Насоси обприскувачів сільгоспкультур
Насос — один із найважливіших компонентів обприскувача, надійність роботи і технічні характеристики якого визначають продуктивність робіт із захисту рослин. Насоси призначені для подавання робочої рідини до розпилювачів та утворення тиску, необхідного для її розпилення і надання краплинам певної швидкості, а також для самозаправлення обприскувача, приготування і перемішування робочої рідини.
Насос — один із найважливіших компонентів обприскувача, надійність роботи і технічні характеристики якого визначають продуктивність робіт із захисту рослин. Насоси призначені для подавання робочої рідини до розпилювачів та утворення тиску, необхідного для її розпилення і надання краплинам певної швидкості, а також для самозаправлення обприскувача, приготування і перемішування робочої рідини.
В. Ратушний, канд. техн. наук,
В. П’ятаченко, інженер,
В. Панасюк, наук. співробітник,
ННЦ «ІМЕСГ»
На вітчизняних та імпортних обприскувачах, які використовують в Україні, в основному застосовують мембранно-поршневі та відцентрові насоси, набагато рідше — поршневі.
Основними виробниками мембранно-поршневих насосів є фірми Annovi reverberi S.p.a., Comet S.p.a., Imovilli Pompe, Bertolini pumps, Udor S.r.l (усі — Італія), Agroplast (Польща), відцентрових насосів — Hypro EU Limited (Велика Британія) і ACE pump Сorporation (США), поршневих насосів — Comet S.p.a. та Imovilli Pompe, які застосовують на обприскувачах різних виробників. Деякі фірми, наприклад, Hardi (Данія), Berthoud agricole (Франція) та інші виготовляють насоси, які використовують лише на обприскувачах власного виробництва.
Мембранно-поршневі насоси
Вони складаються із корпуса, головки насоса, пневматичної камери, об’ємного компенсатора масла, всмоктувального і нагнітального колекторів. У корпусі розміщено два або більше циліндрів, у яких переміщується така сама кількість поршнів, що приводяться в дію кулачковим валом за допомогою шатунів. На поршні встановлено оливознімне кільце та закріплено мембрану, краї якої приєднані до корпуса і головки. У головці насоса розміщено всмоктувальний і нагнітальний клапани, а кулачковий вал — в оливній ванні.
Принцип дії таких насосів полягає в тому, що під дією тиску робочої рідини мембрана прогинається в один чи другий бік. Подавання рідини відбувається шляхом витіснення її з робочої камери. Під час руху поршня вниз у робочій камері над мембраною створюється розрідження, під дією якого впускний клапан відкривається, і рідина надходить із всмоктувальної магістралі в камеру над мембраною. Водночас нагнітальний клапан притиснений до свого гнізда внаслідок зниження тиску в камері. Під час руху поршня вгору в камері над мембраною створюється надлишковий тиск, унаслідок чого всмоктувальний клапан підтискується до свого гнізда, а нагнітальний клапан відкривається — і рідина подається в нагнітальну магістраль обприскувача.
Мембранно-поршневі насоси поділяються на насоси низького (до 2,0 МПа), середнього (2,0–3,0) і високого (4,0–5,0 МПа) тиску.
Переваги таких насосів:
відсутність контакту агресивних робочих рідин із деталями поршневої групи;
надійність в експлуатації;
простота обслуговування, низька вартість і металомісткість;
немає потреби заповнення насоса рідиною перед запуском;
тривалий строк експлуатації;
високий тиск (до 5,0 МПа) за постійного подавання рідини;
висока ремонтопридатність.
Робочий орган мембранно-поршневих насосів — пружні мембрани, які виробляють із матеріалів, стійких до хімічної дії пестицидів, у яких використання металів небажане. Більшість мембран має пласку форму, але виготовляють також мембрани гофрованого або сферичного профілю, що дає змогу збільшити їхню площу і зменшити хід, знизити радіальні навантаження і вібрацію оливи у картері, зменшити довжину і масу шатуна шляхом заміни матеріалу його виготовлення — стійкішим проти спрацювання сплавом бронзи (насоси фірми Bertolini pumps). Зменшення ходу поршня підвищує строк служби мембрани і надійність роботи насосів. Кількість мембран у насосах — від двох до шести, у здвоєних насосів їх 12.
Для захисту від корозії головки насосів і колектори всередині покриті хімічностійкими матеріалами. Усі металеві деталі анодовані або виготовлені із нержавіючої сталі, а деталі, які перебувають під високим тиском, виготовлені із нержавіючої сталі або поліпропілену. У деяких моделях насосів високого тиску деталі, які працюють під високим тиском, виготовлено із бронзи, а аналогічні деталі фірма Annovi reverberi S.p.a. виготовляє також із анодованого алюмінію. Для збільшеного подавання рідини виготовляють також здвоєнні (спарені) насоси низького тиску.
Фірма Hardi розробила нову робочу систему насосів із чотириходовими клапанами SmartValves, яка забезпечує простоту й надійність усіх функцій обприскування і промивання. Така система містить по одному чотириходовому всмоктувальному і нагнітальному клапану та налаштовуваний клапан для перемішування рідини у баку.
Деякі насоси мають запобіжний клапан, що зменшує надлишковий тиск у разі виходу з ладу регулювальної системи тиску та регулювальний клапан тиску, який контролює робочий тиск і дає змогу потоку рідини проходити обвідною магістраллю в бак обприскувача для запобігання надлишковому тиску у нагнітальній магістралі.
Для згладжування пульсацій тиску і рівномірного подавання рідини у мембранно-поршневих насосах застосовують пневматичні камери. Пневматична камера являє собою герметичний резервуар із діафрагмою, заповнений до діафрагми рідиною. В камері над діафрагмою створена повітряна подушка з надлишковим тиском.
Під час такту нагнітання рідина стискає повітря, яке міститься над діафрагмою пневматичної камери, і об’єм під діафрагмою заповнюється рідиною. За зниження тиску в напірній магістралі під час такту всмоктування під дією надлишкового тиску в об’ємі над діафрагмою повітря витісняє робочу рідину, що міститься під діафрагмою, у напірний трубопровід, чим компенсується тимчасове зниження подавання рідини.
Відцентрові насоси
Подавання рідини і потрібний тиск створюються завдяки відцентровим силам, які виникають під дією лопатей робочого колеса на рідину. Всередині корпуса насоса, який, як правило, має спіральну форму, на валу закріплено робоче колесо. Здебільшого воно складається із заднього і переднього дисків, між якими встановлено лопаті, останні відігнуті від радіального напрямку в протилежний від напрямку обертання бік. За допомогою патрубків корпус насоса з’єднаний із всмоктувальним і нагнітальним трубопроводами обприскувача. За повністю заповненого корпуса і надання обертів робочому колесу рідина, яка перебуває між лопатями робочого колеса, під дією відцентрових сил відкидається від центра робочого колеса до периферії. Унаслідок цього в центральній частині робочого колеса створюється розрідження, а на периферії підвищується тиск, і рідина починає надходити у напірний трубопровід. У результаті всередині корпуса насоса створюється розрідження, під дією якого робоча рідина із всмоктувального трубопроводу починає надходити в центральну частину робочого колеса. Таким чином відбувається безперервне подавання рідини відцентровим насосом із всмоктувального трубопроводу у напірний. Якщо випускний отвір відцентрового насоса закритий, то робоче колесо продовжує вільно обертатися. Внаслідок цього у системах таких насосів не потрібні спеціальні перепускні клапани.
Переваги відцентрових насосів:
мала кількість складових;
спрощення конструкції: вона не містить клапанів і мембран, що підвищує надійність робочого процесу;
відпадає потреба в пульсації тиску, що виключає необхідність використання пневматичної камери;
високий рівень подавання рідини.
До недоліків таких насосів можна віднести:
значне зниження подавання рідини за підвищення тиску в нагнітальній системі;
необхідність заповнення робочих порожнин перед початком роботи.
Корпус насоса виготовляють із зносостійкого чавуну, нержавіючої сталі або поліпропілену, які витримують дію концентрованих хімічних засобів захисту рослин. Лопаті на більшості моделей насосів із чавунним корпусом виготовлені із нейлону, армованого склопластиком, а у насосів з корпусом із нержавіючої сталі або поліпропілену — із поліпропілену, армованого склопластиком. Робочі колеса обробляють також електрофорезним чи електролітичним покриттям або виготовляють із хімічно стійких матеріалів, що забезпечує їхню велику корозійну стійкість. На насосах із чавунним корпусом установлено компенсаційні кільця із нержавіючої сталі для підвищення строку їхньої експлуатації.
Ущільнення робочого колеса досягають за допомогою стандартних вуглецево-керамічних кілець Viton, які легко замінювати. Для підвищення строку служби у відцентрових насосів компанії Hypro EU Limited і корпорації ACE pump Сorporation первинне і приєднувальне кільця ущільнення можуть бути виготовлені із карбіду кремнію з підвищеною абразивною стійкістю, які прослужать до восьми разів більше, ніж звичайні ущільнення. Ущільнювальне приєднувальне кільце сприяє передачі тепла із ущільнення в корпус насоса, в результаті чого температура ущільнення залишається на відносно низькому рівні, що значно підвищує надійність насоса під час можливої його роботи без рідини.
Відцентрові насоси виготовляють як із режимом самозаповнення, так і без такого. Для швидкого заповнення відцентрового насоса використовують самовсмоктувальний адаптер, виготовлений із нержавіючої сталі, який захищає механічні ущільнення насоса від роботи без рідини під час його заповнення та в процесі розпилення, коли система функціонує в автоматичному режимі. Самовсмоктувальний адаптер може бути встановлений на відстані до 3 м від насоса.
Адаптер містить початкову кількість рідини для самозаповнення. Для прискорення заповнення насоса рідина циркулює через насос і міжлопатевий простір. Підключення адаптера до відцентрового насоса дає змогу створити початковий цикл заповнення, який миттєво допомагає створити всмоктувальний тиск. Система відводить повітря із всмоктувальної лінії в атмосферу через вентиляційну трубку і повертає у насос лише рідину, даючи змогу повністю заповнити насос протягом 10 с.
Поршневі насоси
Використовують на обприскувачах значно рідше, ніж мембранно-поршневі і відцентрові. Як правило, поршневі насоси обладнані поршнями подвійної дії, тобто робоча рідина подається під час руху поршня як угору, так і вниз. Для запобігання попадання у блок циліндрів робочої рідини передбачено ущільнення. Кривошипно-шатунний механізм змащується оливою.
Переваги поршневих насосів:
можливість створення великих тисків за їхніх малих розмірів;
можливість регулювання тиску в напірному трубопроводі шляхом зміни частоти обертання вала або ходу поршнів;
взаємозамінність деталей.
Недоліки:
складність виготовлення і як наслідок — їхня велика вартість;
необхідність ущільнення між стінками циліндрів і поршнями, які спрацьовуються в результаті тертя.
Привід насоса
Насос може бути розміщений на рамі обприскувача, а у причіпних і навісних обприскувачів — також безпосередньо на ВВП трактора. У причіпних і навісних обприскувачів привід мембранно-поршневих насосів — від ВВП трактора через карданну передачу або — дуже рідко — від гідравлічного двигуна, а привід відцентрових насосів — від ВВП трактора як через карданну передачу, так і в разі безпосереднього монтажу насоса на ВВП трактора — від гідродвигуна. Привід поршневих насосів здійснюється від ВВП трактора через карданну передачу. На самохідних обприскувачах для приводу насосів використовують гідравлічний двигун або пасову передачу.
За встановлення насоса на рамі обприскувача і під’єднання його до ВВП трактора за допомогою карданного вала потрібно, щоб останній був прямолінійним, без згинів. На причіпних обприскувачах для зменшення передачі вібрацій на насос під час повороту палець причіпного пристрою має міститись посередині між привідним валом насоса і ВВП трактора. Під час поворотів і транспортування причіпних обприскувачів слід уникати крутих кутів повороту — понад 450. Невиконання цих умов може призвести до силових ударів у насосі та приводі і до прискореного спрацювання ущільнень і деталей. Для запобігання поломкам насоса під час поворотів на вітчизняних причіпних обприскувачах між насосом і карданним валом багато виробників монтують проміжну опору.
Привід відцентрових насосів корпорації ACE pump Сorporation здійснюється від шестеренчастих гідравлічних двигунів із рівнем подавання оливи від 7,6 до 87 л/хв, а компанії Hypro EU Limited — від героторних двигунів із внутрішнім зачепленням, оснащених тефлоновими ущільненнями з подвійними кромками, з максимальним тиском оливи 20,7 МПа і подаванням оливи від 6 до 91 л/хв. Шестеренчасті гідродвигуни ефективніші, ніж героторні, і менше пошкоджуються через забруднення. Вони оснащені реверсивним зворотним клапаном, який запобігає роботі насоса у зворотному напрямку, та клапаном гальмування, що захищає ущільнення двигуна.
Переваги героторних гідродвигунів: відсутність клапанів; лише два рухомих ротори, мінімум ущільнень. Їхні недоліки — невеликий тиск, створюваний насосом, і великі радіальні навантаження на підшипники вала.
У самохідних і причіпних обприскувачах фірми Berthoud agricole для розпилення рідини використовують двопоршневий насос-дозатор двосторонньої дії VOLUX із подаванням рідини на рівні 240 або 320 л/хв. Привід насоса — від колеса обприскувача через карданний вал, що забезпечує велику точність норми внесення робочої рідини, оскільки рівень подавання пропорційний швидкості руху обприскувача і не залежить від режимів роботи двигуна. Привід насоса від колеса дає змогу економити до 20% пального, тому що немає потреби забезпечувати номінальний режим роботи. Невелика (100–150 хв-1) частота обертання колінчастого вала підвищує довговічність насоса. Подавання насоса і, відповідно, розпилення робочої рідини не відбуваються, коли енергетичний засіб зупиняється, і відновлюється, коли агрегат починає рухатись. Регулювання подавання робочої рідини насосом-дозатором здійснюється завдяки зміні швидкості обертання колінчастого вала та ходу поршня шляхом зміни довжини плеча колінчастого вала: вручну на насосі або з блока керування із використанням системи TELEVOLUX. Керування зчепленням насоса здійснюється електрогідравлічною муфтою із кабіни. Застосування таких насосів усуває потребу оснащення обприскувачів регуляторами тиску для зміни норми внесення робочої рідини, проте незначно обмежує робочу швидкість.
Широкозахватні обприскувачі часто обладнані двома насосами, причому один насос переважно відцентровий, із більшим рівнем подавання рідини, забезпечує лише заповнення бака, перемішування робочої рідини і промивання системи, а другий — як правило, мембранно-поршневий — використовується для її розпилення. Хоча у деяких обприскувачів обидва насоси — мембранно-поршневі. Самохідний обприскувач IBIS MAIS 2200 фірми MAZZOTTI S.r.l. (Італія) оснащений трьома мембранно-поршневими насосами, два з яких використовують для перемішування рідини у двох баках і один — для розпилення.
Експлуатація та ТО насоса
Під час експлуатації насоса необхідно постійно контролювати рівень та стан оливи у ньому, оскільки від цього залежить нормальна робота насоса і стан мембран. На непрацюючому насосі рівень оливи має бути встановлено на заводській позначці. За відсутності у задіяному насосі робочої рідини рівень оливи дещо знижується і мірою заповнення насоса рідиною — піднімається до встановленого рівня. У перші години роботи насоса рівень оливи може знижуватися, і це вважається нормальним явищем, у такому разі достатньо долити оливу типу SАЕ 20 W/40 до потрібного рівня. Якщо ж у процесі експлуатації спостерігається подальше падіння рівня оливи, то це свідчить про деформацію мембран і підсмоктування повітря через них внаслідок їхнього хімічного пошкодження, а також про деформування всмоктувальної комунікації або забивання всмоктувального фільтра. У такому разі слід перевірити всмоктувальну систему та її фільтр, а у разі зміни кольору оливи (молочний відтінок свідчить про наявність в оливі робочої рідини) потрібно обстежити мембрани і за потреби замінити їх. Експлуатація насоса з пошкодженою мембраною неприпустима. За неможливості своєчасної заміни мембран картер насоса звільняють від робочої рідини і заливають оливу (навіть відпрацьовану) або дизпаливо для запобігання корозії внутрішніх деталей насоса.
Після закінчення роботи насос слід промити чистою водою. Зберігання насоса із залишками робочої рідини призводить до значної корозії його внутрішньої поверхні.
Під час експлуатації насоса, особливо у разі виникнення вібрації в напірній системі, слід періодично перевіряти тиск повітря в акумуляторі, який залежить від робочого тиску рідини і корегується відповідно до даних таблиці, наведеної в інструкції з експлуатації насоса.