Центробежные и объемные насосы: полное руководство по типам, производительности, выбору и т. д.

Насосы являются рабочими лошадками бесчисленных промышленных операций, однако выбор правильного типа может быть сложной задачей. Выбор между центробежными и объемными насосами существенно влияет на производительность. Эти два типа насосов существенно различаются по своей работе, возможностям и применению.

В этой статье будут рассмотрены тонкости каждого из них, проанализированы их механизмы, эксплуатационные характеристики и типичные применения, а также даны рекомендации по оптимальному выбору насоса. В ней будут рассмотрены такие важные аспекты, как принципы работы, расход, управление вязкостью и вопросы обслуживания, чтобы помочь профессионалам в этой области принимать обоснованные решения.

Что такое центробежный насос?

Центробежный насос — это тип роторного насоса, который использует вращающееся рабочее колесо для передачи кинетической энергии жидкости, увеличивая ее скорость и давление. Эта кинетическая энергия затем преобразуется в энергию давления, когда жидкость выходит из насоса.

Центробежные насосы характеризуются способностью перемещать большие объемы жидкости при относительно низком давлении, что делает их пригодными для широкого спектра применений, связанных с жидкостями с низкой вязкостью. Они широко используются в различных отраслях промышленности, бытовых условиях и сельском хозяйстве благодаря своей простой конструкции, простоте эксплуатации и экономической эффективности.

Принцип работы центробежных насосов

Центробежные насосы работают по принципу преобразования механической энергии двигателя в кинетическую энергию жидкости. Процесс начинается, когда электродвигатель вращает вал насоса, который соединен с рабочим колесом. Рабочее колесо, оснащенное серией лопастей или лопаток, вращается с высокой скоростью, обычно в диапазоне от 500 до 5000 об/мин. Это вращение создает центробежную силу, которая втягивает жидкость в центр насоса, около глазка рабочего колеса. Когда жидкость движется через рабочее колесо, она набирает скорость и выталкивается наружу к внешним краям корпуса.

Корпус насоса предназначен для сбора жидкости, выбрасываемой рабочим колесом, и направления ее к выходу насоса. Форма корпуса преобразует кинетическую энергию жидкости в энергию давления, позволяя проталкивать жидкость через выпускную трубу. Ключевым моментом здесь является то, что насос создает поток, создавая давление.

Что такое объемный насос?

Насос объемного вытеснения — это тип насоса, который перемещает жидкость, захватывая фиксированное количество жидкости в полости, а затем вытесняя или перемещая этот объем в выпускную трубу. В отличие от центробежных насосов, которые передают кинетическую энергию жидкости, насосы объемного вытеснения создают постоянный поток, многократно захватывая и перемещая фиксированные объемы жидкости.

Этот механизм позволяет насосам объемного типа перекачивать вязкие жидкости и создавать высокое давление, что делает их идеальными для применений, требующих точного дозирования, высокого давления и работы со сложными жидкостями.

Принципы работы объемных насосов

Насосы объемного вытеснения работают путем механического захвата фиксированного объема жидкости и перемещения его со стороны всасывания на сторону нагнетания насоса. Эти насосы используют расширяющуюся полость на стороне всасывания и уменьшающуюся полость на стороне нагнетания. По мере того, как полость на стороне всасывания расширяется, жидкость втягивается в насос. По мере того, как полость сжимается, жидкость вытесняется через линию нагнетания. Этот процесс создает постоянный поток, пропорциональный скорости работы, независимо от давления. Насосы объемного вытеснения подразделяются на два основных типа: поршневые и роторные.

• Возвратно-поступательные насосы, такие как поршневые, плунжерные и мембранные насосы, используют возвратно-поступательное движение для создания насосного действия.
• Роторные насосы, такие как шестеренчатые, кулачковые, винтовые и лопастные, используют вращающиеся элементы для перемещения жидкости.

Давление, создаваемое этими насосами, определяется сопротивлением системы, и они могут достигать высоких давлений без значительного падения расхода. Важно отметить, что насос объемного типа будет продолжать производить поток даже против закрытого сброса, что приведет к быстрому повышению давления, что делает необходимыми клапаны сброса давления или предохранительные клапаны.

Сравнение центробежных и объемных насосов

Механизм действия

Центробежные насосы работают, используя рабочее колесо для передачи кинетической энергии жидкости, что увеличивает скорость и, следовательно, давление, перемещая ее через насос. Они не захватывают фиксированные объемы жидкости, вместо этого они создают давление для перемещения жидкости.

С другой стороны, насосы положительного вытеснения работают, захватывая фиксированный объем жидкости в камере и выталкивая его в линию нагнетания с помощью механического воздействия. Этот механизм прямого вытеснения позволяет им поддерживать постоянный расход независимо от изменений давления.

Характеристики расхода

Центробежные насосы имеют переменный расход, который изменяется в зависимости от давления в системе. С ростом давления расход уменьшается, и наоборот.

Насосы объемного вытеснения обеспечивают почти постоянную скорость потока, независимо от изменений давления. Скорость потока пропорциональна рабочей скорости насоса, что делает их идеальными для приложений, требующих предсказуемого и постоянного выхода.

Обработка вязкости

Центробежные насосы лучше всего подходят для жидкостей с низкой вязкостью, таких как вода, растворители и легкие масла. Их производительность значительно снижается при использовании жидкостей с более высокой вязкостью из-за увеличения потерь на трение внутри насоса. Скорость потока быстро уменьшается с увеличением вязкости.

Насосы объемного типа отлично справляются с перекачкой высоковязких жидкостей, таких как густые масла, сиропы и шламы. Скорость потока может фактически увеличиваться с увеличением вязкости. Они спроектированы с внутренними зазорами, которые вмещают густые жидкости, обеспечивая постоянный поток независимо от вязкости.

Возможности всасывания и подъема

Стандартные центробежные насосы не являются самовсасывающими и не могут создавать высоту всасывания, то есть они не могут всасывать жидкость вверх в насос.

Объемные насосы благодаря своей конструкции могут создавать вакуум на впускной стороне, что позволяет им всасывать жидкости из-под уровня насоса, обеспечивая тем самым возможность всасывания.

Соображения по поводу стрижки

Центробежные насосы с их высокоскоростными рабочими колесами могут вызывать сдвиг жидкостей, что может быть проблемой для материалов, чувствительных к сдвигу. Высокоскоростной двигатель может ухудшить качество жидкости, проходя через насос.

Насосы положительного вытеснения производят меньше сдвигов, что делает их лучшим выбором для жидкостей, чувствительных к механическому напряжению или содержащих хрупкие твердые частицы. Они часто используются для бережной обработки жидкостей, чувствительных к сдвигу, и жидкостей, содержащих хрупкие твердые частицы.

Требования к техническому обслуживанию

Центробежные насосы обычно имеют меньшие потребности в обслуживании из-за их простой конструкции и меньшего количества движущихся частей. Это делает их пригодными для непрерывной работы. Однако такие проблемы, как кавитация, износ рабочего колеса и утечки через уплотнения, могут потребовать внимания.

Насосы объемного типа обычно имеют более сложные механизмы с несколькими движущимися частями, что приводит к более высоким требованиям к техническому обслуживанию.

Типичные различия в стоимости

Центробежные насосы обычно более выгодны в приобретении из-за их более простой конструкции и широкой доступности. Они также часто имеют более низкие затраты на техническое обслуживание.

Насосы объемного вытеснения имеют более высокие первоначальные затраты, особенно для специализированных типов, из-за их более сложной конструкции. Они также имеют более высокие затраты на техническое обслуживание из-за более сложных внутренних компонентов и большего количества подверженных износу деталей. Однако они могут быть более энергоэффективными при работе с жидкостями с высокой вязкостью.

Типичные области применения

Центробежные насосы обычно используются для приложений, связанных с жидкостями с низкой вязкостью и высокой скоростью потока. К ним относятся водоснабжение и циркуляция, орошение, очистка сточных вод, химическая переработка, добыча нефти и газа, системы HVAC и производство электроэнергии. Они также используются для перекачки и обработки больших объемов жидкости во время приготовления пищи, упаковки или очистки в процессах обработки пищевых продуктов.

Насосы прямого вытеснения предпочтительны для применений, требующих точного дозирования, высокого давления и обработки вязких или чувствительных к сдвигу жидкостей. Типичные области применения включают перекачку густых масел, дозирование химикатов, перемещение ингредиентов, сиропов и готовых продуктов в пищевой промышленности, обработку едких, абразивных и высоковязких жидкостей в химической промышленности и точное дозирование в фармацевтике.

Как выбрать правильный насос для вашего применения

Определение системных требований

Первый шаг — четко определить требования к вашей системе. Это включает понимание жидкости, которую нужно перекачивать, требуемого расхода, необходимого давления и любых конкретных условий эксплуатации. Определите объем жидкости, который необходимо переместить в течение заданного периода времени. Расход обычно измеряется в галлонах в минуту (GPM) или литрах в минуту (LPM).

Оцените общее давление или напор, который должен преодолеть насос. Сюда входит статический напор (вертикальное расстояние, на которое должна быть поднята жидкость) и потери на трение в системе трубопроводов.

Свойства жидкости

Свойства перекачиваемой жидкости являются ключевым фактором при выборе правильного насоса. Вязкость, которая относится к густоте жидкости или сопротивлению потоку, влияет на производительность обоих типов насосов. Центробежные насосы подходят для жидкостей с низкой вязкостью, в то время как объемные насосы лучше подходят для жидкостей с высокой вязкостью. Другие свойства жидкости, такие как плотность, коррозионность и наличие твердых частиц, также следует учитывать.

Требования к расходу

Требуемая скорость потока является критическим параметром. Если приложение требует высокой и постоянной скорости потока при более низком давлении, центробежный насос может быть достаточным для приложений с низкой вязкостью. Однако, если приложение требует постоянной скорости потока даже при изменяющемся давлении, лучшим вариантом является насос прямого вытеснения, особенно если вязкость высокая. Если есть колебания спроса, центробежный насос может адаптироваться лучше.

Потребности в давлении (голове)

Требования к давлению или напору системы также важны. Если приложение требует высокого давления, то обычно лучше подходит насос объемного вытеснения, поскольку он может обеспечивать постоянный расход без значительного падения давления. Центробежные насосы более эффективны для приложений с низким давлением и могут значительно снижать расход при повышении давления.

Требования к питанию

Потребляемая мощность насоса будет влиять на эксплуатационные расходы. Центробежные насосы энергоэффективны при оптимальных условиях. Насосы объемного вытеснения более эффективны при работе с высоковязкими жидкостями и могут поддерживать эффективность в диапазоне давлений.

Также примите во внимание рабочую скорость каждого типа насоса, поскольку центробежные насосы, как правило, работают на более высоких скоростях, а объемные насосы — на более низких. Эти различия в рабочих скоростях могут повлиять на срок службы уплотнения и могут повлиять на процесс выбора.