ปั๊มสุขาภิบาล ซึ่งยังรู้จักกันในชื่อปั๊มไฮเจนิก จัดจำแนกตามสภาพแวดล้อมการใช้งาน โดยออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อขนส่งผลิตภัณฑ์ที่สุดท้ายจะสัมผัสกับร่างกายมนุษย์โดยตรง ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น ยา เครื่องดื่มนม เครื่องดื่ม อาหาร เครื่องสำอาง สารเสริมอาหาร และสารเคมีเฉพาะทาง
ขึ้นอยู่กับความหลากหลายของสื่อที่จัดการ ต่อไปนี้คือปั๊มสุขาภิบาลที่พบบ่อยที่สุด 10 ประเภท ที่ใช้งานในสายการผลิตปัจจุบัน
ปั๊มแรงเหวี่ยง
หลักการทำงาน: ปั๊มแรงเหวี่ยงจัดแบ่งออกเป็นแบบหนึ่งขั้นตอนและหลายขั้นตอน ในปั๊มแรงเหวี่ยงแบบหนึ่งขั้นตอน ตัวเรือนปั๊มจะต้องเติมของเหลวให้เต็มก่อนเริ่มเดินเครื่อง เมื่อก้านหมุน (impeller) หมุนด้วยความเร็วสูง ของเหลวจะได้รับความเร็วจากแรงเหวี่ยง จากนั้นของเหลวที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจะไหลผ่านช่องทางตัวเรือนแบบวอลูต (volute) ที่มีพื้นที่ขยายตัว ซึ่งทำให้ความดันพลศาสตร์ (ความเร็ว) ถูกแปลงเป็นความดันสถิต สำหรับปั๊มแรงเหวี่ยงแบบหลายขั้นตอน จะประกอบด้วยก้านหมุนสองตัวหรือมากกว่า โครงสร้างนี้ช่วยให้สามารถดูดและเพิ่มความดันของของเหลวได้ทีละขั้นตอน ส่งผลให้สามารถส่งของเหลวไปยังระดับความสูงที่มากขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผู้ใช้งานสามารถเพิ่มหรือลดจำนวนขั้นตอนของก้านหมุนเพื่อให้ได้ความสูงของหัว (head) ตามที่ต้องการ
ข้อดี: มีโครงสร้างเรียบง่ายและกะทัดรัด พื้นที่ติดตั้งน้อย น้ำหนักเบา ผลิตได้ง่าย ต้นทุนต่ำ มีความสามารถในการดูดตัวเอง (self-priming) ได้ดีมาก ทนต่อการปนเปื้อนของของเหลวได้ดี รองรับช่วงความเร็วการหมุนกว้าง ทนต่อโหลดกระแทกได้สูง บำรุงรักษาง่าย และทำงานได้เชื่อถือได้สูง
ข้อเสีย: เกิดแรงรัศมีไม่สมดุล ความผันผวนของการไหลสูง เสียงดังมาก ประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำกว่าปั๊มแบบปริมาตรคงที่ (positive displacement pumps) เมื่อใช้กับของเหลวที่มีความหนืดสูง ชิ้นส่วนไม่สามารถเปลี่ยนทดแทนกันได้ ซ่อมแซมง่ายยากเมื่อสึกหรอ และไม่สามารถใช้เป็นปั๊มแบบปริมาตรแปรผัน (variable displacement pumps) ได้
ปั๊มดูดตัวเอง
หลักการทำงาน: ก่อนเริ่มเดินเครื่อง ตัวเรือนปั๊มต้องเติมน้ำไว้ล่วงหน้า (หรือเก็บน้ำไว้ภายในจากครั้งที่ผ่านมา) เมื่อเปิดใช้งาน ก้านหมุนจะหมุนด้วยความเร็วสูง ทำให้น้ำในช่องก้านหมุนถูกผลักเข้าสู่ตัวเรือนแบบวอลูต ส่งผลให้เกิดสุญญากาศที่ทางเข้า ทำให้วาล์วควบคุมทางเข้าเปิดขึ้น อากาศภายในท่อดูดจะถูกดูดเข้าสู่ปั๊ม แล้วเคลื่อนผ่านช่องก้านหมุนไปยังขอบด้านนอก ซึ่งจะถูกปล่อยออกไป
คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ: ระยะห่างระหว่างตัวเรือนปั๊มกับก้านหมุนที่แคบมาก ทำให้มีความสามารถในการดูดสูงมาก ท่อทางเข้าสามารถดูดอากาศออกได้ และถ่ายโอนผลิตภัณฑ์ที่มีฟองอากาศปนอยู่ได้อย่างไร้รอยต่อ ปั๊มเหล่านี้รวมเอาโครงสร้างกะทัดรัด การทำงานเรียบเนียน ประสิทธิภาพสูง อายุการใช้งานยาวนาน และการบำรุงรักษาน้อยไว้ด้วยกัน
ปั๊มสกรูคู่ (ปั๊มแบบถ่ายโอนแบบขนาน)
หลักการทำงาน: มักเรียกกันว่าปั๊มถ่ายโอนแบบขนาน ระบบเหล่านี้ใช้สกรูคู่ที่ออกแบบพิเศษและสัมผัสกันอย่างลงตัว เมื่อสกรูหมุน จะสัมผัสกันอย่างแม่นยำและแนบสนิทกับผนังภายในของห้อง ทำให้เกิดช่องว่างแบบไดนามิกที่แยกจากกันอย่างสมบูรณ์แบบเป็นแนวขนาน ขณะหมุน วัสดุจะถูกขับเคลื่อนไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่องในทิศทางที่กำหนด พร้อมให้กระแสผลลัพธ์ที่มีความดันสูง เสถียร และปราศจากการสั่นสะเทือน
คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ: โครงสร้างแบบโมดูลาร์ช่วยประหยัดพื้นที่ติดตั้งอย่างมาก และกำจัดมุมตายภายในทั้งหมด จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการถ่ายโอนผลิตภัณฑ์และการดำเนินกระบวนการ CIP/SIP (Clean-in-Place/Sterilize-in-Place) โดยอัตโนมัติ เนื่องจากโรเตอร์ที่ออกแบบพิเศษไม่สัมผัสกันเลย จึงเกิดการสึกหรอเชิงกลน้อยมาก ทำให้อายุการใช้งานยาวนานเป็นพิเศษ รองรับการปรับความเร็วได้ หมุนทั้งทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับได้ และสามารถเดินเครื่องแบบแห้ง (dry-running) ได้ ปั๊มชนิดนี้มีความสามารถโดดเด่นในการผสมและถ่ายโอนวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอ (เช่น ของเหลวผสมก๊าซ หรือของเหลวผสมของแข็ง) อย่างเสถียร รองรับช่วงความหนืดกว้างโดยไม่ทำให้โครงสร้างวัสดุเสียหายจากการเฉือน (shear degradation) และสามารถจัดการของเหลวที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดาย
ปั๊มเฟือง
หลักการทำงาน: ปั๊มเฟืองสุขาภิบาลใช้หลักการสัมผัสกันของเฟืองหมุนสองตัว (เฟืองขับและเฟืองตาม) ภายในตัวเรือนที่มีความแนบสนิทสูง เมื่อเฟืองแยกตัวกันที่ด้านทางเข้า จะเกิดสุญญากาศดึงของเหลวเข้าสู่ปั๊ม ของเหลวจะถูกกักไว้ในช่องว่างระหว่างฟันเฟืองกับตัวเรือนปั๊ม แล้วเคลื่อนที่ไปตามแนวรอบวงจนถึงด้านทางออก เมื่อฟันเฟืองสัมผัสกันอีกครั้งที่ด้านทางออก ของเหลวจะถูกดันออกจากปั๊ม
ข้อดี: มีโครงสร้างกะทัดรัดและเรียบง่าย พื้นที่ติดตั้งน้อย มีความสามารถในการดูดตัวเองได้ดีมาก สามารถให้กระแสไหลที่สม่ำเสมอและปราศจากการสั่นสะเทือน ให้ประสิทธิภาพสูงเมื่อจัดการของเหลวที่มีความหนืดสูง รองรับการหมุนทั้งสองทิศทาง และสามารถใช้ในงานวัดปริมาตรที่แม่นยำได้
ข้อเสีย: สร้างแรงเฉือน (shear forces) สูงกว่าปั๊มแบบโลบ (lobe) หรือปั๊มไซน์ (sine) มีความไวต่อของแข็งหรืออนุภาคกัดกร่อนสูง ทำให้เกิดการสึกหรอภายในอย่างรวดเร็ว ระยะห่างที่แคบมากเพิ่มความเสี่ยงต่อการยึดติดกัน (galling) หากเดินเครื่องแบบแห้ง และอาจเกิดเสียงดังเมื่อทำงานที่ความเร็วสูง
ปั๊มสกรู (ปั๊มโพรงแบบค่อยเป็นค่อยไป)
หลักการทำงาน: รูปแบบที่พบบ่อย ได้แก่ ปั๊มสกรูแบบหนึ่งตัว (progressive cavity) และแบบสองตัว ปั๊มสกรูแบบหนึ่งตัวมีเพียงสกรูโรเตอร์ตัวเดียวที่หมุนอยู่ภายในสแตเตอร์แบบยืดหยุ่น เมื่อมอเตอร์ขับเพลาปั๊ม สกรูจะหมุนรอบแกนของตนเองไปพร้อมกับกลิ้งไปตามพื้นผิวด้านในของไลเนอร์สแตเตอร์ ทำให้เกิดโพรงที่ปิดสนิทและเคลื่อนที่ต่อเนื่อง ส่วนปั๊มสกรูแบบสองตัวนั้น สกรูตัวหนึ่งจะหมุนขับสกรูอีกตัวหนึ่ง ของเหลวจะถูกกักไว้ในช่องที่สัมผัสกันของสกรูและถูกขับเคลื่อนไปตามแนวแกนสู่ทางออกกลาง
ข้อดี: มีสมรรถนะการดูดเยี่ยมยอด พร้อมความสามารถในการดูดตัวเองที่เชื่อถือได้; ให้กระแสไหลที่สม่ำเสมอและต่อเนื่อง พร้อมการสั่นสะเทือนน้อยและเสียงต่ำ; มีความไวต่อฟองอากาศและสิ่งสกปรกเล็กน้อยน้อยกว่าปั๊มแบบหมุนชนิดอื่น; มีความยืดหยุ่นสูงสำหรับของเหลวทุกชนิดและช่วงความหนืดกว้างมาก
ข้อเสีย: มีขนาดกายภาพใหญ่ ต้องใช้พื้นที่ติดตั้งมาก; ความแม่นยำในการผลิตและประกอบสกรูมีความต้องการสูงมาก; สมรรถนะค่อนข้างไวต่อการเปลี่ยนแปลงความหนืดของของเหลวอย่างฉับพลัน; สกรูและสแตเตอร์เกิดการสึกหรอเชิงกลตามกาลเวลา และจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่เป็นประจำ; ไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนได้อย่างอิสระ และต้องทำงานในทิศทางที่กำหนดเท่านั้น
ปั๊มโรตารีโลบ
หลักการทำงาน: ปั๊มเหล่านี้สร้างแรงดูดผ่านการหมุนแบบซิงโครไนซ์และสวนทางกันของโลบทั้งสองตัวที่ไม่สัมผัสกัน เมื่อโลบหมุน จะดึงวัสดุเข้าสู่ห้องปั๊ม ตัวเรือนโรเตอร์แบ่งออกเป็นหลายช่องเล็ก ๆ เมื่อช่องหนึ่งเต็มไปด้วยสื่อ ช่องถัดไปจะปิดสนิททันที ทำให้เกิดกระบวนการถ่ายโอนแบบต่อเนื่องและเป็นจังหวะ
ข้อดี: เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการขนส่งสื่อที่มีความหนืดสูงและผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อแรงเฉือน; มีทางเข้าขนาดใหญ่พิเศษ จึงสามารถจัดการวัสดุกึ่งของแข็งได้อย่างง่ายดาย; การออกแบบโลบที่หมุนสวนทางกันโดยไม่สัมผัสกัน ทำให้ผลิตภัณฑ์ไม่ถูกบีบหรือเสียหายระหว่างการถ่ายโอน; ทำงานที่ความเร็วการหมุนต่ำ เพื่อรักษาโครงสร้างทางกายภาพและองค์ประกอบของสื่อไว้
ข้อเสีย: ประสิทธิภาพต่ำในการถ่ายโอนของเหลวที่มีความหนืดต่ำ; ระยะห่างภายในที่คงที่หมายความว่า การสึกหรอระหว่างโรเตอร์กับตัวเรือนตามกาลเวลาจะทำให้ประสิทธิภาพการสูบลดลงอย่างรวดเร็ว; ยังอาจสร้างแรงเฉือนที่สังเกตเห็นได้ต่อวัสดุที่บอบบางมาก; ไม่เหมาะสำหรับของเหลวที่มีอนุภาคแข็งหรืออนุภาคกัดกร่อนสูง
ปั๊มไดอะแฟรม
หลักการทำงาน: ระหว่างการใช้งาน กลไกแครงค์และคอนเนคติ้งรอดที่ขับด้วยมอเตอร์จะขับลูกสูบให้เคลื่อนที่แบบไปกลับ แรงจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบจะถ่ายทอดผ่านของเหลวทำงาน (มักเป็นน้ำมัน) ภายในกระบอกไฮดรอลิกไปยังไดอะแฟรมยืดหยุ่น ทำให้ไดอะแฟรมเคลื่อนที่กลับไปกลับมาเพื่อดูดและดันของเหลวผ่านวาล์วควบคุม
ข้อดี: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการของเหลวที่ไม่เสถียรทางเคมีหรือระเหยง่ายมาก; แยกวัสดุอันตรายหรือกัดกร่อนออกจากสิ่งแวดล้อมภายนอกอย่างสมบูรณ์; มีขนาดกะทัดรัด สามารถเคลื่อนย้ายได้ และไม่ต้องติดตั้งบนฐานถาวร จึงติดตั้งเป็นหน่วยถ่ายโอนแบบเคลื่อนที่ได้ง่ายและประหยัดต้นทุนมาก
ข้อเสีย: ความดันทางออกจำกัดโดยแหล่งขับอากาศหรือกลไก (มักจำกัดอยู่ที่ประมาณ 6 บาร์); ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงดังในท่อ โดยเฉพาะที่อัตราการไหลสูง; ไดอะแฟรมมีอายุการใช้งานสั้นกว่า และมีแนวโน้มเกิดความล้าและแตกหักมากกว่าระบบที่ถ่ายโอนแบบขนาน; อัตราการไหลโดยทั่วไปอยู่ในระดับปานกลาง จึงจำกัดการใช้งานเฉพาะในระบบท้องถิ่นขนาดเล็กเท่านั้น
ปั๊มแรงเฉือนสูง (ปั๊มอีมัลซิไฟอิง)
หลักการทำงาน: ยังรู้จักกันในชื่อปั๊มอีมัลซิไฟอิง ปั๊มสุขาภิบาลชนิดนี้รวมหน้าที่การกระจาย การทำให้สม่ำเสมอ การอีมัลซิไฟอิง และการผสมไว้ด้วยกัน มีชุดโรเตอร์-สแตเตอร์ที่หมุนด้วยความเร็วสูงมากภายในห้องที่มีขนาดแคบมาก การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วนี้สร้างแรงกระแทกเชิงกล แรงเฉือนไฮดรอลิก และแรงเสียดทานแบบสัมผัสอย่างรุนแรง การกลึงขั้นสูงและโลหะผสมพิเศษที่ผ่านการบำบัดพิเศษทำให้โครงสร้างฟันเหล่านี้สามารถสลาย ทำให้สม่ำเสมอ และผสมอนุภาคให้ย่อยละเอียดถึงระดับจุลภาค
คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ: ชิ้นส่วนที่สัมผัสของเหลวทั้งหมดผลิตจากสแตนเลสเกรดพรีเมียม 316L ให้ความเร็วและแรงเฉือนสูงมาก มีระบบโฮโมเจไนเซอร์แบบอินไลน์ 5–8 ชุดทำงานพร้อมกัน จึงมั่นใจได้ถึงการกระจายและการอีมัลซิไฟอิงที่มีความเร็วสูงและเสถียรสูง โดยไม่เกิดการสึกหรอของอุปกรณ์ภายในอย่างรุนแรง
ปั๊มไซน์ (ปั๊มไซนูซอยดัล)
หลักการทำงาน: ปั๊มไซน์เป็นปั๊มแบบปริมาตรคงที่แบบหมุน มีโรเตอร์รูปคลื่นไซน์ที่ออกแบบพิเศษ ทำงานร่วมกับประตูกวาด (scraper gate) ที่สามารถเปลี่ยนได้ การโต้ตอบนี้ทำให้สื่อถูกส่งผ่านปั๊มอย่างนุ่มนวล โดยไม่เกิดการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกที่ทำลาย รูปทรงคลื่นของโรเตอร์ทำให้เกิดช่องว่างในการกระจายน้ำหนักสี่ช่องที่แยกจากกันอย่างชัดเจน และปล่อยออกมาทุกการหมุนครบรอบหนึ่งครั้ง การเคลื่อนที่ที่เรียบเนียนและต่อเนื่องนี้จะดันของเหลวไปข้างหน้าเหมือนคลื่นที่แผ่วเบา
คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ: โครงสร้างกะทัดรัดช่วยประหยัดพื้นที่ติดตั้ง; ไม่ก่อให้เกิดแรงกระแทกหรือแรงทำลายใด ๆ ต่อสื่อที่บอบบางหรือไวต่อแรงเฉือนระหว่างการถ่ายโอน; รองรับอัตราการไหลสูงและการประมวลผลแบบแรงเฉือนต่ำ; การไหลที่มีการสั่นสะเทือนต่ำช่วยป้องกันการสั่นสะเทือนของท่อ และรับประกันการส่งมอบที่มั่นคงและเป็นระเบียบ ทำให้ปั๊มสามารถดูดตัวเองหรือระบายน้ำจากระบบได้เร็วกว่ามาก ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมเฉพาะ ปั๊มชนิดนี้สามารถใช้งานได้ทั้งในระบบที่ต้องการความสะอาดสูงและระบบที่ต้องการความทนทานสูง
ปั๊มสุญญากาศแบบรูทส์
หลักการทำงาน: ขับเคลื่อนด้วยการหมุนสวนทางกันอย่างต่อเนื่องของโลบทั้งสองตัวที่สมมาตรกัน ทำให้ก๊าซถูกดูดจากทางเข้าเข้าสู่ช่องว่างที่ปิดสนิทระหว่างโรเตอร์กับตัวเรือนปั๊ม จากนั้นถูกดันผ่านไปยังทางออก เนื่องจากช่องว่างนี้ปิดสนิทอย่างสมบูรณ์หลังจากดูดก๊าซ จึงไม่มีการบีบอัดหรือขยายตัวของก๊าซภายในห้องปั๊มหลัก อย่างไรก็ตาม เมื่อปลายโรเตอร์ผ่านขอบทางออก ก๊าซที่มีความดันสูงกว่าจากด้านทางออกจะไหลย้อนกลับเข้าสู่ช่องว่าง ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของความดันอย่างฉับพลันก่อนที่ก๊าซจะถูกปล่อยออกอย่างสมบูรณ์
คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ: ให้อัตราการสูบก๊าซสูงมากในช่วงความดันกว้าง; มีเวลาเริ่มต้นใช้งานเร็ว พร้อมใช้งานทันที; ทนทานต่อฝุ่นและไอของน้ำที่ปนอยู่ในก๊าซที่ดูดเข้ามาได้สูงมาก; ไม่ต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นภายในห้องสูบ จึงรับประกันสภาพสุญญากาศที่ปราศจากน้ำมันอย่างสมบูรณ์; ระดับการสั่นสะเทือนต่ำเนื่องจากการสมดุลของโรเตอร์แบบไดนามิกที่ยอดเยี่ยม; การสูญเสียจากแรงเสียดทานเชิงกลต่ำ ส่งผลให้ใช้พลังงานน้อย พื้นที่ติดตั้งกะทัดรัด และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาตามปกติต่ำมาก
