В чем разница между центробежным насосом и вертикальным осевым насосом?

В мире обработки жидкостей насосы играют решающую роль в перемещении жидкостей из одной точки в другую. Двумя распространенными видами насосов, используемых в различных отраслях, являются центробежные насосы и вертикальные осевые насосы. Хотя оба служат цели передачи жидкости, они значительно отличаются друг от друга по своей конструкции, эксплуатации и применению.

Направление потока

Одно из основных различий между центробежными насосами и вертикальными осевыми насосами заключается в направлении потока жидкости через насос. Это различие зависит не только от конструкции насоса, но и от его эксплуатационных характеристик и пригодности для различных применений.

Центробежные насосы, как следует из их названия, используют центробежную силу для перемещения жидкости. В этих насосах жидкость поступает в насос в центре вращающегося ударного элемента. По мере вращения барабана он передает кинетическую энергию жидкости, направляя ее наружу в радиальном направлении. Это радиальное движение жидкости затем преобразуется в давление, когда жидкость выходит из ударного элемента и поступает в корпус насоса. Корпус, как правило, имеет спиральную форму, известную как объемный, что способствует дальнейшему повышению давления и направлению жидкости к выпускному отверстию.

В отличие от этого вертикальные осевые насосы перемещают жидкость в осевом направлении параллельно шахте насоса. В этих насосах ударный элемент больше похож на винт, с лопатами, которые толкают жидкость вдоль оси вращения. По мере вращения барабана перед ним создается зона низкого давления, в которую поступает жидкость, а за ней − зона высокого давления, из которой вытягивается жидкость.

Направление осевого потока в этих насосах особенно выгодно для перемещения больших объемов жидкости при относительно низком давлении на головку. Это делает осевые насосы идеально подходят для таких областей применения, как борьба с наводнениями, ирригационные системы и циркуляция охлаждающей воды на электростанциях, где основным требованием является перемещение большого количества жидкости, а не создание высокого давления.

С головы до ног

Понятие "голова" в насосных системах относится к общей эквивалентной высоте накачки жидкости с учетом таких факторов, как давление, скорость и высота. Это ключевой параметр в выборе насоса и конструкции системы, так как он напрямую связан с количеством энергии, необходимой для перемещения жидкости. Центробежные насосы и вертикальные осевые насосы существенно отличаются друг от друга по своей способности генерировать головку, что влияет на их пригодность для различных применений.

Центробежные насосы известны своей способностью генерировать высокие головы. Эта способность обусловлена их конструкцией, которая позволяет эффективно преобразовывать кинетическую энергию, поступающую от вращающегося ударного элемента, в энергию давления. По мере того, как ударный элемент сбрасывает жидкость наружу, она набирает скорость. Затем эта скорость преобразуется в давление по мере замедления жидкости в корпусе насоса. Спиральная форма оболочки (объемная) еще больше облегчает это преобразование давления.

Вертикальные осевые насосы, с другой стороны, как правило, предназначены для применения в нижней части головы. Конструкция осевого потока более эффективна при перемещении больших объемов жидкости, но менее эффективна при создании высокого давления. В этих насосах жидкость движется параллельно шахте насоса, и давление создается главным образом за счет ускорения жидкости, а не за счет центробежного действия.

Головка, получаемая вертикальными осевыми насосами, как правило, ниже, чем у центробежных насосов, и обычно варьируется от нескольких метров до примерно 20 метров в одноступенчатой конструкции. Хотя это может показаться ограничительным, важно отметить, что многие приложения требуют перемещения больших объемов жидкости против относительно низких голов, и в этих сценариях вертикальные осевые насосы потока excel.

Например, в области борьбы с наводнениями основное требование заключается в быстром перемещении большого объема воды, зачастую с небольшой разницей в высоте. Аналогичным образом, в системах охлаждения электростанций основное внимание уделяется циркулированию больших объемов воды, а не созданию высокого давления. В этих случаях нижняя часть вертикальных осевых насосов является не ограничением, а скорее функцией, которая позволяет эффективно работать.

Расход потока

Расход, который относится к объему жидкости насоса может двигаться в данный период времени, является еще одним важным фактором, который отличает центробежные насосы от вертикальных осевых насосов потока. Эта характеристика существенно влияет на пригодность насоса для различных применений и играет ключевую роль в проектировании системы и выборе насоса.

Вертикальные осевые насосы, как правило, предназначены для работы с более высокой скоростью потока по сравнению с центробежными насосами аналогичного размера. Эта возможность вытекает из их осевой конструкции потока, что позволяет более прямой и менее ограниченный путь для жидкости через насос. В вертикальном осевом насосе ударные лезвия предназначены для перемещения большого объема жидкости по оси вала насоса. Эта конструкция сводит к минимуму изменения направления потока и уменьшает турбулентность, что позволяет эффективно перемещать большое количество жидкости.

Высокая пропускная способность вертикальных осевых насосов делает их идеальными для применения в тех случаях, когда основным требованием является перемещение больших объемов жидкости. Например, в системах борьбы с наводнениями эти насосы могут быстро перемещать огромное количество воды для предотвращения наводнений. В оросительных системах они могут эффективно распределять воду на больших площадях. В системах охлаждения электростанций вертикальные осевые насосы часто используются для циркуляции больших объемов охлаждающей воды.

Это не редкость для больших вертикальных осевых насосов для обработки потока десятки тысяч галлонов в минуту или даже больше. Этот мощный потенциал особенно ценен в сценариях, в которых решающее значение имеет быстрая передача жидкостей, например в чрезвычайных ситуациях, связанных с борьбой с наводнениями, или в промышленных процессах, которые требуют непрерывной, большой циркуляции жидкостей.

Центробежные насосы, хотя и способны обрабатывать широкий диапазон расхода, как правило, предназначены для более низких значений расхода по сравнению с вертикальными осевыми насосами аналогичного размера. Радиальный расход центробежных насосов, хотя и эффективен для создания давления, может повысить устойчивость к потоку по сравнению с осевой конструкцией. Это происходит потому, что жидкость должна менять направление, когда она входит в насос аксиально, а затем выходит радиально.

НПГШ (НПГШ)

Полезная всасывающая головка (NPSH) представляет собой важнейшую концепцию работы насоса, связанную с минимальным давлением, требуемым на входе насоса для предотвращения кавитации. Кавитация представляет собой явление, когда пузыри паров образуются в жидкости из-за низкого давления, а затем разрушаются, потенциально приводя к повреждению насоса. Понимание требований NPSH различных типов насосов имеет важное значение для обеспечения надежной и эффективной работы насоса.

Вертикальные осевые насосы, как правило, имеют более низкие требования к NPSH по сравнению с центробежными насосами. Эта характеристика является одним из ключевых преимуществ вертикальных осевых насосов в некоторых областях применения.

Более низкие требования NPSH к вертикальным осевым насосам обусловлены главным образом их конструкцией. В этих насосах ударный элемент часто размещается вблизи или под поверхностью воды, что, естественно, обеспечивает положительную всасывающую головку. Эта схема минимизирует риск кавитации, гарантируя, что на входе в насос всегда присутствует достаточное давление.

Конструкция осевого потока также способствует снижению требований NPSH. Жидкость поступает в насос параллельно валу и проходит в этом направлении через ударный элемент. Этот прямой путь потока приводит к меньшему падению давления на входе по сравнению с более сложным путем потока в центробежных насосах, где жидкость должна менять направление от осевой до радиальной.

Более низкие требования NPSH к вертикальным осевым насосами делают их особенно подходящими для применения в тех случаях, когда имеющаяся всасывающая головка ограничена. Например, в системах борьбы с наводнениями или орошения, где насосы должны работать с минимальной погружением под воду, вертикальные осевые насосы могут работать эффективно без риска кавитации.

С другой стороны, центробежные насосы, как правило, имеют более высокие требования к NPSH. Это объясняется рядом факторов, связанных с их проектированием и эксплуатацией. В центробежном насосе жидкость поступает аксиально в центр ударного устройства, а затем ускоряется радиально наружу. Это изменение направления и высокая скорость могут привести к локализации областей низкого давления, увеличивая риск кавитации.

Производители вертикальных осевых насосов

Когда речь идет о выборе вертикального осевого насоса потока, выбор авторитетного производителя имеет решающее значение для обеспечения надежности, эффективности и долгосрочной производительности. Одним из таких производителей, который зарекомендовал себя в отрасли, является тяньцзинь кайрун.

Для тех, кто на рынке вертикальных осевых насосов, тяньцзинь кайрун приветствует запросы и готов помочь в выборе правильного насоса для конкретных применений. С ними можно связаться по адресу catherine@kairunpump.com для получения более подробной информации об их продукции и услугах.

Справочные материалы:

1. Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P., & Heald, C. C. (2008). Pump Handbook (4th ed.). McGraw-Hill Education.

2. Gülich, J. F. (2020). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

3. Tuzson, J. (2000). Centrifugal Pump Design. John Wiley & Sons.

4. Lobanoff, V. S., & Ross, R. R. (2013). Centrifugal Pumps: Design and Application (2nd ed.). Elsevier.