Материалы проточной части насоса — чугун, AISI 304 и 316

Проточная часть насоса: что именно контактирует с жидкостью

Проточная часть — это детали, которые смачиваются перекачиваемой жидкостью: корпус, рабочее колесо, вал, пары трения механического уплотнения, а у многоступенчатых насосов ещё и диффузоры. Их материал определяет, какую среду насос переживёт, а какую переработает в собственный металлолом. Двигатель, кабель и подшипники качения сюда не входят: они отделены от жидкости корпусом и уплотнением.

Изнашиваются детали неравномерно. Рабочее колесо движется относительно жидкости с наибольшей скоростью, поэтому коррозия и абразивное истирание бьют по нему сильнее, чем по неподвижному корпусу. Поэтому завод чаще всего варьирует материал именно колеса, оставляя корпус чугунным: так устроены WQ, FTD, FSM и FST4.

Материалы колёс распределены по каталогу неравномерно. Я пересчитал поле материала рабочего колеса по всем 2744 моделям каталога FANCY, объединив многоступенчатые записи вида «12 колёс AISI 304» с одноступенчатыми: нержавеющая сталь AISI 304 стоит у 1530 моделей — это 55,8 % каталога, чугун у 697 (25,4 %), инженерный пластик PPO у 161 (5,9 %), сталь AISI 201 у 86, исполнения с выбором AISI 304 или AISI 316 — у 82, сталь 3Cr13 у 76, AISI 316 в базовой комплектации у 45, хромистый сплав у 9, высокопрочный чугун QT500 у 6 и латунь у 3. Ещё 49 позиций — электродвигатели YE3, у которых проточной части нет вовсе.

Вывод простой: материал выбирают не по принципу «подороже надёжнее», а по среде.

Чугун с катафорезным покрытием: где его хватает

Чугуна достаточно там, где среда близка к нейтральной, а главный враг — механический износ, а не химия. Серый чугун держит истирание лучше мягкой нержавеющей стали и стоит дешевле любого легированного варианта. Слабое место одно: в воде с кислородом чистый чугун ржавеет.

Поэтому завод не ставит чугун голым. В карточках материалов серий WQ, WQK, WQC, WQAS, KBD, KBS, FTD, FST4, FSM4, FVL и FVC корпус описан одинаково: чугун с катафорезным покрытием. Катафорез — окраска погружением под напряжением: деталь работает катодом в ванне с краской, и плёнка ложится ровным слоем даже во внутренних каналах, куда кисть и распыление не достают.

Чугунная проточная часть закрывает почти весь спектр стоков и технической воды. Погружной 50WQ10-10-0.75/2 на 10 м³/ч и 10 м — базовый насос приямка, вихревой WQK80/4 на 36 м³/ч и 14 м пропускает включения мимо лопастей. Для сухой установки есть консольные FST4 65-250/30 и FSM4 65-160/11, для линейной обвязки — FTD32-14G/2 на 8 м³/ч и 14 м. Самовсасывающие FSP с чугунным колесом пропускают твёрдые включения до 76 мм — это заявлено в карточке материалов серии.

Отдельная история — чугуны крупных корпусов. У насосов двустороннего входа FSC корпус выполнен из HT250 или QT500: первый — серый чугун с пластинчатым графитом, второй — высокопрочный, с графитом шаровидной формы, дающим большую прочность и вязкость. Отсюда и допустимое давление до 25 бар по заводскому даташиту, а колёса идут из нержавеющей стали AISI 304 — так сделаны все 644 модели ряда, включая FSC80-215/2 на 165 м³/ч и 58 м. Чугунный ряд собран в разделах погружных и промышленных насосов.

Нержавеющая сталь AISI 304: массовый материал каталога FANCY

AISI 304 — хромоникелевая сталь состава «18 хрома, 8 никеля», которая защищает себя сама. Хром образует на поверхности тончайшую пассивную плёнку оксида, и она восстанавливается всякий раз, когда её сцарапывают: именно самозалечивание, а не твёрдость, делает сталь нержавеющей. Близкий отечественный аналог по ГОСТ 5632, который задаёт марки коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов, — сталь 08Х18Н10.

В каталоге FANCY эта марка встречается чаще всех остальных вместе взятых. Целиком из AISI 304 собраны многоступенчатые CDM и CDL — корпус, рабочие колёса и диффузоры, — а также CHL, CHLF, CM, MHI, MS, FDX, 2FDX и FWO. Конкретные насосы: CDM 1-6 на 1 м³/ч и 32,5 м, MS60/0.37 на 3,6 м³/ч и 14,6 м, открытое колесо FWO 150 на 18 м³/ч и 8,5 м. У осевых L из нержавеющей стали выполнены и корпус насоса, и корпус двигателя: L-250 подаёт 250 м³/ч при 4,8 м.

Рабочий диапазон широк: по заводским даташитам у CDL, CDM, CHL, CM, MHI и MS температура среды заявлена от минус 10 до 120 °C, у FDX, 2FDX и FWO — до 104 °C.

Чего AISI 304 не любит: хлоридов и абразива. Хлорид-ион пробивает пассивную плёнку точечно, и сталь получает питтинг — глубокие язвы при почти чистой на вид поверхности. С абразивом иначе: нержавеющая сталь мягче закалённого чугуна и хромистых сплавов, песок стачивает её быстрее.

AISI 316 и молибден: хлориды, морская вода и химия

AISI 316 отличается от AISI 304 добавкой молибдена, и именно эти два-три процента решают дело там, где в воде есть хлориды. Молибден стабилизирует пассивную плёнку против точечного пробоя, поэтому сталь заметно лучше сопротивляется питтинговой и щелевой коррозии. Отечественный аналог по ГОСТ 5632 — сталь 10Х17Н13М2.

Разница проявляется в конкретных средах, а не вообще. Морская и солоноватая вода, стоки с хлорсодержащей химией, рассолы, моющие растворы пищевых производств — там AISI 304 живёт несколько сезонов, а AISI 316 работает штатно. Верно и обратное: в чистой холодной воде без хлоридов разница между марками почти не видна, и переплата за молибден не окупается.

В каталоге FANCY на AISI 316 сделаны три группы насосов:

• Погружные WQS — корпус, вал и колесо из стали AISI 304 или AISI 316. Ряд насчитывает 58 моделей на подачу от 10 до 200 м³/ч и напор от 6 до 60 м, среди них 50WQD10-10-0.75S и 200WQ200-20-22S; двигатель по даташиту с классом изоляции F и степенью защиты IP 68.
• Крупные нержавеющие исполнения WQ — 24 модели на подачу от 100 до 800 м³/ч, например 100WQ100-20-11S4 на 100 м³/ч и 20 м и 250WQ600-9-30S4 на 600 м³/ч.
• Консольные FZ — 45 моделей из 91 идут в исполнении AISI 316. FZ 32-160/11(316) на 12 м³/ч и 18,4 м — тот же типоразмер, что и FZ 32-160/11 из AISI 304; серия рассчитана на температуру до 120 °C и давление до 16 бар.

Вывод для подбора: про AISI 316 спрашивают тогда, когда в анализе воды есть хлориды, а не когда «хочется понадёжнее». Среды разобраны на страницах насосов для морской воды, химической промышленности и пищевых производств.

Цена перехода на AISI 316 по прайсу FANCY

Переход с AISI 304 на AISI 316 обходится дешевле, чем принято думать, и это проверяется прямо по прайсу. Цены на оба материальных исполнения завод указывает только у трёх серий. Проценты ниже посчитаны мной как отношение цены исполнения AISI 316 к цене исполнения AISI 304 по каждой модели отдельно и затем сведены в диапазон.

У WQS разброс минимален: 58 моделей дают от 17,2 до 17,8 %, в среднем 17,6 % — завод держит единый коэффициент на весь ряд. У крупных нержавеющих исполнений WQ обе цены заполнены у 16 моделей из 24, и надбавка выше: от 20,0 до 22,2 %; по оставшимся восьми позициям цены в прайсе нет, и в расчёт они не вошли. Третий случай другой по сути: у самовсасывающих FSP меняется не весь насос, а только рабочее колесо в чугунном корпусе, и надбавка составляет от 4,2 % у SP-2 до 8,6 % у SP-10.

У остальных серий ценовых позиций по материальному исполнению в прайсе нет: материал считается под заказ, и цену мы запрашиваем у завода по конкретному типоразмеру. Нужна цифра по вашей модели — отправьте запрос через форму подбора насоса.

Абразив: почему на песке ставят хромистый сплав, а не нержавейку

На абразивной среде выигрывает не коррозионная стойкость, а твёрдость — и это главный контринтуитивный момент темы. AISI 304 отлично держит химию, но по твёрдости мягка: песчинка снимает с неё металл при каждом обороте колеса. Хромистый сплав хуже сопротивляется кислотам, зато его карбидная структура сопротивляется резанию несопоставимо лучше.

Поэтому в шламовых сериях FANCY нержавеющей стали нет вовсе. У KBD и KBS из хромистого сплава выполнены и рабочее колесо, и перемешивающий механизм — агитатор, который взмучивает осевший ил и песок, чтобы насос забирал их вместе с водой, а не работал над уплотнившимся слоем. Корпус остаётся чугунным с катафорезным покрытием, вал — из нержавеющей стали 420, уплотнение — карбид кремния по карбиду кремния. Таких насосов в каталоге девять: четыре модели KBD, среди них KBD21.5 на 15 м³/ч и 14,5 м, и пять моделей KBS — от 150KBS49 на 100 м³/ч и 15 м до 200KBS422 на 200 м³/ч, 24 м и 22 кВт.

Выбор материала на абразиве укладывается в три случая:

1. Песок, шлам, карьерная и буровая вода без химии — хромистый сплав: истирание преобладает над коррозией.
2. Солёная или кислая вода без взвеси — нержавеющая сталь AISI 316: коррозия преобладает над истиранием.
3. Абразив вместе с агрессивной химией — задача без универсального ответа, материал подбирают по анализу среды и режиму работы.

Ориентир простой: если в пробе воды за минуту оседает песок, разговор о нержавеющем колесе можно не начинать. Ряд собран в разделе шламовых насосов, объекты — на страницах насосов для карьеров, ГОК и шахт.

Твёрдые стали реза и измельчения: 3Cr13, AISI 201 и QT500

Там, где насос должен не просто перекачать, а разрушить включение, материал выбирают по способности держать режущую кромку. Обычная аустенитная нержавеющая сталь для этого не годится: она вязкая и кромку не держит. Нужны либо хромистые мартенситные стали, закаливаемые до высокой твёрдости, либо высокопрочный чугун.

В каталоге FANCY это три решения. Погружные WQV — 76 моделей с колесом из стали 3Cr13 и режущим элементом на входе, который рубит текстиль, влажные салфетки и волокно; типовой насос ряда — 50WQV10-10-0.75 на 10 м³/ч и 9,5 м. Тяжёлые WQAS с режущим механизмом работают колесом из стали AISI 201, где часть никеля заменена марганцем и азотом: сталь твёрже и дешевле AISI 304, но хуже держит хлориды; ряд насчитывает 86 моделей до 900 м³/ч и 110 кВт, например 80WQAS60-30-11/2 на 60 м³/ч и 30 м. Серия WQH с измельчителем использует колесо из высокопрочного чугуна QT500 на валу из стали AISI 420: шесть моделей малой подачи и большого напора, крайняя — WQH40/4 на 10 м³/ч и 38 м.

Правило общее: чем твёрже материал кромки, тем он хрупче и тем хуже переносит коррозию. Поэтому режущие серии живут в бытовых и промышленных стоках, а не в морской воде и кислотах. Ряд целиком — в разделе фекальных насосов, объекты — на странице насосов для канализационных станций.

PPO, латунь и керамика: материалы малых контуров

В циркуляционных насосах металлическое колесо не нужно вовсе. Теплоноситель закрытого контура не абразивен, зато постоянно горяч, а насос работает годами без остановки. В таких условиях выигрывает лёгкое колесо из инженерного пластика: меньше нагрузка на подшипники, нет электрохимической пары с корпусом.

Колесо из PPO — полифениленоксида, теплостойкого конструкционного термопласта — стоит у 161 модели каталога: это FB, FBA, FBS, FBB, а также подпорные FVL, FVC и FV. Вал и подшипники в серии FB и её вариантах керамические: керамика не корродирует и работает без смазки, охлаждаясь перекачиваемой водой. Примеры: FVL2-4 на 2 м³/ч и 40 м, FB(S)25-4-130 и FB(B)25-4-130 на 2,6 м³/ч с напором до 4,5 м.

Корпус в этих сериях меняется под задачу. Чугунный с катафорезным покрытием годится для закрытого контура отопления, где вода одна и та же годами. Нержавеющий корпус FBS и латунный корпус FBB предназначены для контуров с постоянно свежей водой — горячего водоснабжения и рециркуляции, где чугун закисляется. Латунь стойка к горячей воде и хорошо обрабатывается, поэтому её же применяют в периферийных насосах QB: колесо QB80 выполнено именно из латуни. Ограничение общее: ни пластик, ни латунь не переносят абразива. Ряд — в разделе циркуляционных насосов, задачи — на страницах насосов для отопления и ГВС.

Вал, уплотнение и подшипники: остальная проточная часть

Насос выходит из строя не только через колесо. Вал вращается в среде, а уплотнение стоит на границе между жидкостью и двигателем: первая протечка заканчивается ремонтом всего агрегата, каким бы стойким ни было колесо.

Материалы вала подобраны под нагрузку серии. Нержавеющая сталь AISI 304 стоит в большинстве погружных и линейных серий — WQ, WQV, WQAS, WQK, WQC, FTD, FVL, FVC. Более твёрдая хромистая сталь 420 применяется там, где вал работает с абразивом и ударной нагрузкой: KBD, KBS, WQH. В консольных FST, FST4, FSM и FSM4 стоит хромированная сталь, у крупных FSC — легированная сталь 40Cr, в циркуляционных FB и FBA — керамика.

Механические уплотнения различаются парами трения, и по ним видно назначение серии:

• Карбид кремния по карбиду кремния с деталями из AISI 304 — погружные WQ, WQS, WQV, WQAS, WQK, WQC, KBD, KBS и осевые L: самая твёрдая ходовая пара, работает со взвесью.
• Графит по карбиду кремния с витоном — CDM, CDL, CM, CHL, CHLF, MHI, MS, FTD: гликоли до 50 % и горячая вода.
• Графит по карбиду кремния с каучуком NBR — консольные FST, FST4, FSM, FSM4 и подпорные FV, FVL, FVC.
• Карбид вольфрама по карбиду вольфрама с деталями из AISI 304 — самовсасывающие FSP: пара под самую тяжёлую взвесь.
• Карбид кремния по графиту с витоном — нержавеющие FZ, FWO, FDX, 2FDX.

Отдельно стоит серия FSC: по заводской карточке материалов в ней применяются механические уплотнения Eagleburgmann и подшипники SKF. Для насосов подачей до 9000 м³/ч это вопрос доступности запчастей на всём сроке службы.

Как выбрать материал проточной части под свою среду

Материал подбирают по анализу среды, а не по репутации марки, и порядок здесь всегда один:

1. Определите характер износа. Взвесь и песок — истирание, соли и кислоты — коррозия, волокно и текстиль — намотка.
2. Запросите анализ воды на хлориды. Их наличие — единственный однозначный аргумент за AISI 316 вместо AISI 304.
3. Проверьте температуру и добавки. Гликоли и горячая вода задают требования к эластомерам уплотнения не меньше, чем к металлу.
4. Оцените размер и твёрдость включений. От них зависит и материал, и тип колеса: вихревое, одноканальное, режущее или с измельчителем.
5. Сопоставьте с ценой исполнения. По прайсу разница между AISI 304 и AISI 316 у WQS составляет от 17,2 до 17,8 %, а у FSP, где меняется только колесо, — от 4,2 до 8,6 %.

Ошибка, которая встречается чаще прочих, — нержавеющая сталь «на всякий случай» для воды с песком: колесо стачивается быстрее, и через сезон характеристика уходит вниз. Обратная ошибка не дешевле: чугунный насос на солоноватой воде теряет проточную часть за считаные месяцы.

Пришлите характеристику среды — температуру, pH, содержание хлоридов, размер и долю взвеси — вместе с требуемыми подачей и напором через форму подбора насоса. Предложим конкретные модели FANCY в подходящем материальном исполнении и покажем, где переплата за материал окупается, а где она лишняя. Весь ассортимент открыт в каталоге насосов FANCY.