Kiedy stosować pompy odśrodkowe, a kiedy wyporowe? To pytanie często przewija się w rozmowach pomiędzy dostawcami pomp, a użytkownikami.
Pompy odśrodkowe przeznaczone są do tłoczenia cieczy o niskiej lepkości (np. woda, ścieki, kwas siarkowy). Zapewniają one stosunkowo dużą wydajność i relatywnie niskie podnoszenia. Z tego powodu często używane są jako pompy cyrkulacyjne. W urządzeniach tego typu ciecz dociera do środka wirnika, który wiruje z dużą prędkością (z reguły 1450 lub 2800 obr./min). Porcja cieczy przemieszcza się po łopatkach wirnika od środka, po jego brzegu, co powoduje nadanie dużej prędkości cieczy.
Zasadę pracy można porównać do gramofonu, w którym ciecz trafia na środek obrotu.
Należy zauważyć, iż w pompach odśrodkowych wydajność pompy jest ściśle powiązana z wysokością podnoszenia (ciśnieniem) cieczy. Zależność tę opisuje charakterystyka pracy pompy Q(h). Im większa wydajność, tym niższa wysokość podnoszenia i odwrotnie. Najwyższe ciśnienie uzyskuje się przy zerowym przepływie cieczy.
Fot. 1. Pompa odśrodkowa z wirnikiem otwartym. (firmy TECNICAPOMPE)
Przy wzroście lepkości cieczy następuje znaczne pogarszanie się parametrów (zarówno wydajności, jak i wysokości podnoszenia).
Pompy wyporowe pracują zupełnie inaczej. Dana porcja cieczy jest przenoszona od portu ssawnego do tłocznego. Realizowane to jest na różne sposoby przy różnych pompach wyporowych (np. zębate, krzywkowe, śrubowe, tłokowe, membranowe, perystaltyczne, itd.). Z reguły są to pompy wolnoobrotowe, zapewniają stosunkowo małą wydajność, natomiast duże ciśnienie.
Zasadę pracy można porównać do pracy łopatą – porcja medium jest pobierana i przenoszona w inne miejsce.
W teoretycznych (idealnych) warunkach wydajność pompy (przy stałych obrotach) powinna być niezależna od ciśnienia pracy. W rzeczywistości jednak nie daje się w pełni mechanicznie oddzielić komory ssawnej od tłocznej (przede wszystkim z uwagi na konieczność ruchu elementów wewnętrznych pompy), co powoduje pewny spadek wydajności przy wzroście ciśnienia, gdyż część pompowanej cieczy jest „mielona” w pompie (wraca z komory łocznej do komory ssawnej). Im większa lepkość cieczy, tym przepływ wsteczny jest mniejszy.
Trzeba wyraźnie zaznaczyć, iż pompy wyporowe zapewniają ciśnienie jakie jest odbierane od instalacji. Tzn. jeżeli instalacja na rurociągu tłocznym wymaga 2 bar, to pompa zapewni te 2 bar, ale jeśli ta sama instalacja wymaga 6 bar – ta sama pompa może zapewnić 6 bar. Oczywiście, o ile pozwala na to jej konstrukcja i moc silnika.
Dlatego też przy pompach wyporowych należy raczej mówić o ciśnieniu maksymalnym (dopuszczalnym).
Główną zaletą pomp wyporowych jest możliwość stosowania ich do budowania bardzo dokładnych instalacji dozowania, gdyż zmiany warunków pracy instalacji mają mały wpływ na wydajność pompy.
Pompy zębate są często stosowane do tłoczenia olejów. Taka sama pompa użyta do wody może nie zapewnić wymaganych parametrów (z uwagi na przepływ wsteczny) – wydajności i ciśnienia. Natomiast można wyprodukować pompę tego samego typu o innych tolerancjach wewnętrznych, która będzie pracowała z wodą.
Fot. 2. Pompa perystaltyczna. (firmy BOYSER)
Nasuwa się pytanie – dlaczego wszystkie pompy nie są produkowane w tolerancjach na wodę? Jest to w pełni zrozumiałe, gdyż pompa z ciasnymi tolerancjami (dla cieczy o niskich lepkościach) pracując przy lepkich cieczach może nie być w pełni wypełniona cieczą, co powoduje pracę tzw. „na półsucho”.
Doświadczenie pokazuje, że wielu użytkowników stara się używać zbyt często pomp odśrodkowych w instalacjach wymagających pomp wyporowych. Dobrym przykładem jest pompowanie ketchupu. Jest to ciecz nienewtonowska, rozrzedzana ścinaniem. Oznacza to, że ketchup w spoczynku jest bardzo lepki (widzimy to przecież, gdy stoi w opakowaniu), natomiast w trakcie płynięcia jego lepkość gwałtownie spada (to także widzimy w trakcie polewania frytek ketchupem – jak nie płynie, to nie płynie, ale jak tylko zacznie płynąć, to pół pojemnika od razu).
Ponieważ w pompie następuje ścinanie cieczy, a więc spada lepkość ketchupu, w zasadzie można by zastosować pompę odśrodkową.
Wprawdzie utrudniony będzie rozruch, gdyż na początku produkcji lepkość będzie wysoka. I mimo że praktycznie da się przepompować ketchup pompą odśrodkową, nie jest to dobre rozwiązanie. Pompa o obrotach 1450 lub 2800 obr./min zdecydowanie naruszy strukturę medium. Zostaną uszkodzone drobinki pomidorów, zmieni się charakter produktu – nastąpi jego zniszczenie. Nawet konsystencja i smak ketchupu może się zmienić. Dlatego też powinno się stosować do ketchupu pompy krzywkowe (wyporowe).
Podsumowując:
Pompy odśrodkowe stosujemy do:
-
cieczy o niskiej lepkości,
-
dla dużych wydajności,
-
dla niskich wysokości podnoszenia,
Pompy wyporowe stosujemy do:
-
cieczy o średniej i dużej lepkości,
-
dla niskich wydajności,
-
dla dużych wysokości podnoszenia,
-
do instalacji dozowania.
Oczywiście są to bardzo ogólne wnioski – dla większości typowych aplikacji, co nie oznacza, że nie zdarzają się uzasadnione odstępstwa od tych zasad.
Autor: mgr inż. Andrzej Baciński
