پمپ ها بهعنوان یکی از تجهیزات کلیدی در صنایع مختلف همچون نفت و گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب، غذایی و … برای انتقال سیالات استفاده می شوند. در یک دسته بندی کلی، پمپ ها را می توان به دو گروه اصلی پمپ های سانتریفیوژ (Centrifugal Pumps) و پمپ های جابجایی مثبت (Positive Displacement Pumps) تقسیم کرد. هر کدام از این دو گروه، مکانیزم های خاصی برای انتقال سیالات دارند و در شرایط متفاوتی به کار گرفته می شوند. در ادامه، به بررسی تفاوت ها و ویژگی های اصلی این دو نوع پمپ خواهیم پرداخت پس با ما همراه باشید.
تفاوت پمپ سانتریفیوژ و جابجایی مثبت از لحاظ کارکرد
پمپ های سانتریفیوژ
- مبنای عملکرد: پمپ سانتریفیوژ با استفاده از نیروی گریز از مرکز (سانتریفیوژ) عمل می کند. در این پمپ، پروانه (Impeller) با سرعت بالا می چرخد و سیال را از طریق پروانه به سمت خروجی هدایت می کند.
- تبدیل انرژی: انرژی مکانیکی چرخش شفت به سیال منتقل می شود و سرعت سیال بالا می رود. سپس سرعت به فشار تبدیل می شود و به این ترتیب، سیال با فشار از خروجی پمپ خارج می گردد.
- الگوی جریان: در پمپ های سانتریفیوژ، جریان به صورت پیوسته و یکنواخت ایجاد می شود.
پمپ های جابجایی مثبت
- مبنای عملکرد: در این پمپ ها، مقدار معینی از سیال به صورت مرحله ای در یک محفظه بسته (Cavity) به دام می افتد و سپس با جابهجا شدن اجزایی نظیر پیستون، پلانجر، چرخ دنده، روتور و … سیال به خروجی منتقل می شود.
- تبدیل انرژی: این نوع پمپ ها با هر سیکل، حجم ثابتی از سیال را پمپاژ می کنند. فشار در خروجی معمولاً با مقاومت سیستم بالا می رود، اما دبی (حجم سیال در واحد زمان) نسبتاً ثابت باقی می ماند.
- الگوی جریان: پمپ جابجایی مثبت جریان ضربانی (Pulsating) یا گسسته ایجاد می کند، مگر در برخی طراحی های ویژه که سعی در کاهش ضربان دارند (مثلاً پمپ دنده ای یا اسکرو).
مقایسه پمپ سانتریفیوژ و جابجایی مثبت از لحاظ عملکرد (دبی و هد/ فشار)
پمپ های سانتریفیوژ
- دبی: معمولاً در دبی های بالا (حجم زیاد سیال) کارایی خوبی دارند.
- هد / فشار: در سرعت های چرخش مشخص، هد تولیدی به شدت به طراحی پروانه و مقاومت سیستم وابسته است. اگر مقاومت سیستم زیاد باشد، جریان پمپ افت می کند.
- منحنی عملکرد: پمپ های سانتریفیوژ دارای منحنی هد-دبی هستند که با تغییر مقاومت سیستم، نقطه کار پمپ تغییر می کند.
پمپ های جابجایی مثبت
- دبی: برای دبی های کم تا متوسط مناسب هستند؛ اما دبی خروجی، تقریباً مستقل از تغییرات فشار سیستم است (تا محدوده ای که توان پمپ و اجزای مکانیکی اجازه می دهند).
- هد / فشار: میتوانند فشارهای بالایی تولید کنند؛ مخصوصاً در پمپ های پیستونی یا پلانجری.
- پایداری دبی: باید بدانید که دبی پمپ مثبت نسبتاً پایدار است و با تغییر فشار خروجی، کمتر دچار افت می شود. با این وجود، در صورت وجود انسداد کامل در خط خروجی، فشار می تواند به سرعت بالا رود و به پمپ یا سیستم آسیب برساند به همین خاطر وجود شیر اطمینان ضروری است.
تفاوت پمپ سانتریفیوژ و جابجایی مثبت از لحاظ رفتار در برابر ویسکوزیته و هواگیری
پمپ های سانتریفیوژ
ویسکوزیته: سیالات با ویسکوزیته بالاتر باعث کاهش بازده و عملکرد پمپ سانتریفیوژ می شود. درنتیجه پمپ های سانتریفیوژ برای سیالات نسبتاً رقیق مناسب تر هستند.
هواگیری: پمپ های سانتریفیوژ معمولاً نیاز به پرایمینگ (Air removal) دارند؛ یعنی باید محفظه پمپ و خط مکش پیش از راه اندازی از سیال پر باشد تا پمپ بتواند عمل کند.
پمپ های جابجایی مثبت
- ویسکوزیته: به دلیل طراحی مرحله ای و کنترل شده در انتقال سیال، پمپ های جابجایی مثبت معمولاً با سیالات ویسکوز بهتر کار می کنند و بازده آن ها کمتر افت می کند.
- هواگیری: بسیاری از پمپ های جابجایی مثبت (مثلاً پمپ پیستونی) ذاتاً قابلیت مکش دارند و اگر نشتی گازی یا فضایی برای ورود هوا نباشد، می توانند در ابتدای راه اندازی هوا را تخلیه و به کار خود ادامه دهند.
مزایا و معایب پمپ های سانتریفیوژ و پمپ های جابجایی مثبت
مزایای پمپ های سانتریفیوژ
- ساختار ساده تر و قطعات متحرک کمتر (بهجز پروانه و شفت).
- هزینه ی نگهداری و تعمیر معمولاً پایین تر است.
- در ظرفیت های بالا (High Flow) بسیار کارآمد هستند.
- در سیستم های تمیز (Clean liquids) و سیالات رقیق بهترین کارایی را دارند.
معایب پمپ سانترفیوژ
- کاهش شدید عملکرد در ویسکوزیته های بالا.
- نیاز به هواگیری پیش از راه اندازی.
- هد تولیدی وابسته به سرعت چرخش و مقاومت سیستم است و اگر مقاومت بیش از حد بالا برود، دبی به طور چشمگیری افت می کند.
مزایای پمپ های جابجایی مثبت
- قابلیت پمپاژ سیالات با ویسکوزیته ی بالا و حتی خمیری شکل (در برخی طراحی ها).
- دبی خروجی تقریباً ثابت (تقریباً مستقل از تغییر فشار تا حد طراحی).
- امکان دست یابی به فشارهای بالا.
- عدم نیاز جدی به هواگیری در بسیاری از مدل ها (Self-priming).
معایب پمپ های جابجایی مثبت
- ساختار پیچیده تر، قطعات متحرک بیشتر و نگهداری گران تر.
- نیاز به شیر اطمینان یا بای پس برای جلوگیری از افزایش ناگهانی فشار و آسیب به پمپ یا سیستم.
- هزینه ی اولیه ی بالاتر در بعضی از مدل ها.
مقایسه پمپ سانتریفیوژ و جابجایی مثبت از لحاظ کاربردها و انتخاب
پمپ های سانتریفیوژ
- کاربرد: انتقال آب و سیالات رقیق، در صنایع عمومی، آبرسانی شهری و صنعتی، واحد های خنک کننده، گردش آب در سیستم گرمایشی و سرمایشی، آتش نشانی و …
- ملاک انتخاب: دبی بالا، سیال رقیق، هزینه ی سرمایه گذاری نسبتاً پایین تر
پمپ های جابجایی مثبت
- کاربرد: سیالات غلیظ، روغن ها، چسب ها، خمیرها، مواد غذایی، مواد پلیمری، صنایع دارویی، پمپاژ سوخت در فشار بالا، پمپاژ آب لجن دار یا دوغاب و …
- ملاک انتخاب: دبی ثابت (نسبت به تغییر فشار)، فشار خروجی بالا، ویسکوزیته زیاد سیال، وجود نیاز به دقت در اندازه گیری (Metering) و تزریق مواد.
نتیجه گیری
پمپ های سانتریفیوژ با بهره گیری از نیروی گریز از مرکز، برای دبی های بالا و سیالات رقیق با سرعت جریان پیوسته مناسب اند. طراحی و نگهداری آن ها ساده تر است اما در مواجهه با سیالات ویسکوز دچار افت عملکرد می شوند و نیاز به هواگیری اولیه دارند.
پمپ های جابجایی مثبت از طریق جابهجایی حجم مشخصی از سیال در هر سیکل، دبی ثابتی ارائه می دهند و توانایی ایجاد فشارهای بالا دارند. برای سیالات ویسکوز، انتقال یکنواخت و شرایطی که نیاز به فشار ثابت یا دبی دقیق باشد، گزینه ای عالی هستند؛ هرچند هزینه نگهداری بالاتری داشته و ممکن است جریان ضربانی ایجاد شود.
در انتخاب نوع پمپ، عواملی چون نوع سیال (ویسکوزیته، خورندگی، تمیزی)، میزان دبی و فشار مورد نیاز، هزینه های نگهداری و توان مصرفی، حساسیت به ضربان جریان و فضای نصب باید همگی مد نظر قرار گیرند تا بهترین کارایی در طول عمر پروژه فراهم شود.