogere systeemdruk werkt dan aanbevolen. Als de slang te veel wordt dichtgeknepen, wordt deze blootgesteld aan meer kracht dan nodig is en neemt de levensduur van de slang af. Door het rolontwerp goed af te stemmen op het type slang dat wordt gebruikt, verkrijgt u het meest efficiënte pompontwerp en de langste levensduur voor een specifieke toepassing. Afbeelding 3 toont de knijpwerking van een peristaltische pomp.

Pompkop- en rolontwerp

De diameter van de rol, het materiaal van de rol, het type lageroppervlak en het ontwerp van de pompkop kunnen ook van invloed zijn op de levensduur van de pompslang en de levensduur van de rolconstructie. Het schema van een pompkop is weergegeven in figuur 4.

roller diameter – Een rol met een grote diameter zal tijdens het draaien een groter oppervlak van de buis afknijpen, wat resulteert in een kortere levensduur van de buis. Grote rollen zullen echter minder omwentelingen per omwenteling van de rolconstructie maken, wat mogelijk resulteert in een langere levensduur van de rollen.

Rollagers – De rol moet op een as draaien, daarom kunnen het type en ontwerp van de lageroppervlakken de levensduur van de rol verlengen of verkorten. Het ontwerp van het lageroppervlak kan ook helpen voorkomen dat chemicaliën en vuil (van slijtage van het buisoppervlak) het asgebied van de rol binnendringen en zo weerstand op de rol veroorzaken.

Roller materiaal – De materialen van de constructie van de rolconstructie moeten sterk genoeg zijn om de herhaalde compressies van de pompbuis te weerstaan ​​en tegelijkertijd weerstand te bieden tegen de chemicaliën die mogelijk in het pompkopgebied kunnen worden gemorst. De rolconstructie moet ook de dimensionale stabiliteit hebben om variaties in omgevingstemperaturen en rotatiekrachten te weerstaan ​​zonder de hoeveelheid knijpen op de pompbuis te beïnvloeden.

Pompkop – Net als bij de rolmontage moeten de materialen van de pompkop ook bestand zijn tegen gemorste vloeistof die in de kop kan komen. De diameter van de kop heeft ook invloed op de hoeveelheid vloeistof die per omwenteling wordt gepompt, waarbij grotere pompkoppen meer chemicaliën per omwenteling lozen dan kleinere pompkoppen.

Alle parameters, zoals de systeemdruk, het aantal occlusies, de chemische bestendigheid van de buis, de buisklem en de inefficiëntie van het rollager, hebben invloed op de levensduur van de buis, zoals weergegeven in Afbeelding 5.

Chemische lekkages – Als de pompslang niet wordt gebruikt, zal deze uiteindelijk kapotgaan. Afhankelijk van de werkdruk, het type slang en vele andere factoren kan de chemische stof langzaam lekken of er in grote hoeveelheden uitspuiten. Fabrikanten bieden verschillende methoden om de rolconstructie, de pompkop en de omgeving van de pomp te beschermen tegen lekkages. Sommige fabrikanten voegen aftappunten toe om de chemische stof te verwijderen, vlotterschakelaars om de pomp uit te schakelen wanneer er een lekkage optreedt en een beker vol raakt, en elektronische sensoren om de pomp uit te schakelen wanneer de chemische stof in de pompkop wordt gedetecteerd. Sommige methoden zijn effectiever in het snel uitschakelen van de pomp en het verminderen van de hoeveelheid gemorste chemische stof. Afhankelijk van de effectiviteit van de methode kunnen de pompkop en de rolconstructie beschadigd raken, wat resulteert in een wrijving met de rolconstructie en een kortere levensduur van de rol en de slang.

5

Motor – Slangenpompen gebruiken diverse motoren, van kleine AC-tandwielmotoren met een fractie van een pk tot grote AC- en DC-tandwielmotoren met een C-frame. Veel fabrikanten van slangenpompen nemen de motor op als onderdeel van de pompconstructie, waardoor u niet langer hoeft te gissen over de juiste motor voor een bepaalde pompconstructie. Zoals bij elke pomp is het belangrijk om de juiste motor voor de pomp en de beoogde bedrijfsomgeving te specificeren.

Controle Electronics – De besturingselektronica moet zorgvuldig worden geselecteerd om de motor goed te kunnen besturen en om te voorzien in mogelijkheden voor bediening op afstand en communicatie, zoals analoge ingangsregeling van het motortoerental, analoge uitgangsfeedback van het pomptoerental naar SCADA, alarmuitgangen, pompstatus, enz. Net als bij de motor is bij veel pompen de besturingselektronica onderdeel van de assemblage.

Behuizingen – Doorgaans beschermt een behuizing van een peristaltische pomp de motor en de besturingselektronica tegen de bedrijfsomgeving, terwijl de pompkop onbeschermd is of in een eigen behuizing is geplaatst, los van de motor en de besturing. Fabrikanten bieden diverse behuizingen voor de motor en het besturingscircuit, variërend van een kleine kunststof behuizing tot een explosieveilige metalen behuizing. Veel pompen worden zonder behuizing geleverd. Net als bij de motor en de besturingselektronica dient de gebruiker ervoor te zorgen dat het pompsysteem is voorzien van een geschikte behuizing die is ontworpen om de benodigde bescherming te bieden voor de toepassingsomgeving, zoals weergegeven in afbeelding 6.

In Figuur 7 ziet u een typische opstelling van peristaltische pompen met een geïntegreerde motor en controller die de benodigde chemische toevoer naar het koelwatersysteem verzorgen.

Conclusie

Veel variabelen beïnvloeden de levensduur en onderhoudsvereisten van een peristaltische pomp. Door de toepassing zorgvuldig te beoordelen, kan de gebruiker de pomp en componenten correct specificeren om service- en onderhoudsvereisten te minimaliseren en de levensduur van de pomp te maximaliseren.

Geschreven door:
Blue-White® Industrieën
714-893-8529

Download PDF)