چگونه ویسکوزیته بر پمپاژ تأثیر می گذارد
برای درک اینکه چگونه ویسکوزیته یک مایع بر سیستم پمپاژ تأثیر می گذارد، مهم است که بفهمیم ویسکوزیته چه چیزی را نشان می دهد. طبق تعریف، ویسکوزیته خاصیت مایعی است که باعث می‌شود در برابر تنش برشی مانند فشار ناشی از جریان مایع، عمدتاً در ناحیه دیواره لوله مقاومت نشان دهد.
تصویر 1 این را با نشان دادن مشخصات سرعت یک مایع نسبت به سطح مرزی ساکن نشان می دهد. در سطح استاتیک مرزی یا دیواره لوله، سرعت مایع صفر است. با افزایش فاصله از سطح ساکن، سرعت مایع افزایش می یابد. نیرو در واحد سطح تابعی از گرادیان سرعت v/d است که حداکثر سرعت سیال v تقسیم بر فاصله d از سطح ساکن است.
ویسکوزیته مطلق، μ (مو )، ضریب تنش برشی (یا نیرو در واحد سطح) تقسیم بر نرخ برش است. بیان ویسکوزیته نسبت به چگالی آن رایج است که به ویسکوزیته سینماتیکی معروف است. ویسکوزیته سینماتیکی با حرف یونانی ν (شماره ) مشخص می شود. یک روش معمول برای اندازه گیری ویسکوزیته سینماتیکی سایبولت ثانیه ها جهانی (SSU ) است (تصویر 2 را ببینید). این به مدت زمانی که طول می کشد تا مقدار اندازه گیری شده مایع در یک دمای خاص از ظرفی با دهانه اندازه گیری شده در پایین تخلیه شود، اشاره دارد. برای مثال، ویسکوزیته آب تقریباً 31 SSU در 60 درجه فارنهایت (F) است. در مقایسه، روغن های روان کننده سبک ممکن است ویسکوزیته 100 یا 200 SSU داشته باشند. روغن‌های روان‌کننده چسبناک‌تر دارای ویسکوزیته در هزاران SSU و سیالات بسیار چسبناک-قیر سنگین هستند.
انواع پمپ
بسته به نوع پمپ، تاثیر ویسکوزیته مایع متفاوت است. ما به طور خاص به سه نوع پمپ خواهیم پرداخت: گریز از مرکز (تصویر 3)، رفت و برگشتی (تصویر 4) و چرخشی (تصویر 5).
پمپ های رفت و برگشتی و دوار در خانواده جابجایی مثبت (PD ) قرار دارند. پمپ های PD با هر چرخش شفت، حجم معینی را منهای هر گونه نشتی حجمی (لغزش) جابجا می کنند.
پمپ گریز از مرکز از خانواده پمپ های روتودینامیکی است. پمپ‌های روتودینامیکی ماشین‌های جنبشی هستند که در آنها انرژی به‌طور مداوم به وسیله یک پروانه، پروانه یا روتور چرخان به سیال پمپ‌شده منتقل می‌شود. رایج ترین نوع پمپ روتودینامیکی از نوع گریز از مرکز (شعاعی) است. در پمپ های گریز از مرکز، مایع به صورت محوری در چشم پروانه وارد پروانه می شود و به صورت شعاعی بین پره ها پیش می رود تا در قطر بیرونی خارج شود و در یک دیفیوزور یا آرایش حلزونی همانطور که در تصویر 3 نشان داده شده است جمع آوری می شود. مهم است که در نظر بگیرید چگونه اینها چگونه است. انواع پمپ ها و فیزیک دخیل متفاوت هستند زیرا این اختلافات منجر به عملکرد بسیار متفاوتی نسبت به مایعات ویسکوز می شود.
ملاحظات پمپاژ چسبناک پمپ گریز از مرکز
تست عملکرد پمپ های گریز از مرکز با آب شفاف به ازای پمپ های روتودینامیک ANSI /سلام 14.6 برای تست های عملکرد هیدرولیک استاندارد صنعتی است. عملکرد یک پمپ گریز از مرکز در هنگام جابجایی مایعات چسبناک به دلیل افزایش اصطکاک هنگام چرخش پروانه و مقاومت در برابر جریان در مقایسه با آزمایش آب تحت تأثیر قرار می گیرد. افزایش قابل توجهی در توان ورودی به دلیل کاهش راندمان و کاهش هد و سرعت جریان در مایعات چسبناک در مقایسه با آب رخ می دهد.
منحنی عملکرد در تصویر 6 عملکرد آب و عملکرد ویسکوز تصحیح شده را برای مایع کاربردی نشان می دهد که دارای ویسکوزیته 1000 SSU و وزن مخصوص 0.9 است. داده های ویسکوزیته باید از آزمایش عملکرد آب بر اساس استاندارد مؤسسه هیدرولیک ANSI /سلام 9.6.7 تصحیح شود. اثرات ویسکوزیته مایع بر عملکرد پمپ روتودینامیکی. ANSI /سلام 9.6.7 برای تصحیح عملکرد همانطور که در تصویر 6 نشان داده شده است استفاده شد. این استاندارد یک روش تجربی را بر اساس داده های آزمایشی موجود از منابع در سراسر جهان تجویز می کند.
روش سلام کاربران و طراحان پمپ را قادر می سازد تا عملکرد یک پمپ روتودینامیکی خاص را بر روی مایعات با ویسکوزیته شناخته شده، با توجه به عملکرد روی آب، تخمین بزنند. این روش بسیار مهم است تا پمپ و درایور مناسب برای کار مورد نیاز در مایعات چسبناک انتخاب شود. در تصویر 6 نشان داده نشده است، اما همچنین یک نگرانی افزایش سر مکش خالص مثبت (NPSH ) است که در آن افت هد 3 درصد (NPSH3 ) و همچنین افزایش گشتاور شروع مورد نیاز با مایعات چسبناک مشاهده می شود. توجه به این موارد در ANSI /سلام 9.6.7 مشخص شده است.
به افت بازده مشخص از نزدیک به 80 درصد در آب به تقریبا 50 درصد در 1000 SSU برای پمپ در تصویر 6 توجه کنید. به همین دلیل، استفاده از پمپ های گریز از مرکز ممکن است زمانی محدود شود که ویسکوزیته بالاتر از سطح باشد که منجر به راندمان غیرقابل قبول و در عوض PD شود. پمپ ها ممکن است راه حل بهتری ارائه دهند.
ملاحظات پمپاژ چسبناک پمپ PD
پمپ‌های PD ذاتاً با پمپ‌های گریز از مرکز تفاوت دارند زیرا حجمی از مایع را با جابجایی برای هر چرخش شفت جابه‌جا می‌کنند. این به طور کلی نتایج مطلوبی را هنگام پمپاژ مایعات چسبناک ارائه می دهد. راندمان حجمی یک پمپ PD حجم واقعی در هر دور شفت نسبت به حجم نظری در هر دور شفت است. تفاوت بین این دو حجم در نتیجه جریان نشتی است که به لغزش معروف است. ویسکوزیته بالاتر مایع در واقع میزان لغزش را کاهش می دهد و بازده حجمی پمپ جابجایی مثبت را افزایش می دهد.
منحنی های تصویر 7 نشان می دهد که چگونه ظرفیت پمپ های جابجایی مثبت با سرعت (ثابت فشار)، فشار (ثابت سرعت) و ویسکوزیته تغییر می کند. آنها فقط به عنوان بازنمایی مفهوم در نظر گرفته شده اند. منحنی ها نشان می دهند که ظرفیت تئوری با سرعت نسبت مستقیم دارد. تفاوت بین ظرفیت نظری و ظرفیت تحویلی "لغزش" پمپ برای ویسکوزیته معین است. لغزش داخلی تحت تأثیر ویسکوزیته و فشار قرار می گیرد و باعث انحراف ظرفیت تحویلی از حالت تئوری می شود.
ویسکوزیته سیال پمپ همچنین بر فشار خالص ورودی مثبت مورد نیاز (NPIPR ) و توان ورودی پمپ های جابجایی مثبت تأثیر می گذارد. اسب بخار تئوری متناسب با سرعت و فشار است. تلفات اصطکاک ناشی از ویسکوزیته سیال پمپ شده باعث می شود توان ورودی بالاتر از توان تئوری افزایش یابد. تصویر 8 نحوه افزایش توان را نشان می دهد و تصویر 9 به طور کلی نشان می دهد که چگونه NPIPR با ویسکوزیته افزایش می یابد.
پمپ های رفت و برگشتی PD در کاربردهایی برای طیف وسیعی از ویسکوزیته استفاده می شود. به طور معمول، پمپ های قدرت رفت و برگشتی می توانند ویسکوزیته سیال 5000 SSU را مدیریت کنند و پمپ های رفت و برگشتی پیستونی هوا می توانند ویسکوزیته سیال 1 میلیون SSU را تحمل کنند.
در فناوری‌ها و کاربردهای منتخب، پمپ‌های PD دوار می‌توانند مایع را از آب به مایعات چسبناک منتقل کنند، اما کاربرد معمولی‌تری روی سیال چسبناک پیدا می‌کنند. انواع مختلفی از پمپ های دوار وجود دارد و قابلیت های پمپاژ ویسکوز بسته به طراحی متفاوت است. به طور کلی، جریان و راندمان حجمی در یک پمپ دوار معمولاً با ویسکوزیته افزایش می‌یابد و برخی از انواع پمپ‌های دوار می‌توانند سیال‌هایی با ویسکوزیته‌های چند میلیون SSU را مدیریت کنند.
کلیات ارائه شده در اینجا برای پمپاژ ویسکوز رفت و برگشتی و چرخشی مطلق نیستند و طرح های خاص می توانند قابلیت ها را به طور قابل توجهی تغییر دهند، بنابراین کاربران باید از نزدیک با سازنده پمپ برای توصیه های خاص مشورت کنند. اطلاعات اضافی در مورد پمپاژ ویسکوز برای پمپ های جابجایی مثبت را می توان در استانداردهای زیر یافت: ANSI /سلام 3.1-3.5 پمپ های چرخشی برای نامگذاری، تعاریف، کاربرد و عملکرد. ANSI /سلام 6.1-6.5 پمپ های قدرت رفت و برگشتی برای نامگذاری، تعاریف، کاربرد و عملیات. ANSI /سلام 7.1-7.5 پمپ های اندازه گیری حجم کنترل برای نامگذاری، تعاریف، کاربرد و عملکرد. پمپ های هوادار ANSI /سلام 10.1-10.5 برای نامگذاری، تعاریف، کاربرد و عملکرد.