Центробежный и объемный насос: различия, использование и как выбрать

Как работает каждый тип насоса

Центробежные насосы и поршневые насосы перемещают жидкость с помощью совершенно разных механизмов — и это единственное различие определяет почти все различия в производительности между ними. Понимание принципа работы каждого из них является отправной точкой для любого осознанного выбора насоса.

Центробежный насос преобразует энергию вращения двигателя в кинетическую энергию жидкости. Когда крыльчатка вращается, она ускоряет жидкость наружу от своего центра за счет центробежной силы, которая затем преобразуется в давление на выпускном отверстии. Чем быстрее вращается крыльчатка, тем большую скорость сообщает жидкость, но соотношение между потоком и давлением не является фиксированным. Скорость потока снижается по мере увеличения противодавления в системе. Для подробного описания принципов и конструкции центробежного насоса, включая геометрию рабочего колеса и конфигурацию корпуса, стоит внимательно изучить лежащую в его основе конструкцию, прежде чем выбирать ее для конкретного процесса.

Насос объемного действия (ПД) работает по совершенно другому принципу: он улавливает фиксированный объем жидкости в полости — будь то через шестерни, диафрагму, поршень, вращающиеся кулачки или прогрессивную полость — а затем физически выталкивает этот объем в напорную линию с каждым циклом или вращением. Количество жидкости, подаваемой за один оборот или ход, остается практически постоянным, независимо от того, как действует давление на выходе. Эта механическая надежность является определяющей характеристикой насоса PD, одновременно его сильной стороной и, в определенных ситуациях, его ограничением.

Кривые производительности: ключевые отличия, которые волнуют инженеров

Постройте рядом кривые производительности этих двух типов насосов, и контраст станет очевидным. На кривой центробежного насоса расход и напор имеют обратную зависимость: по мере увеличения противодавления расход падает. Насос работает наиболее эффективно в определенной точке — точке наилучшей эффективности (BEP) — ​​и производительность снижается по обе стороны от нее. Инженеры должны проектировать системы так, чтобы рабочая точка оставалась близкой к BEP; работа центробежного насоса с отклонением от графика приводит к перерасходу энергии, вибрации и преждевременному износу.

Кривая объемного насоса почти не похожа на эту. Поскольку он перемещает фиксированный объем за цикл, расход остается почти постоянным в широком диапазоне давлений нагнетания . При повышении давления расход практически не меняется. Это делает насосы PD по своей сути пригодными для дозирования, измерения и любого применения, требующего предсказуемой и постоянной производительности. Компромисс заключается в том, что если нагнетательная линия заблокирована, давление будет продолжать расти до тех пор, пока что-то не выйдет из строя — именно поэтому для большинства установок объемных насосов требуется предохранительный клапан.

Понимание того, как скорость потока и напор взаимодействуют в конкретной системе, имеет важное значение, прежде чем выбирать какой-либо тип насоса. Полное понимание расхода и напора насоса помогает выяснить, как эти параметры взаимодействуют с длиной трубы, потерями на трение и сопротивлением системы в реальных установках.

Управление вязкостью: где каждый насос побеждает или борется

Вязкость жидкости, возможно, является самой важной переменной при выборе между центробежным и объемным насосом. Оба типа реагируют на вязкость противоположным образом, что означает, что выбор неправильного варианта может привести к серьезному снижению эффективности или полному выходу насоса из строя.

Центробежные насосы лучше всего работают с жидкостями с низкой вязкостью: водой, легкими химикатами, тонкими растворителями и аналогичными жидкостями, которые свободно текут. По мере увеличения вязкости потери на трение внутри насоса быстро возрастают. Расход падает, напор уменьшается, эффективность падает, а энергопотребление возрастает. При температуре примерно 200–400 сантипуаз (в зависимости от конструкции насоса) снижение производительности центробежного насоса становится настолько серьезным, что делает его непрактичным выбором.

Насосы объемного действия реагируют на увеличение вязкости совершенно по-разному. По мере того как жидкость становится гуще, насос PD часто становится более эффективным. , не меньше — поскольку более высокая вязкость снижает внутренние утечки через зазоры. Шестеренчатые, кулачковые и винтовые насосы обычно используются для перекачивания масел, клеев, суспензий, полимеров и других сред с высокой вязкостью, которые могут полностью остановить центробежный насос. Насосы PD также более бережно перекачивают чувствительные к сдвигу жидкости, поскольку они создают более низкие внутренние скорости, что является решающим преимуществом в пищевой, фармацевтической и биологической промышленности, где жидкость не должна разрушаться под действием механических сил.

Прямое сравнение

В таблице ниже приведены наиболее значимые с эксплуатационной точки зрения различия между двумя категориями насосов по параметрам, которые наиболее важны в промышленных и химических процессах.

Общие области применения для каждого типа насоса

Профили применения центробежных и объемных насосов отражают их сильные стороны. Знание того, где доминирует каждый тип, помогает инженерам сузить выбор до начала детального проектирования.

Центробежные насосы являются «рабочими лошадками» городского водоснабжения, циркуляции HVAC, систем охлаждения и перекачки больших объемов жидкости. В химической промышленности они работают с кислотами, щелочами, растворителями и технической водой, где вязкость низкая, а высокая производительность является приоритетом. Они также являются стандартным выбором для очистки сточных вод, пожаротушения и сельскохозяйственного орошения — приложений, где требуются постоянные высокие скорости потока при умеренном давлении. Для обзора различных типов центробежных насосов и их промышленного применения, включая варианты с радиальным потоком, осевым потоком и магнитным приводом, существует широкий спектр конфигураций, подходящих для различных технологических требований.

Объемные насосы вступают в свои права там, где центробежные насосы терпят неудачу. Шестеренчатые и кулачковые насосы являются стандартными в смазочных масляных системах, гидравлике и пищевых продуктах, включая сиропы, соусы и пищевые масла. Мембранные и перистальтические насосы используются в дозировании химических веществ и фармацевтическом производстве, где точное дозирование и предотвращение загрязнения не подлежат обсуждению. Винтовые насосы перекачивают густые суспензии и абразивные среды при добыче полезных ископаемых, очистке сточных вод и бурении. Поршневые и плунжерные насосы обеспечивают очень высокое давление, необходимое в системах удаления накипи, гидростатических испытаний и очистки под высоким давлением.

Как выбрать правильный насос для вашего процесса

Выбор между центробежным и объемным насосом сводится к четырем последовательно задаваемым вопросам. Ответьте на них честно, сопоставив их с реальными условиями технологического процесса, а не с идеализированными расчетными условиями, и обычно станет понятен правильный тип насоса.

1. Какова вязкость жидкости? Если оно постоянно ниже 200 сП, естественной отправной точкой является центробежный насос. Если оно превышает 500 сП или если вязкость значительно варьируется в зависимости от условий эксплуатации, объемный насос будет обеспечивать более предсказуемую производительность.
2. Как должен выглядеть профиль потока? Если требуется точный, дозированный или постоянный расход (независимо от того, что происходит с давлением на выходе), насос PD является правильным выбором. Если приложение допускает переменный расход и приоритетом является высокая производительность, центробежный насос является более эффективным и экономичным.
3. Какое давление требуется системе? При очень высоких давлениях нагнетания — выше того, что может обеспечить одноступенчатый центробежный насос — насосы PD предлагают более прямой путь к требуемой производительности. Для умеренных давлений и высокого расхода обычно лучше подходят центробежные (в том числе многоступенчатые) конструкции.
4. Каковы особенности жидкости? Чувствительность к сдвигу, абразивность, содержание твердых частиц и химическая агрессивность — все это влияет как на тип насоса, так и на выбор материалов. В частности, для агрессивных технологических жидкостей в руководстве по выбору подходящего насоса для агрессивных жидкостей рассматривается совместимость материалов с распространенными агрессивными химическими веществами, включая кислоты и растворители.

Для применений, связанных с опасными или дорогостоящими технологическими жидкостями, где утечка недопустима, химические магнитные насосы для перекачки жидкости без утечек предлагают специализированное решение, которое полностью исключает механические уплотнения - актуально как для центробежных, так и для определенных конфигураций PD. Официальное руководство Министерства энергетики США по вопросам выбора насоса обеспечивает строгую основу для оценки системных требований, свойств жидкости и факторов энергоэффективности в спецификациях промышленных насосов. Чтобы получить всесторонний обзор доступных конфигураций насосов обеих категорий, полный ассортимент промышленных химических насосов включает в себя центробежные насосы, насосы с магнитным приводом, а также специальные варианты, разработанные для сложных условий химических процессов.