Как вязкость влияет на накачку

Jun 20, 2023

Чтобы понять, как вязкость жидкости влияет на насосную систему, важно понять, что представляет собой вязкость. По определению, вязкость — это свойство жидкости, которое заставляет ее оказывать сопротивление напряжению сдвига, например, вызванному потоком жидкости, главным образом 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 (Mu), представляет собой частное напряжение сдвига (или силу 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 универсальный секундомер Сейболта (SSU) (см. Рисунок 2). Это относится к периоду времени, необходимому для того, чтобы измеренное количество жидкости при определенной температуре вытекло из контейнера с измеренным отверстием в дне. Например, вода имеет вязкость примерно 31 SSU при температуре 60 градусов по Фаренгейту (F). Для сравнения, легкие смазочные масла могут иметь вязкость 100 или 200 SSU. Более вязкие смазочные масла имеют вязкость, измеряемую тысячами SSU, а чрезвычайно вязкие жидкости — например, тяжелые смолы — имеют вязкость до 1 миллиона SSU.

В зависимости от типа насоса влияние вязкости жидкости различно. Мы рассмотрим три типа насосов: центробежные (Изображение 3), поршневые (Изображение 4) и роторные (Изображение 5).

Поршневые и ротационные насосы относятся к семейству объемных насосов (PD). Насосы PD вытесняют определенный объем при каждом обороте вала за вычетом объемной утечки (проскальзывания).

Центробежный насос относится к семейству ротодинамических насосов. Ротодинамические насосы представляют собой кинетические машины, в которых энергия непрерывно передается перекачиваемой жидкости посредством вращающегося рабочего колеса, пропеллера или ротора. Наиболее распространенным типом ротодинамических насосов является центробежный (радиальный) тип. В центробежных насосах жидкость поступает в рабочее колесо в осевом направлении через проушину рабочего колеса и продвигается радиально между лопастями, пока не выйдет по внешнему диаметру и не будет собрана в диффузоре или спиральной конструкции, как показано на рисунке 3. Важно учитывать, как это происходит. типы насосов различаются, а также их физика, поскольку эти различия приводят к существенно разным операциям с вязкими жидкостями.

Проверка производительности центробежных насосов с чистой водой в соответствии с ANSI/HI 14.6 является отраслевым стандартом. Ротодинамические насосы для испытаний гидравлических характеристик. На производительность центробежного насоса влияет перекачивание вязких жидкостей из-за повышенного трения при вращении рабочего колеса и сопротивления потоку по сравнению с испытанием на воде. Заметное увеличение входной мощности из-за снижения эффективности, а также уменьшения напора и скорости потока происходит с вязкими жидкостями по сравнению с водой.

Кривая производительности на рисунке 6 показывает производительность воды и скорректированную вязкость рабочей жидкости, которая имеет вязкость 1000 SSU и удельный вес 0,9. Данные о вязкости должны быть скорректированы на основе результатов испытаний на производительность воды в соответствии со стандартом Института гидравлики ANSI/HI 9.6.7 «Влияние вязкости жидкости на производительность ротодинамического насоса». Для корректировки производительности использовался стандарт ANSI/HI 9.6.7, как показано на рисунке 6. Этот стандарт предписывает эмпирический метод, основанный на тестовых данных, доступных из источников по всему миру.

Метод HI позволяет пользователям и разработчикам насосов оценить производительность конкретного ротодинамического насоса на жидкостях известной вязкости, учитывая производительность на воде. Эта процедура важна для выбора подходящего насоса и привода для требуемой работы с вязкими жидкостями. На рисунке 6 не показано, но также вызывает беспокойство увеличение требуемой чистой положительной высоты всасывания (NPSH), при которой отмечается потеря напора в 3 процента (NPSH3), а также увеличение требуемого пускового крутящего момента при работе с вязкими жидкостями. Их рассмотрение изложено в ANSI/HI 9.6.7.