Динамические и объемные насосы – отличия и сравнения

Выбор насоса - задача, требующая понимания принципов их работы, характеристик и особенностей применения. Два основных класса насосов, используемых в промышленности и быту, - это динамические и объемные. Несмотря на общую цель - перемещение жидкостей, их устройство, способы воздействия на рабочую среду и, как следствие, области применения существенно различаются. Данная статья представляет собой сравнение этих двух типов насосов, охватывая их конструктивные особенности, рабочие характеристики, преимущества, недостатки и типичные сферы использования.

Принцип работы

Динамические насосы:

Динамические насосы, также известные как насосы с непрерывным потоком, работают на принципах гидродинамики. Они преобразуют энергию вращения вала в кинетическую энергию (скорость жидкости) и потенциальную энергию (давление жидкости) - создается статическое давления за счет изменения скорости потока. Т.е. работу насоса можно разделить на 3 этапа:

• Передача энергии: Энергия от приводного двигателя (электродвигателя, ДВС и т.д.) передается вращающемуся рабочему органу (например, крыльчатке или колесу).
• Нагнетание жидкости: Вращающийся рабочий орган сообщает жидкости, поступающей в насос, определенную скорость. Жидкость, будучи вовлеченной в движение, приобретает кинетическую энергию.
• Преобразование энергии: Далее, по мере прохождения жидкости через корпус насоса (например, спиральный корпус или диффузор), ее скорость уменьшается, а кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию – давление.

Важно: Динамические насосы не создают герметичных полостей, заполненных жидкостью. Подача жидкости носит непрерывный, а не порционный характер.

Объемные насосы:

Объемные насосы, или насосы вытеснения, работают по принципу периодического заполнения одной или нескольких фиксированных полостей жидкостью и последующего принудительного вытеснения этой жидкости из рабочей камеры в напорную линию. Можно также разделить работу объемных насосов на несколько этапов:

• Создание вакуума: При движении рабочего органа (например, поршня, плунжера, шестерни, ротора) в рабочей камере создается пониженное давление (вакуум), что приводит к всасыванию жидкости из источника.
• Заполнение полости: Жидкость поступает в образовавшуюся полость.
• Вытеснение жидкости: Затем рабочий орган меняет свое положение, уменьшая объем рабочей камеры и увеличивая давление. Это давление превышает давление в напорной линии, и жидкость вытесняется в нее.
• Герметичность: Существенной особенностью объемных насосов является то, что они создают герметичные полости, которые заполняются и опорожняются.

Важно: Объемные насосы работают порционно (или в виде непрерывного потока). При перекрытии напорной линии они создают очень высокое давление, что требует наличия предохранительных клапанов.

Основные типы и конструктивные особенности

Динамические насосы - некоторые виды:

• Центробежные насосы: Наиболее распространенный тип. Жидкость поступает в центр вращающегося рабочего колеса, отбрасывается к периферии под действием центробежной силы, где затем собирается в корпусе (улитке или диффузоре) и направляется в напорный патрубок.

  • Одноступенчатые: Имеют одно рабочее колесо.
  • Многоступенчатые: Имеют несколько последовательно расположенных рабочих колес, что позволяет достигать более высоких напоров.
  • Спиральные: Спиральный корпус постепенно расширяется, преобразуя скорость в давление.
  • С диффузором: Диффузор – это система направляющих лопаток, которые более эффективно преобразуют кинетическую энергию в статическое давление.
• Осевые насосы: Жидкость перемещается параллельно оси вращения рабочего колеса. Обычно используются для перекачивания больших объемов жидкостей при малых напорах (например, в ирригационных системах, для перекачки сточных вод).

О динамических насосах можете посмотреть более подробную информацию ЗДЕСЬ

Объемные насосы - некоторые виды:

• Поршневые насосы: Жидкость всасывается и вытесняется поршнем, движущимся в цилиндре. Имеют клапанный механизм для управления потоком.
• Однопоршневые: Одно рабочее движение.
• Многопоршневые: Несколько поршней, работающих со смещением, что обеспечивает более плавную подачу.
• Плунжерные: Используют плунжер (стержень) вместо поршня, что позволяет работать при более высоких давлениях.
• Мембранные (диафрагменные) насосы: Вместо поршня используется гибкая мембрана, которая при деформации создает изменение объема рабочей камеры. Обычно имеют клапанный механизм.
• Шестеренные насосы: Две шестерни в герметичном корпусе. Жидкость захватывается в пространствах между зубьями и корпусом и перемещается от всасывающего к напорному патрубку.
• Винтовые насосы: Один или несколько винтов вращаются в корпусе, транспортируя жидкость вдоль своей оси. Существуют одно-, двух- и трехвинтовые конструкции.
• Кулачковые насосы: Имеют вращающиеся кулачки (подобно шестерням), которые захватывают и перемещают жидкость.
• Шиберные насосы: Содержат вращающийся ротор с подвижными пластинами, которые при вращении создают изменяющиеся объемы рабочих камер.

Об объемных насосах можете посмотреть более подробную информацию ЗДЕСЬ

---

Характеристики и cравнения:

Преимущества и Недостатки

Динамические насосы:

Преимущества:

• Плавный, непрерывный поток: Отсутствие пульсаций, что важно для многих процессов.
• Простота конструкции (особенно центробежные): Меньше движущихся частей, что снижает вероятность отказов.
• Высокая производительность при низких и средних напорах: Идеальны для задач, требующих перекачки больших объемов.
• Компактность и легкость: Для многих задач они более выгодны по габаритам.
• Относительно низкая стоимость: Для стандартных применений, как правило, дешевле.
• Способность работать с гомогенными суспензиями (с учетом износа): Некоторые конструкции центробежных насосов могут перекачивать жидкости с твердыми включениями.

Недостатки:

• Производительность зависит от напора: Несаморегулирующийся режим, требуется контроль.
• Чувствительность к вязкости: КПД и производительность резко падают при работе с вязкими жидкостями.
• Требуют заполнения жидкостью: Не могут работать "всухую".
• Склонность к кавитации: При неправильных условиях работы могут быть повреждены.
• Не создают высокого давления: Ограничены в создании высоких напоров.

Объемные насосы:

Преимущества:

• Постоянная подача, независимая от напора: Идеальны для точного дозирования жидкостей.
• Способность создавать очень высокие давления: Широкое применение в гидравлике.
• Эффективность при работе с высоковязкими жидкостями: Практически не теряют производительности.
• Меньшая склонность к кавитации: Благодаря созданию вакуума.
• Возможность работы "всухую" (некоторые типы): Удобство при эксплуатации.
• Самовсасывание (для некоторых типов): Могут создавать значительный вакуум и засасывать жидкость (некоторые типы насосов до 9.5 метров).

Недостатки:

• Пульсация потока (некоторые типы, особенно поршневые): Может потребоваться установка демпфера пульсаций.
• Риск повреждений при перекрытии напорной линии: Необходимо наличие предохранительного клапана.
• Износ уплотнений и рабочих поверхностей: Требуют более частого обслуживания при работе с абразивными средами.
• Чувствительность к твердым включениям: Не все типы подходят для работы с жидкостями, содержащими механические примеси.
• Более высокая стоимость (для некоторых типов): Особенно сложные многопоршневые или кулачковые насосы.
• Более сложная конструкция (для некоторых типов): Увеличивает вероятность выхода из строя.

Области Применения

Динамические насосы:

• Водоснабжение и водоотведение: Перекачка больших объемов воды (питьевой, технической, сточной).
• Нефтеперерабатывающая и химическая промышленность: Перекачка низковязких углеводородов, растворителей, кислот, щелочей.
• Системы отопления и охлаждения: Циркуляция теплоносителей.
• Сельское хозяйство: Ирригация, дренаж.
• Пищевая промышленность: Перекачка соков, молока, воды (при условии гигиенического исполнения).
• Энергетика: Перекачка конденсата, охлаждающей воды.
• Судостроение: Водоотливные системы, системы охлаждения.

Объемные насосы:

• Гидравлические системы: Привод в станках, экскаваторах, прессах.
• Топливные системы: Подача топлива (бензин, дизель) в двигатели.
• Системы смазки: Подача масел.
• Химическая промышленность: Точное дозирование реагентов, перекачка вязких или агрессивных жидкостей.
• Пищевая промышленность: Дозирование сиропов, шоколада, паст, кремов.
• Нефтяная промышленность: Добыча нефти (штанговые насосы – вариант объемного), транспортировка вязкой нефти.
• Медицина: Инфузионные насосы, дозаторы.
• Лакокрасочная промышленность: Перекачка красок, лаков.
• Транспортировка густых смазок, суспензий, паст: Где динамические насосы не справляются.

Общие рекомендации

• Если вам нужно перемещать большие объемы низковязкой жидкости при умеренном давлении, где точность подачи не критична, динамический (чаще всего центробежный) насос, вероятно, будет более эффективным и экономичным решением.
• Если требуется высокое давление, точное дозирование, перекачка высоковязкой жидкости или работа с агрессивными средами, где важна стабильность подачи независимо от напора, объемный насос будет предпочтительнее.
• При пуске системы всегда проверяйте, что насос заполнен жидкостью, если это не объемный насос, допускающий работу "всухую".
• Для объемных насосов обязательна установка предохранительного клапана для защиты от превышения давления.
• При работе с абразивными средами тщательно изучайте материалы конструкции и возможности насоса, так как износ может привести к быстрому выходу из строя.

Понимание фундаментальных различий между динамическими и объемными насосами, их конструктивных особенностей и рабочих характеристик позволяет инженерам и специалистам принимать обоснованные решения, обеспечивая максимальную эффективность, надежность и долговечность оборудования.