בתחום מכונות נוזלים, משאבות זרימה מעורבת ומשאבות צנטריפוגליותהם שני סוגי משאבות נפוצים. הם ממלאים תפקידים חשובים בתחומים תעשייתיים ואזרחיים רבים. הבנת ההבדלים המהותיים ביניהם חיונית לבחירה ושימוש נכון במכשירים אלה.
1, הבדלים מבניים
(1) מבנה האימפלר
משאבת זרימה מעורבת
צורת האימפלר של משאבת זרימה מעורבת היא בין זו של משאבה צנטריפוגלית למשאבת זרימה צירית. הלהבים שלו מעוותים, עם הארכה רדיאלית של להבי משאבה צנטריפוגלית וגם הארכה צירית של להבי משאבת זרימה צירית. צורת להב זו גורמת לנוזל של משאבת הזרימה המעורבת להיות נתון לכוחות צנטריפוגליים וציריים במהלך הפעולה. לדוגמה, לכמה אימפלרים נפוצים של משאבת זרימה מעורבת יש זוויות מיקום יציאת להב בדרך כלל בין 20 מעלות ל-60 מעלות, מה שעלול להשפיע על מאפייני הביצועים של משאבת הזרימה המעורבת.
להבי האימפלר של משאבות צנטריפוגליות הם בדרך כלל רדיאליים או מעוקלים לאחור. הלהבים מייצרים בעיקר כוח צנטריפוגלי, אשר זורק את הנוזל ממרכז האימפלר לכיוון קצה האימפלר. זווית המיקום של יציאת הלהב של אימפלר המשאבה הצנטריפוגלית היא בדרך כלל גדולה מ-90 מעלות, וחלקם אפילו קרובה ל-180 מעלות, מה שמאפשר לנוזל להשיג כוח צנטריפוגלי גדול באימפלר.
(2) מבנה גוף המשאבה
משאבת זרימה מעורבת
גוף המשאבה של משאבות זרימה מעורבת הוא ברובו מבנה וולוטי, אך בהשוואה למשאבות צנטריפוגליות, שטח הגרון שלו גדול יותר. מבנה זה מסייע לאיזון טוב יותר של כוחות רדיאליים וציריים במהלך זרימת הנוזל, תוך התאמה למאפיינים של זרימת נוזל רדיאלית וצירית כאחד במשאבות זרימה מעורבת. בנוסף, הכניסה והיציאה של משאבות זרימה מעורבות הן בדרך כלל על אותו ציר או בעלות זווית מסוימת כדי להתאים לדרישות התקנה ותפעול שונות.
גוף המשאבה של משאבות צנטריפוגליות הוא גם ברובו מבנה וולוטי, אך שטח הגרון קטן יחסית. הכניסה של משאבה צנטריפוגלית ממוקמת בדרך כלל בצד גוף המשאבה, והמוצא ממוקם בחלק העליון או בצד של גוף המשאבה, השונה מהפריסה של צינורות הכניסה והיציאה של משאבת זרימה מעורבת.
2, הבדלים בעקרונות העבודה
(1) עקרון עבודה של משאבת זרימה מעורבת
המרת אנרגיה
כאשר משאבת זרימה מעורבת פועלת, האימפלר מסתובב כדי להניע את תנועת הנוזל. בשל הצורה המפותלת של הלהבים, הנוזל חווה השפעה משולבת של כוחות צנטריפוגליים וציריים באימפלר. כוח צנטריפוגלי גורם לנוזל לנוע לכיוון קצה האימפלר, בעוד כוח צירי דוחף את הנוזל לזרום בכיוון הצירי. במהלך תהליך זה, הן האנרגיה הקינטית והן אנרגיית הלחץ של הנוזל מוגברות. כשהנוזל זורם מהמרכז לקצה האימפלר, מהירותו עולה בהדרגה וגם הלחץ עולה בהדרגה.
מסלול זרימה
מסלול זרימת הנוזל במשאבת זרימה מעורבת הוא זרימה אלכסונית בין הכיוון הרדיאלי והצירי. לאחר הכניסה לאימפלר מהכניסה, הנוזל זורם לאורך הערוץ המשופע של הלהב. כאשר זורם החוצה מהאימפלר, ישנם רכיבי מהירות רדיאליים וציריים כאחד.
(2) עקרון עבודה של משאבה צנטריפוגלית
המרת אנרגיה
משאבות צנטריפוגליות מסתמכות בעיקר על הכוח הצנטריפוגלי שנוצר מסיבוב האימפלר כדי לפעול. כאשר האימפלר מסתובב במהירות גבוהה, הנוזל נזרק לעבר קצה האימפלר תחת פעולת הכוח הצנטריפוגלי. בתהליך זה מהירות הנוזל עולה, וגם הלחץ עולה בהתאם. משאבות צנטריפוגליות ממירות בעיקר את כניסת האנרגיה המכנית מהאימפלר לאנרגיה הקינטית ולאנרגיית הלחץ של הנוזל, כאשר הגידול באנרגיה הקינטית מהווה חלק גדול, ולאחר מכן ממירות את האנרגיה הקינטית לאנרגיית לחץ באמצעות רכיבים כמו הוולוט.
מסלול זרימה
מסלול זרימת הנוזל בתוך משאבה צנטריפוגלית הוא רדיאלי. הנוזל נזרק ממרכז האימפלר לכיוון קצה האימפלר, ולאחר מכן משנה כיוון בהדרגה לאורך תעלת הוולוט של גוף המשאבה, זורם החוצה מהשקע.
3, הבדלים במאפייני ביצועים
(1) מאפייני זרימה וראש
משאבת זרימה מעורבת
קצב הזרימה של משאבות זרימה מעורבות גדול יחסית, בדרך כלל בין 100-10000 מ"ק לשעה, תלוי בדגם המשאבה ובמפרט. טווח הראש שלו צר יחסית, לרוב בין 10-100 מטר. עקומת ראש הזרימה של משאבת זרימה מעורבת שטוחה יחסית, ובטווח מסוים של ראש, ההשפעה של שינויי זרימה על הראש קטנה יחסית.
גם טווח הזרימה של משאבות צנטריפוגליות רחב מאוד, ונע בין מטרים מעוקבים בודדים לשעה ועד לאלפי מטרים מעוקבים בשעה. טווח הראשים של משאבות צנטריפוגליות הוא רחב ונע בין מטרים בודדים לכמה מאות מטרים. עקומת ראש הזרימה של משאבה צנטריפוגלית מציגה בדרך כלל צורת גיבנת, עם יעילות גבוהה ליד נקודת הפעולה המצוינת. לאחר חריגה מנקודת ההפעלה המעולה, היעילות תרד במהירות.
(2) יעילות
משאבת זרימה מעורבת
למשאבות זרימה מעורבת יש יעילות גבוהה יותר בתנאי זרימה בינונית וראש גבוה. בשל המאפיינים של המבנה ועקרון העבודה שלה, משאבות זרימה מעורבות יכולות להמיר ביעילות את אנרגיית הכניסה לאנרגיה האפקטיבית של הנוזל כאשר מתמודדים עם קצבי זרימה גבוהים ודרישות ראש מסוימות, כאשר יעילות מגיעה בדרך כלל סביב 70% -85%.
היעילות של משאבות צנטריפוגליות באזור היעילות הגבוהה-גם היא גבוהה יחסית, בדרך כלל מגיעה ל-80%-90%. אך כאשר קצב הזרימה והראש חורגים מנקודת הפעולה האופטימלית, היעילות יורדת במהירות. לדוגמה, כאשר קצב הזרימה נמוך מ-50% מנקודת הפעולה האופטימלית, יעילות המשאבה הצנטריפוגלית עשויה לרדת עד מתחת ל-50%.
(3) ביצועי קוויטציה
משאבת זרימה מעורבת
ביצועי הקוויטציה של משאבות זרימה מעורבות גרועים יחסית. בשל קצב זרימת הכניסה הגבוהה וזווית כניסת הלהב הגדולה של משאבות זרימה מעורבות, קיימת נטייה להיווצרות קוויטציה בכניסת הלהב. במיוחד בתנאי ראש נמוך וזרימה גבוהה, בעיות קוויטציה חמורות יותר.
ביצועי הקוויטציה של משאבות צנטריפוגליות טובים יחסית. זווית הכניסה של להבי המשאבה הצנטריפוגלית קטנה יחסית, וקצב זרימת הכניסה איטי יחסית, מה שיכול להפחית את התרחשות הקוויטציה במידה מסוימת. עם זאת, משאבות צנטריפוגליות עלולות להיתקל גם בבעיות של קירוב בגובה רב, בטמפרטורה גבוהה או בתנאי יניקה גרועים.
4, הבדל בהיקף היישום
(1) היקף יישום של משאבת זרימה מעורבת
הנדסה הידראולית
משאבות זרימה מעורבות נמצאות בשימוש נרחב בהנדסת השקיה וניקוז. לדוגמה, במערכות השקיה חקלאיות בקנה מידה גדול-, משאבות זרימה מעורבות יכולות להעלות מים מהמקור למיקום גבוה יותר ואז להעביר אותם לאדמות חקלאיות שונות דרך ערוצים. מבחינת ניקוז, ניתן להשתמש במשאבות זרימה מעורבות להסרת שטף מים, במיוחד באזורים עם שטח שטוח יחסית. משאבות זרימה מעורבות יכולות לפרוק ביעילות מים שהצטברו.
אספקת מים עירונית
בפרויקטים של צריכת מים גולמיים והסטת מים מסוימים של ערים מסוימות, ניתן להשתמש במשאבות זרימה מעורבות גם להובלת מים ממקור המים למפעלי טיהור מים או לרשתות אספקת מים עירוניות. במיוחד כאשר נדרשים קצב זרימה גדול וראש מתון, משאבת זרימה מעורבת היא בחירה חסכונית יותר.
(2) היקף היישום של משאבה צנטריפוגלית
מגזר תעשייתי
משאבות צנטריפוגליות נמצאות בשימוש נרחב בתעשיות כמו כימיקלים, נפט וכוח. בתעשייה הכימית ניתן להשתמש במשאבות צנטריפוגליות להובלת אמצעים כימיים שונים כגון חומצות, בסיסים, תמיסות מלח ועוד. בתעשיית הנפט ניתן להשתמש במשאבות צנטריפוגליות לתהליכים כמו הובלת נפט גולמי והזרקת מים. בתעשיית החשמל ניתן להשתמש במשאבות צנטריפוגליות לאספקת מי קירור במחזור וכו'.
תחום בנייה
משאבות צנטריפוגליות ממלאות תפקיד חשוב בבניית מערכות אספקת מים וניקוז. לדוגמה, במערכת אספקת המים של בניינים- גבוהים, משאבות צנטריפוגליות יכולות להעלות מים מהבריכה המפלס התחתון אל מיכל המים- הגבוה כדי לענות על צורכי המים של המשתמשים. במערכת ההגנה מפני אש, משאבות צנטריפוגליות הן גם ציוד חשוב לאספקת מים שיכול לספק נפח מים ולחץ מספיקים במקרה של שריפה.
לסיכום, ישנם הבדלים מהותיים בין משאבות זרימה מעורבת למשאבות צנטריפוגליות מבחינת המבנה, עקרון העבודה, מאפייני הביצועים והיקף היישום. ביישומים מעשיים, יש צורך לבחור משאבת זרימה מעורבת או משאבה צנטריפוגלית בהתבסס על תנאי הפעלה ספציפיים כגון קצב זרימה, ראש, תכונות נוזל וגורמים אחרים. עבור מצבים עם קצבי זרימה גבוהים, ראש בינוני ודרישות לא גבוהות במיוחד לביצועי קירוב, משאבות זרימה מעורבות הן בחירה טובה; עבור תנאי עבודה עם מגוון רחב של זרימה וראש, דרישות יעילות גבוהות ורגישות לביצועי קוויטציה, למשאבות צנטריפוגליות יש יותר יתרונות.
