Насос объемного действия против центробежного насоса: основные различия и как выбрать

Как каждый тип насоса перемещает жидкость

Самое фундаментальное различие между насосом объемного типа (PD) и насосом центробежный насос заключается в механизме, используемом для перемещения жидкости, и это единственное различие влияет практически на все характеристики производительности, которые вам нужно оценить во время выбора.

Центробежный насос передает кинетическую энергию жидкости через вращающееся рабочее колесо. Когда крыльчатка вращается, она втягивает жидкость в отверстие в центре и выбрасывает ее наружу, к стенке корпуса, преобразуя скорость в давление в выпускном отверстии. Этот процесс является непрерывным, непульсирующим и сильно зависит от физических свойств жидкости, особенно от вязкости. Более подробную информацию о доступных вариантах см. в разделе «Типы центробежных насосов и их промышленное применение».

Насос объемного действия, напротив, физически удерживает фиксированный объем жидкости в полости — через шестерни, поршни, кулачки, винты или гибкую диафрагму — и механически выталкивает ее через нагнетательную линию. Каждый ход или оборот перемещает известное, определенное количество жидкости. В результате скорость потока остается почти постоянной независимо от давления на выходе, что принципиально отличается от любой центробежной конструкции.

Расход, давление и кривая производительности

Центробежные насосы работают по кривой производительности: при повышении противодавления в системе расход падает. В точке наилучшего КПД (BEP) гидравлические потери сведены к минимуму, и насос обеспечивает номинальную производительность при оптимальном энергопотреблении. Если отклониться слишком далеко от BEP — либо из-за чрезмерного дросселирования, либо из-за работы с низким напором — эффективность упадет, произойдет нагрев, а механический износ ускорится.

Насосы объемного типа ведут себя по-другому. Их кривая расход-давление почти вертикальна: поток остается стабильным в широком диапазоне давлений, что определяется скоростью насоса, а не сопротивлением системы. Такая предсказуемость делает насосы PD выбором по умолчанию для задач измерения и дозирования, где за цикл должен быть подан определенный объем, независимо от того, что происходит на выходе.

Одно практическое следствие: насос ПД, работающий против закрытого нагнетания, будет наращивать давление, пока что-нибудь не сломается . Предохранительный клапан или байпасный контур правильного размера не подлежат обсуждению при любой установке насоса PD. Центробежные насосы просто останавливаются при достижении запорного напора, не повреждая себя (хотя длительная остановка насоса приводит к перегреву).

Сопряжение центробежного насоса с частотно-регулируемым приводом (VFD) закрывает большую часть разрыва, позволяя регулировать расход в широком диапазоне, сохраняя при этом эффективность — комбинация, которая становится все более популярной в системах контроля температуры и HVAC, где условия нагрузки постоянно колеблются.

Вязкость, твердые частицы и чувствительность к сдвигу

Свойства жидкости часто определяют, какой тип насоса является жизнеспособным, прежде чем будут произведены какие-либо расчеты давления или расхода.

Центробежные насосы оптимизированы для жидкостей с низкой вязкостью — воды, жидких растворителей, легких химикатов. Когда вязкость превышает примерно 100–200 сП, потери на трение внутри насоса резко возрастают, расход падает, эффективность падает, а нагрузка на двигатель возрастает. Эксплуатация центробежного насоса на жидкости, для которой он никогда не был предназначен, не просто снижает производительность: он может перегреть устройство и привести к аннулированию гарантии.

На объемные насосы практически не влияют изменения вязкости. Во многих конструкциях зубчатых передач и прогрессивных полостей объемный КПД фактически увеличивается по мере загустения жидкости, поскольку вязкая жидкость более эффективно герметизирует внутренние зазоры. Вот почему насосы PD доминируют в переработке нефти, клеев, сиропов и полимеров. Для абразивных суспензий и потоков с большим содержанием частиц коррозионностойкий и износостойкий шламовый насос, построенный на принципах PD, обеспечивает надежную долговечность, с которой центробежные конструкции не могут сравниться при непрерывной эксплуатации.

Чувствительность к сдвигу является еще одним важным фактором. Центробежные рабочие колеса вращаются с высокой скоростью, оказывая на жидкость значительные сдвиговые усилия. Для эмульсий, биологических бульонов, некоторых полимеров и пищевых материалов, которые меняют структуру при сдвиге, это может привести к необратимому повреждению продукта. Мембранные и перистальтические насосы PD перемещают жидкость мягко, что делает их стандартом для чувствительных к сдвигу применений на линиях фармацевтической и пищевой промышленности.

Самовсасывание, работа всухую и ограничения при установке

Большинство центробежных насосов не могут выполнять самовсасывание. Перед запуском им требуется жидкость в корпусе насоса, чтобы создать гидравлическое действие, вызывающее поток — воздух в корпусе просто вращается, не создавая давления. На практике это означает, что насос должен быть установлен ниже уровня подаваемой жидкости или должна быть предусмотрена система заливки. Существуют самовсасывающие центробежные варианты, но они требуют дополнительного резервуара для жидкости в корпусе и по-прежнему не могут справиться с засасыванием воздуха во время работы.

Насосы объемного типа, особенно диафрагменные, по своей сути являются самовсасывающими. Они могут поднимать жидкость из нижнего сосуда, начинать высыхать и справляться с периодическим заглатыванием воздуха без повреждений. Это делает их гораздо более щадящими при установке в полевых условиях, в портативных установках и в приложениях, где уровень жидкости колеблется.

Сухой ход представляет собой сопутствующий риск. Работа центробежного насоса без жидкости разрушает механическое уплотнение за считанные минуты. Многие конструкции насосов PD, включая диафрагменные насосы, выдерживают длительную работу всухую, что является значительным преимуществом в процессах с непредсказуемой подачей сырья.

Техническое обслуживание и общая стоимость владения

Центробежные насосы широко считаются оборудованием, не требующим особого обслуживания. Из-за небольшого количества движущихся частей (в основном рабочего колеса, вала и уплотнения) поверхность износа ограничена. Плановое техническое обслуживание сосредоточено на проверке механических уплотнений, смазке подшипников и проверке зазоров рабочего колеса. Среднее время между отказами велико, если насосы имеют правильный размер и эксплуатируются вблизи BEP.

Насосы объемного типа имеют большую механическую сложность. Шестеренные насосы имеют узкие зазоры, подверженные износу из-за абразивов. Мембранные насосы требуют периодической замены диафрагмы, обычно каждые 8 ​​000–20 000 часов работы в зависимости от материала и режима работы. Поршневые и плунжерные насосы требуют обслуживания клапанов и уплотнений. Общее количество деталей выше, а график технического обслуживания более строгий.

Тем не менее, уместным сравнением является общая стоимость владения, а не только цена покупки. Центробежный насос, работающий с КПД 40 % на высоковязкой жидкости и требующий частой замены уплотнений, будет стоить значительно дороже в течение пяти лет, чем правильно подобранный насос PD, который стабильно работает в пределах своего проектного диапазона. Правильный насос для жидкости всегда будет более дешевым насосом с течением времени.

Параллельное сравнение

Выбор подходящего насоса для вашего применения

Решение об отборе обычно сводится к ответам на три вопроса, на которые последовательно отвечают.

Какова вязкость жидкости? Если давление жидкости превышает 200 сП, центробежный насос редко является правильным решением. Переходим непосредственно к оценке вариантов ПД: шестеренные насосы для чистых высоковязких жидкостей; диафрагменные насосы для агрессивных струй или потоков, содержащих частицы; винтовые насосы для паст и суспензий с высоким содержанием твердых частиц.

Требуется ли точное измерение расхода? Если точность дозирования имеет значение (впрыск химикатов, серийная обработка фармацевтических препаратов, доставка пищевых добавок), то характеристика фиксированного объема на один ход насоса PD имеет важное значение. Центробежные насосы, даже с частотно-регулируемым приводом, не могут сравниться по точности дозирования с диафрагменными или плунжерными насосами.

Каковы условия давления и расхода? Для перекачки больших объемов чистых жидкостей с низкой вязкостью при низком давлении центробежные насосы обеспечивают минимальные капитальные затраты, самую простую установку и лучшую энергоэффективность, близкую к BEP. Насосы PD обеспечивают возможности, которые центробежные конструкции не могут воспроизвести для впрыска под высоким давлением, перекачивания жидкостей с высокой вязкостью или для применений, требующих постоянного потока, независимого от изменений давления в системе.

Для работы в агрессивных химических средах двумя доминирующими вариантами являются центробежный насос с футеровкой из фтора для агрессивных химических сред или диафрагменный насос с корпусом из фторопласта — выбор между ними в конечном итоге зависит от вязкости и содержания твердых частиц в конкретной жидкости. Для общепромышленного применения с чистыми жидкостями в стандартном диапазоне температур характеристики центробежных насосов из нержавеющей стали охватывают широкий диапазон комбинаций расхода и напора по конкурентоспособной цене. Подбор типа насоса в соответствии с жидкостью и условиями технологического процесса, а не выбор по умолчанию наиболее знакомой технологии, — это то, что отличает надежную долгосрочную установку от хронической проблемы технического обслуживания.