Как вязкость влияет на прокачку
Чтобы понять, как вязкость жидкости влияет на насосную систему, важно понимать, что представляет собой вязкость. По определению, вязкость — это свойство жидкости, благодаря которому она оказывает сопротивление напряжению сдвига, например, вызванному течением жидкости, прежде всего в области стенки трубы.
Изображение 1 иллюстрирует это, показывая профиль скорости жидкости относительно статической граничной поверхности. На статической граничной поверхности или стенке трубы скорость жидкости равна нулю. По мере увеличения расстояния от статической поверхности скорость жидкости увеличивается. Сила на единицу площади является функцией градиента скорости v/d, который представляет собой максимальную скорость жидкости v, деленную на расстояние d от статической поверхности.
Абсолютная вязкость, μ (Му ), представляет собой частное напряжения сдвига (или силы на единицу площади), деленное на скорость сдвига. Обычно вязкость выражают относительно ее плотности, которая известна как кинематическая вязкость. Кинематическая вязкость обозначается греческой буквой ν (Ню ). Распространенным способом измерения кинематической вязкости является универсальная секундная шкала Сейболта (СГУ ) (см. рис. 2). Это относится к промежутку времени, необходимому измеренному количеству жидкости при определенной температуре для слива из контейнера с измеренным отверстием на дне. Например, вода имеет вязкость примерно 31 СГУ при 60 градусах по Фаренгейту (F). Для сравнения, легкие смазочные масла могут иметь вязкость 100 или 200 СГУ . Более вязкие смазочные масла имеют вязкость в тысячи СГУ , а сверхвязкие жидкости — тяжелые смолы,
Типы насосов
В зависимости от типа насоса влияние вязкости жидкости различно. В частности, мы рассмотрим три типа насосов: центробежный (Изображение 3), поршневой (Изображение 4) и роторный (Изображение 5).
Поршневые и роторные насосы относятся к семейству поршневых (ПД ). Насосы ПД вытесняют определенный объем при каждом обороте вала за вычетом любой объемной утечки (проскальзывания).
Центробежный насос относится к семейству центробежных насосов. Ротодинамические насосы представляют собой кинетические машины, в которых энергия непрерывно сообщается перекачиваемой жидкости с помощью вращающегося рабочего колеса, пропеллера или ротора. Наиболее распространенным типом ротодинамических насосов является центробежный (радиальный) тип. В центробежных насосах жидкость входит в крыльчатку в осевом направлении через проушину крыльчатки и проходит радиально между лопастями, пока не выйдет на наружном диаметре, и собирается в диффузоре или улитке, как показано на рис. 3. Важно учитывать, как эти типы насосов различны и связаны с физикой, потому что эти несоответствия приводят к значительному различию работы по отношению к вязким жидкостям.
Центробежный насос Рекомендации по перекачиванию вязкой жидкости
Промышленным стандартом является проверка производительности центробежных насосов с чистой водой в соответствии с ANSI /ПРИВЕТ 14.6 Ротодинамические насосы для испытаний гидравлических характеристик. Производительность центробежного насоса снижается при работе с вязкими жидкостями из-за повышенного трения при вращении рабочего колеса и сопротивления потоку по сравнению с испытанием водой. Заметное увеличение входной мощности из-за снижения эффективности и снижения напора и скорости потока происходит с вязкими жидкостями по сравнению с водой.
Кривая производительности на Рисунке 6 показывает характеристики воды и скорректированные характеристики вязкости для рабочей жидкости, которая имеет вязкость 1000 СГУ и удельный вес 0,9. Данные по вязкости должны быть скорректированы по результатам испытаний на работу с водой в соответствии со стандартом Института гидравлики ANSI /ПРИВЕТ 9.6.7 Влияние вязкости жидкости на производительность роторно-динамического насоса. ANSI /ПРИВЕТ 9.6.7 был использован для исправления характеристик, как показано на рисунке 6. Этот стандарт предписывает эмпирический метод, основанный на данных испытаний, доступных из источников по всему миру.
Метод ПРИВЕТ позволяет пользователям насосов и проектировщикам оценить производительность конкретного роторно-динамического насоса на жидкостях известной вязкости с учетом производительности на воде. Эта процедура важна для выбора подходящего насоса и привода для требуемой работы с вязкими жидкостями. Не показано на Рисунке 6, но также вызывает озабоченность увеличение требуемого чистого положительного напора на всасывании (NPSH ), где отмечается 3-процентная потеря напора (НПШ3 ), а также повышенный требуемый пусковой крутящий момент с вязкими жидкостями. Их рассмотрение описано в ANSI /ПРИВЕТ 9.6.7.
Обратите внимание на заметное падение КПД насоса на Рисунке 6 с почти 80 % на воде до примерно 50 % на 1000 СГУ . насосы могут предложить лучшее решение.
Рекомендации по перекачиванию вязкой жидкости насосом ПД
Насосы ПД по своей сути отличаются от центробежных насосов, поскольку они перемещают объем жидкости за счет смещения за каждый оборот вала. Как правило, это дает благоприятные результаты при перекачивании вязких жидкостей. Объемный КПД насоса ПД представляет собой отношение фактического объема на один оборот вала к теоретическому объему на один оборот вала. Разница между двумя объемами является результатом утечки потока, известной как проскальзывание. Более высокая вязкость жидкости фактически снижает проскальзывание и увеличивает объемный КПД поршневого насоса.
Кривые на Рисунке 7 показывают, как производительность поршневых насосов зависит от скорости (постоянное давление), давления (постоянная скорость) и вязкости. Они предназначены только для представления концепции. Кривые показывают, что теоретическая мощность прямо пропорциональна скорости. Разница между теоретической производительностью и подаваемой производительностью является «скольжением» насоса для данной вязкости. Внутреннее проскальзывание зависит от вязкости и давления и вызывает отклонение производительности от теоретической.
Вязкость перекачиваемой жидкости также влияет на требуемое чистое положительное давление на входе (НПИПР ) и входную мощность поршневых насосов. Теоретическая мощность пропорциональна скорости и давлению. Потери на трение из-за вязкости перекачиваемой жидкости приводят к тому, что входная мощность превышает теоретическую мощность. На Рисунке 8 показано, как мощность может увеличиваться, а на Рисунке 9 в целом показано, как НПИПР будет увеличиваться с увеличением вязкости.
Поршневые насосы ПД используются в приложениях для различных вязкостей. Как правило, поршневые силовые насосы могут перекачивать жидкости с вязкостью 5000 СГУ , а пневматические поршневые поршневые насосы могут перекачивать жидкости с вязкостью 1 миллион СГУ .
В некоторых технологиях и приложениях роторные насосы ПД также могут перекачивать жидкости от воды до вязких жидкостей, но они находят более типичное применение для вязких жидкостей. Существует много типов роторных насосов, и возможности перекачки вязкой жидкости зависят от конструкции. Как правило, расход и объемная эффективность роторного насоса обычно увеличиваются с увеличением вязкости, а некоторые типы роторных насосов могут перекачивать жидкости с вязкостью в несколько миллионов СГУ .
Приведенные здесь общие положения для поршневых и роторных вязкостных насосов не являются абсолютными, и характеристики конкретных конструкций могут значительно измениться, поэтому пользователи должны внимательно проконсультироваться с производителем насоса для получения конкретных рекомендаций. Дополнительную информацию о вязкостной перекачке для поршневых насосов можно найти в следующих стандартах: ANSI /ПРИВЕТ 3.1-3.5 Ротационные насосы: номенклатура, определения, применение и эксплуатация; ANSI /ПРИВЕТ 6.1-6.5 Поршневые силовые насосы по номенклатуре, определениям, применению и эксплуатации; ANSI /ПРИВЕТ 7.1-7.5 Насосы-дозаторы контрольного объема для номенклатуры, определений, применения и эксплуатации; ANSI /ПРИВЕТ 10.1-10.5 Пневматические насосы: номенклатура, определения, применение и эксплуатация.