Вихревой насос и кулачковый могут выглядеть одинаково убедительно: корпус, двигатель, два патрубка. Внутри обоих что-то вращается. Теперь представьте, что сопротивление трубопровода увеличилось. Как изменится подача и почему? Чтобы ответить, заглянем под корпус и проследим, как машина передаёт энергию жидкости. Здесь полезно различать динамические и объёмные насосы. Вращение вала вы увидите в обеих группах, а вот работа с жидкостью устроена по-разному.
У лопастного динамического насоса энергия передаётся потоку при взаимодействии с движущимися рабочими органами. В нашем вихревом насосе колесо имеет множество небольших лопаток, а рядом проходит кольцевой канал. Жидкость многократно переходит между каналом и лопатками, каждый раз получая энергию. Так сравнительно небольшой насос способен развивать значительный напор при малой подаче. Здесь «вихревой» означает периферийный, или регенеративный насос. Похожее слово в названии дренажного насоса может обозначать другую конструкцию со свободновихревым колесом. Одного совпавшего слова для сравнения недостаточно. [1, 6]
Объёмный насос действует через выделенные рабочие объёмы. У поршневого их величина меняется при ходе поршня. У кулачкового два синхронизированных ротора вращаются навстречу друг другу, захватывают жидкость и переносят её вдоль стенок корпуса к выходу. Основной поток проходит вокруг роторов, а не прямо между ними. В обычной бесконтактной конструкции кулачки разделены небольшими зазорами. Представить перенос можно как движение порций в карманах, только стенки этих карманов не обеспечивают абсолютной герметичности. [2] А в гибкой крыльчатке и винтовой паре рабочие полости создаются другими деталями.
Отсюда возникает разница характеристик. Давайте договоримся: по горизонтали на графике откладываем подачу, по вертикали разность давлений, а частоту вращения и свойства жидкости сохраняем. Жёсткой здесь будем называть характеристику, при которой заметное изменение давления вызывает небольшое изменение подачи. В идеальном объёмном насосе за оборот переносится заданный объём. Если для мысленного примера взять 50 кубических сантиметров за оборот и 600 оборотов в минуту, получится 30 литров в минуту. Пока обе величины заданы, давление в это умножение вообще не входит. Поэтому идеальная линия на таком графике вертикальна. Это теоретическая подача; реальная характеристика обычно немного отклоняется. [4]
Причина отклонения хорошо видна у кулачкового насоса. Часть жидкости возвращается через зазоры с напорной стороны на всасывающую; это внутренние перетечки. При большем перепаде давления они обычно возрастают, а более вязкая жидкость при прочих равных проходит через зазоры труднее. Поэтому насос с водой и тот же насос с сиропом не обязаны давать одинаковый расход при одинаковых оборотах. Посчитанный по геометрии объём ещё надо наполнить, перенести и отдать в трубопровод. Если рабочие полости на входе заполняются не полностью, одного числа оборотов для расчёта реальной подачи также недостаточно. [4, 3]
А теперь тонкость, из-за которой простая классификация любит подвести читателя. Вихревой регенеративный насос тоже может иметь довольно крутую характеристику. Справочник KSB отмечает более крутую характеристику периферийных насосов по сравнению с бококанальными. Но причина здесь связана с процессом многократной передачи энергии потоку, а не с принудительным переносом заданного объёма за оборот. Следовательно, правило «все динамические насосы мягкие, все объёмные жёсткие» слишком грубо. Угол линии не заменяет знания устройства. [1]
Название «Рутс» добавляет ещё одну развилку. Типичная воздуходувка Рутса представляет собой объёмную роторную машину: похожие синхронизированные роторы переносят газ. Кулачковые насосы для жидкостей используют родственный принцип переноса объёмов, но рассчитаны на другую среду и условия. Газовую воздуходувку нельзя считать готовым жидкостным насосом только потому, что разрезы похожи. [2, 5]
Практический смысл различия особенно заметен на выходе. Объёмный насос при заданных оборотах стремится подать свой объём, а возникающее противодавление определяется нагрузкой сети. Закрытый выход может быстро привести к опасному росту давления, поэтому предусмотренная конструкцией защита, например предохранительный перепуск, является частью системы. Описанное для центробежного насоса регулирование прикрытием крана переносить сюда без проверки нельзя. Для выбора между вихревым и кулачковым сначала называют жидкость, нужную подачу и перепад давления, затем смотрят реальные кривые и допустимые режимы. Похожий корпус этой работы за нас не сделает. [3]
См. также: Насосы с гибкой крыльчаткой и винтовые насосы; Регулирование насосов; Рабочая точка насоса.