粘度处理、压力响应与应用
离心泵和正排量泵的详细比较
| 特点 | 离心泵 | 容积泵 |
|---|---|---|
| 效率 | BEP 时的峰值效率，受粘度影响 | 保持恒定效率，处理高粘度 |
| 粘度处理 | 低粘度时表现出色，高粘度时举步维艰 | 在低粘度条件下工作困难，在高粘度条件下工作出色 |
| 压力响应 | 对压力变化敏感，难以保持稳定 | 有效处理压力变化，提供稳定性 |
| 应用 | 供水、暖通空调、灌溉 | 计量、液压系统、浓稠物质输送 |
泵可用于许多行业，包括制造业和制药业。泵主要有两种类型：离心泵和容积泵。在对这两种泵进行选择时，重要的是要注意离心泵使用的叶轮会旋转产生动能，从而提高流体的速度。相反，容积泵将流体吸入一个空腔，然后通过吸力将流体排出。2020 年，全球工业泵市场规模约为 700 亿美元，预计到 2025 年将达到 850-90 亿美元。本博文将深入比较这两种泵的应用和独特功能。
参考视频
定义和工作原则
离心泵
定义通过将旋转动能转化为流体动力能来移动流体的机械装置，利用旋转叶轮提高流体的速度，然后将速度转化为压力。
工作原理：在这种泵系统中，如上左图 (1) 所示，当液体从泵眼 (2) 进入时，由于电机驱动的高速旋转产生离心力，将水通过弯曲的叶片推向外部，从而在进入涡壳或扩散器部分之前提高了流速，在涡壳或扩散器部分，高速水流转化为较高的压头，从而从出口端口 (3) 不断排出。
正排量泵
定义：即旋转式或往复式技术；旋转式使用啮合部件，而往复式使用活塞柱塞膜片等。
工作原理：流体被吸入一个腔体，然后通过一定的方式（如齿轮叶片等）从该腔体通过输送侧进行机械位移，通常被称为旋转泵，但当涉及到往复式泵时，其工作原理是将一定量的液体截留在一个腔体内，然后通过活塞或隔膜将其向外推，从而确保即使压力发生变化也能保持几乎均匀的流速。容积泵可以轻松处理高粘度流体，也适合在压力可变的条件下使用。
效率比较
离心泵
各种条件下的效率：离心泵的效率曲线在其最佳效率点 (BEP) 达到峰值。该点代表机器运行效率最高的位置。当远离最佳效率点时，效率会大大降低。高粘度液体会对这种效率产生负面影响，因为较粘稠的液体会增加阻力，从而无法维持较高的流量。
影响效率的因素：影响离心泵工作性能的因素有很多，但叶轮的设计是其中的关键，因为如果设计不当，就会在运行过程中由于叶轮所在空腔内形成涡流而导致能量损失；同样，整个叶轮外围必须保持平稳的流动状态，因此泵速也应成为另一个考虑因素，因为高速运转会加速磨损，进而降低长期的整体效率，这取决于人们想了解的流体特性--密度也会直接影响性能，因为输送密度较高的流体需要更多的动力，而密度较低的流体则会产生流动阻力。
正排量泵
不同条件下的效率
正排量泵的效率在各种条件下几乎是恒定的。这些泵可以有效地处理高粘度流体，因此适用于涉及油类和树脂等重物质的应用。与离心泵不同，正排量泵不会始终提供这种稳定的流量，尽管压力发生变化，正排量泵也会始终提供相同数量的液体。即使压力发生波动，这一特性也能确保无与伦比的性能。
影响效率的因素
决定容积泵效率的因素有很多。泵腔的设计以及其运动部件的制造精度对此起着重要作用。精心设计的部件有助于最大限度地减少内部泄漏，从而确保流体在泵内发生适当的错位。效率还可能受到所处理流体类型的影响；这些设备在处理粘度较高的液体时效果最佳，而在处理粘度较低的液体时则表现不佳。此外，还必须定期进行维护，以保持设备的最佳运行状态，在进行良好润滑的同时，还应及时更换磨损的部件。
处理不同的流体粘度
离心泵
低粘度流体的性能
离心泵在处理低粘度流体时非常有效。这要归功于叶轮的设计，这种设计可以让叶轮轻松移动，而不会受到此类液体的阻力。当使用该设备泵送水或稀油时，由于重量轻，摩擦力小，因此水或稀油在系统中流动顺畅，从而在整个运行过程中保持高效率，即使沿其路径经常发生速度变化，直到出口处，即在离开漏斗形入口管之前，水头需要输入最大能量才能再次运动，而出口管连接在水箱之间的某处，水箱在启动一段时间后达到满载水平，并填满之前占用的水箱所留下的空隙。叶轮的摩擦阻力减小，确保始终达到最佳流速。
高粘度流体的性能
离心泵的主要问题出现在需要处理高粘度流体时。在这种情况下，流体的厚度会增加，反过来又会导致叶轮旋转时的摩擦阻力相应增加，造成大量的能量损失，从而大大降低了泵的效率，使其无法再维持所需的流量和压头，因为在这些特定条件下，这些类型的液体需要更大的力才能通过这些机器，而它们的重型特性又提供了阻力。出现这种情况的原因是，由于阻力增大，需要在泵上做更多的工作，这相当于通过窄管泵送糖浆或浓油，而通过直径相同但长度较长的细管只泵送水。
低粘度流体的性能
正排量泵在处理低粘度流体时非常困难。它们的结构需要截留和推动固定体积的液体。水等液体很稀薄，很容易穿过运动部件，导致泵无法保持稳定的流速，从而降低了效率。这些设备在用于浓稠物质时效果更好。在较稀的液体中，泄漏会更加明显，从而影响整体性能。
高粘度流体的性能
容积泵专为处理高粘度液体而设计。高粘度物质（如油或树脂）在容积泵中流动顺畅，因为在压力变化阶段，无论周围发生什么变化，容积泵始终保持近乎相同的速度，而其他类型的泵则可能无法做到这一点，尤其是在单独设计而没有备用系统的情况下。
压力稳定性
离心泵在保持压力稳定性方面存在问题。叶轮旋转的速度决定了压力输出。速度的任何变化都会导致压力的相应变化。这种不稳定性会给需要在某些操作和流程中仔细控制压力的行业带来问题。因此，在确保压力稳定或恒定的情况下，这些行业通常会寻找离心泵的替代产品。
正排量泵
对压力变化的响应
容积泵善于应对压力变化。无论压力如何变化，这些设备都能保持几乎恒定的流速。其结果是，它们总能确保均匀地挤出被截留的流体。因此，容积泵在压力频繁波动的地方工作效果最佳。
压力稳定性
正排量泵可确保压力具有更好或更高的稳定性。泵送液体的粘度和密度不会影响其性能。因此，正排量泵受到许多需要在各种条件下精确控制不同类型流体的行业的青睐。
典型应用
离心泵
常见用途
离心泵之所以应用广泛，是因为它们能够高效处理低粘度流体。离心泵适用于供水系统，因为它们可以在不浪费能源的情况下输送大量的水。灌溉系统也使用离心泵，因为它们能提供在广阔农田中均匀分配所需的高流速。
行业范例
在需要输送果汁、牛奶等稀薄液体的食品加工厂中，离心力的作用发挥得淋漓尽致。
正排量泵
常见用途
正排量泵适用于需要精确流量控制的场合，尤其是在处理高粘度流体时。这类设备在计量/配料应用中效果极佳，因为它们可以持续提供精确的液体量。液压系统使用这类泵产生高压，为各类机械提供动力。
行业范例
在制药公司，泵发挥着重要作用，可确保药物有效成分的正确施用。油漆涂料厂如果没有泵，就无法顺利运作，因为泵可帮助移动油漆、清漆等重型液体。食品加工厂需要这些设备，尤其是巧克力蜂蜜面团生产线。化妆品行业发现，有必要使用正排量泵生产膏霜乳液凝胶，以获得稳定的流速。
在选择泵时，要考虑应用的具体要求和特点。对于流量大、粘度低的情况，离心泵可能更有优势。对于高粘度流体和需要恒定流量的应用，容积泵效果最佳。了解这些区别有助于选择合适的泵，从而提高工业运行的效率和可靠性。
