Полезная информация о объемных насосах

Насос прямого вытеснения (PD) перемещает жидкость, многократно окружая фиксированный объем и механически перемещая его через систему. Насосное действие является циклическим и может приводиться в действие поршнями, винтами, шестернями, роликами, диафрагмами или лопастями.

Как работает поршневой насос прямого вытеснения?

Хотя существует большое разнообразие конструкций насосов, большинство из них можно разделить на две категории: поршневые и роторные.

Поршневые объемные насосы

Поршневой объемный насос работает за счет повторяющихся возвратно-поступательных движений (ходов) поршня, плунжера или диафрагмы (рис. 1). Эти циклы называются возвратно-поступательными.

В поршневом насосе первый ход поршня создает вакуум, открывает впускной клапан, закрывает выпускной клапан и всасывает жидкость в поршневую камеру (фаза всасывания). Когда поршень движется в обратном направлении, впускной клапан, находящийся теперь под давлением, закрывается, а выпускной клапан открывается, позволяя жидкости, содержащейся в поршневой камере, выйти (фаза сжатия). Велосипедный насос — простой пример. Поршневые насосы также могут быть двойного действия с впускным и выпускным клапанами с обеих сторон поршня. Пока поршень находится на всасывании с одной стороны, он сжимается с другой. Более сложные радиальные версии часто используются в промышленности.

По такому же принципу работают плунжерные насосы. Объем жидкости, перемещаемой поршневым насосом, зависит от объема цилиндра; в плунжерном насосе это зависит от размера плунжера. Уплотнение вокруг поршня или плунжера важно для сохранения насосного действия и предотвращения утечек. В общем, уплотнение плунжерного насоса легче обслуживать, поскольку оно неподвижно в верхней части цилиндра насоса, тогда как уплотнение вокруг поршня постоянно перемещается вверх и вниз внутри камеры насоса.

Мембранный насос использует гибкую мембрану вместо поршня или плунжера для перемещения жидкости. За счет расширения диафрагмы объем насосной камеры увеличивается, и жидкость всасывается в насос. Сжатие диафрагмы уменьшает объем и выталкивает некоторое количество жидкости. Преимущество мембранных насосов в том, что они являются герметичными системами, что делает их идеальными для перекачивания опасных жидкостей.

Циклическое действие поршневых насосов создает импульсы нагнетания, когда жидкость ускоряется в фазе сжатия и замедляется в фазе всасывания. Это может вызвать разрушительные вибрации в установке, и часто используются некоторые формы демпфирования или сглаживания. Пульсация также может быть сведена к минимуму за счет использования двух (или более) поршней, плунжеров или диафрагм, один из которых находится в фазе сжатия, а другой — в фазе всасывания.

Повторяемое и предсказуемое действие поршневых насосов делает их идеальными для применений, где требуется точное измерение или дозирование. Изменяя частоту или длину хода, можно получить измеренное количество перекачиваемой жидкости.

Роторные объемные насосы

Ротационные объемные насосы используют действия вращающихся зубчатых колес или шестерен для перекачки жидкости, а не движение вперед и назад поршневых насосов. Вращающийся элемент образует жидкостное уплотнение с корпусом насоса и создает всасывание на входе в насос. Жидкость, всасываемая насосом, попадает в зубья его вращающихся шестерен или шестерен и переносится на нагнетание. Простейшим примером роторного объемного насоса является шестеренчатый насос. Существует две основные конструкции шестеренчатого насоса: наружная и внутренняя (рис. 2).

Насос с внешним зацеплением состоит из двух взаимосвязанных шестерен, поддерживаемых отдельными валами (один или оба этих вала могут быть ведущими). Вращение шестерен захватывает жидкость между зубьями, перемещая ее от входа к выпуску по корпусу. Жидкость не проходит обратно через центр между шестернями, потому что они заблокированы. Малые допуски между шестернями и корпусом позволяют насосу развивать всасывание на входе и предотвращают утечку жидкости обратно со стороны нагнетания. Утечка или «проскальзывание» более вероятны для жидкостей с низкой вязкостью.

Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением работает по тому же принципу, но две взаимосвязанные шестерни имеют разные размеры, одна из которых вращается внутри другой. Полости между двумя шестернями заполнены жидкостью на входе и перемещаются к выпускному отверстию, откуда она вытесняется под действием меньшей шестерни.

Шестеренчатые насосы должны смазываться перекачиваемой жидкостью и идеально подходят для перекачивания масел и других жидкостей с высокой вязкостью. По этой причине шестеренчатый насос не должен работать всухую. Жесткие допуски между шестернями и корпусом означают, что эти типы насосов подвержены износу при использовании с абразивными жидкостями или сырьем, содержащим увлеченные твердые частицы.

Двумя другими конструкциями, аналогичными шестеренчатому насосу, являются лопастной насос и лопастной насос.

В случае лопастного насоса вращающимися элементами являются кулачки, а не шестерни. Большим преимуществом этой конструкции является то, что кулачки не соприкасаются друг с другом во время работы насоса, что снижает износ, загрязнение и сдвиг жидкости. В лопастных насосах используется набор подвижных лопастей (подпружиненных, находящихся под гидравлическим давлением или гибких), установленных на смещенном от центра роторе. Лопасти обеспечивают плотное прилегание к стенке корпуса, и захваченная жидкость транспортируется к выпускному отверстию.

Еще один класс роторных насосов использует один или несколько винтов с зацеплением для перекачки жидкости вдоль оси шнека. Основным принципом этих насосов является винт Архимеда, конструкция которого использовалась для орошения на протяжении тысячелетий.

Каковы основные характеристики и преимущества объемного насоса?

Существует два основных семейства насосов: поршневые и центробежные. Центробежные насосы способны работать с более высокими расходами и могут работать с жидкостями с более низкой вязкостью. На некоторых химических заводах 90% используемых насосов будут центробежными. Тем не менее, есть ряд применений, для которых предпочтительнее объемные насосы. Например, они могут обрабатывать жидкости с более высокой вязкостью и более эффективно работать при высоком давлении и относительно низком расходе. Они также более точны, когда измерение является важным фактором.

Каковы ограничения объемного насоса?

Как правило, поршневые насосы более сложны и трудны в обслуживании, чем центробежные насосы. Они также не способны создавать высокие скорости потока, характерные для центробежных насосов.

Насосы прямого вытеснения менее способны работать с жидкостями с низкой вязкостью, чем центробежные насосы. Для создания всасывания и уменьшения проскальзывания и утечек в роторном насосе используется уплотнение между его вращающимися элементами и корпусом насоса. Это значительно снижается при использовании жидкостей с низкой вязкостью. Точно так же сложнее предотвратить проскальзывание клапанов в поршневом насосе с подачей низкой вязкости из-за высокого давления, создаваемого во время действия насоса.

Пульсирующий напор также характерен для поршневых и особенно поршневых насосов. Пульсация может вызвать шум и вибрацию в трубопроводных системах и проблемы с кавитацией, что в конечном итоге может привести к повреждению или выходу из строя. Пульсацию можно уменьшить за счет использования нескольких цилиндров насоса и демпферов пульсации, но это требует тщательного проектирования системы. С другой стороны, центробежные насосы обеспечивают равномерный постоянный поток.

Возвратно-поступательное движение поршневого насоса также может быть источником вибрации и шума. Поэтому важно построить очень прочный фундамент для этого типа насоса. Вследствие высокого давления, создаваемого во время цикла откачки, также жизненно важно, чтобы насос или нагнетательная линия имели какую-либо форму сброса давления в случае блокировки. Центробежные насосы не нуждаются в защите от избыточного давления: в этом случае жидкость просто рециркулирует.

Сырье, содержащее высокий уровень абразивных твердых частиц, может вызвать чрезмерный износ компонентов всех типов насосов, особенно клапанов и уплотнений. Хотя компоненты поршневых насосов работают со значительно меньшими скоростями, чем у центробежных насосов, они по-прежнему подвержены этим проблемам. Это особенно относится к поршневым и плунжерным поршневым насосам и шестеренчатым роторным насосам. С этим типом подачи кулачковый, винтовой или диафрагменный насос может подойти для более требовательных применений.

В следующей таблице приведены возможности центробежных и поршневых насосов.

Сравнение насосов: центробежный и объемный

Каковы основные области применения поршневых насосов?

Объемные насосы прямого вытеснения обычно используются для перекачивания жидкостей с высокой вязкостью, таких как масло, краски, смолы или пищевые продукты. Они предпочтительнее в любом применении, где требуется точное дозирование или выход высокого давления. В отличие от центробежных насосов, производительность поршневых насосов не зависит от давления, поэтому они также предпочтительнее в любой ситуации, когда подача неравномерна. Большинство из них являются самовсасывающими.

Заключение

Объемный насос перемещает жидкость, многократно закрывая фиксированный объем с помощью уплотнений или клапанов и механически перемещая ее по системе. Насосное действие является циклическим и может приводиться в действие поршнями, винтами, шестернями, кулачками, диафрагмами или лопастями. Существует два основных типа: возвратно-поступательный и вращательный.

Насосы прямого вытеснения предпочтительны для применений с высоковязкими жидкостями, такими как густые масла и суспензии, особенно при высоком давлении, для сложных исходных материалов, таких как эмульсии, пищевые продукты или биологические жидкости, а также когда требуется точное дозирование.

Полезная информация о центробежных насосах

Центробежный насос представляет собой механическое устройство, предназначенное для перемещения жидкости посредством передачи энергии вращения от одного или нескольких ведомых роторов, называемых рабочими колесами. Жидкость поступает в быстро вращающееся рабочее колесо вдоль его оси и выбрасывается под действием центробежной силы по его окружности через концы лопастей рабочего колеса. Действие крыльчатки увеличивает скорость и давление жидкости, а также направляет ее к выпускному отверстию насоса. Корпус насоса специально разработан для того, чтобы сжимать жидкость на входе насоса, направлять ее в рабочее колесо, а затем замедлять и контролировать жидкость перед выпуском.

Как работает центробежный насос?

Рабочее колесо является ключевым элементом центробежного насоса. Он состоит из ряда изогнутых лопастей. Обычно они зажаты между двумя дисками (закрытая крыльчатка). Для жидкостей с вовлеченными твердыми частицами предпочтительнее открытое или полуоткрытое рабочее колесо (с одним диском) (рис. 1).

Жидкость входит в рабочее колесо по его оси («ушко») и выходит по окружности между лопастями. Рабочее колесо, расположенное на противоположной от проушины стороне, соединено приводным валом с двигателем и вращается с высокой скоростью (обычно 500-5000 об/мин). Вращательное движение крыльчатки ускоряет поток жидкости через лопасти крыльчатки в корпус насоса.

Существуют две основные конструкции корпуса насоса: улитка и диффузор. Целью обеих конструкций является преобразование потока жидкости в контролируемый выпуск под давлением.

В спиральном корпусе крыльчатка смещена, образуя изогнутую воронку с увеличивающейся площадью поперечного сечения по направлению к выпускному отверстию насоса. Эта конструкция вызывает увеличение давления жидкости по направлению к выпускному отверстию (рис. 2).

Тот же основной принцип применим и к конструкциям диффузоров. В этом случае давление жидкости увеличивается, поскольку жидкость вытесняется между набором неподвижных лопастей, окружающих рабочее колесо (рис. 3). Конструкции диффузоров могут быть адаптированы для конкретных применений и, следовательно, могут быть более эффективными. Спиральные корпуса лучше подходят для применений, связанных с вовлечением твердых частиц или жидкостей с высокой вязкостью, когда выгодно избегать дополнительных сужений лопаток диффузора. Асимметрия спиральной конструкции может привести к большему износу рабочего колеса и приводного вала.

Каковы основные характеристики центробежного насоса?

Существует два основных семейства насосов: центробежные и поршневые насосы. По сравнению с последними центробежные насосы обычно предназначены для более высоких потоков и для перекачивания жидкостей с более низкой вязкостью, вплоть до 0.1 сП. На некоторых химических заводах 90% используемых насосов будут центробежными. Тем не менее, есть ряд применений, для которых предпочтительнее объемные насосы.

Каковы ограничения центробежного насоса?

Эффективная работа центробежного насоса зависит от постоянного вращения его рабочего колеса с высокой скоростью. При работе с сырьем с высокой вязкостью центробежные насосы становятся все более неэффективными: возникает большее сопротивление и требуется более высокое давление для поддержания определенного расхода. В целом, центробежные насосы подходят для перекачивания жидкостей с низким давлением и высокой производительностью с вязкостью от 0.1 до 200 сП.

Такие шламы, как грязь или масла с высокой вязкостью, могут вызвать чрезмерный износ и перегрев, что приведет к повреждению и преждевременному выходу из строя. Объемные насосы часто работают на значительно более низких скоростях и менее подвержены этим проблемам.

Любая перекачиваемая среда, чувствительная к сдвигу (разделение эмульсий, взвесей или биологических жидкостей), также может быть повреждена высокой скоростью вращения рабочего колеса центробежного насоса. В таких случаях предпочтительна более низкая скорость объемного насоса.

Еще одним ограничением является то, что, в отличие от объемного насоса, центробежный насос не может обеспечить всасывание в сухом состоянии: он должен быть изначально заполнен перекачиваемой жидкостью. Поэтому центробежные насосы не подходят для любого применения, где подача прерывистая. Кроме того, если давление подачи является переменным, центробежный насос создает переменный поток; объемный насос нечувствителен к изменению давления и обеспечивает постоянную производительность. Таким образом, в приложениях, где требуется точное дозирование, предпочтение отдается объемному насосу.

В следующей таблице приведены различия между центробежными и поршневыми насосами.

Сравнение насосов: центробежный и объемный

Каковы основные области применения центробежных насосов?

Центробежные насосы обычно используются для перекачивания воды, растворителей, органических веществ, масел, кислот, оснований и любых «жидких» жидкостей как в промышленности, сельском хозяйстве, так и в быту. На самом деле, существует конструкция центробежного насоса, подходящая практически для любого применения с жидкостями с низкой вязкостью.

Заключение

Центробежный насос работает за счет передачи энергии вращения от одного или нескольких ведомых роторов, называемых рабочими колесами. Действие крыльчатки увеличивает скорость и давление жидкости и направляет ее к выпускному отверстию насоса. Благодаря простой конструкции центробежный насос хорошо понятен и прост в эксплуатации и обслуживании.

Конструкции центробежных насосов предлагают простые и недорогие решения для большинства применений с низким давлением и высокой производительностью, связанных с жидкостями с низкой вязкостью, такими как вода, растворители, химикаты и легкие масла. Типичные области применения включают водоснабжение и циркуляцию, ирригацию и перекачку химикатов на нефтехимических заводах. Насосы прямого вытеснения предпочтительны для применений, связанных с высоковязкими жидкостями, такими как густые масла и суспензии, особенно при высоком давлении, для сложных исходных материалов, таких как эмульсии, пищевые продукты или биологические жидкости, а также когда требуется точное дозирование.