Помпи за течности с висок вискозитет

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9/2015 • 06.01.2016

Помпи за течности с висок вискозитет

Помпите за течности с висок вискозитет са конструирани така, че да работят продължително, препомпвайки течности с голяма гъстота. Препомпването им може да се окаже предизвикателство и да създаде проблеми от техническо естество. Затова при избора на помпа, наред с всички останали фактори, следва да се има предвид и вискозитетът на флуида. Високият вискозитет на препомпвания флуид има за резултат по-висок работен напор, по-голяма мощност на електромотора, по-малък дебит и възможно абразивно въздействие на флуида.

Зъбните, буталните, перисталтичните, ротационните крилчати, помпите с гъвкави връзки и диафрагмените помпи са подходящи за течности с голям вискозитет. Най-общо, тези помпи имат смукателни и нагнетателни щуцери и тръбопроводи с по-големи диаметри, по-ниски работни скорости и по-мощни електромотори.

Неподходящи за течностите с висок вискозитет са центробежните помпи, помпите с гъвкаво работно колело, помпите с ръчно задвижване и пластинчатите помпи. В общия случай тези видове помпи са най-подходящи за течности с вискозитет от 200 сантипоаза (cp) или по-малко.

Особености на приложенията
При избора на помпа за течност с висок вискозитет, предназначена за нова инсталация или за разширение на съществуваща, винаги е най-добре да се осъществи консултация с производителите и да бъдат проверени всички характеристики на избраната помпа – производителност, напор, мощност и т. н.
Вискозитетът на течността е мярка за нейната гъстота, т. е. за съпротивлението й на изливане и се измерва с различни единици – сантистокове (centistokes), сантипоази (centipoise) или паскал-секунди (pascal second). Пример за течност с нисък вискозитет е водата, а силно вискозни течности са например доматеното пюре и мазнината. Силно вискозните течности се препомпват трудно, тъй като изискват твърде голямо усилие или налягане, за да бъдат придвижени. Ето защо помпите, предназначени за тях, трябва да са от много специфични модели; може да се използват обемни помпи (помпите с положително изместване), за да е сигурно, че течността ще бъде препомпвана, тъй като традиционните ротационно-динамични помпи не вършат работа. Най-често зъбните, лобовите помпи (помпите с профилни роторни тела), пластинчатите, винтовите, перисталтичните и ексцентър-шнековите помпи са идеални за силно вискозни флуиди.

Характеристики на помпите, работещи с течности с висок вискозитет
Препомпването на силно вискозни течности е свързано с някои трудности и проблеми. При избора на помпа, вискозитетът винаги трябва да бъде вземан предвид. Влиянието на вискозитета може да бъде разбрано по-добре, като разгледаме поведението на една силно вискозна течност, подложена на усилие.

Нютонови течности – при тях вискозитетът остава постоянен, независимо от промените на силата на срязване или размесване. С нарастването на скоростта на помпата, дебитът расте пропорционално. Течности, които имат нютоново поведение, са водата, минералните масла, сиропите, въглеводородите и смолите.

Псевдопластични течности – Вискозитетът им намалява с нарастването на скоростта на деформация на течността. Но първоначалният вискозитет може да е достатъчно голям, за да попречи флуидът в една типична помпена система да започне да се движи. Типични псевдопластични течности са геловете, латексовите бои и лосионите.

Дилатантни течности – При тях вискозитетът нараства с увеличаването на скоростта на деформация. Помпите първоначално препомпват дилатантните течности, но впоследствие могат да се задръстят и да спрат. Някои течности, които имат поведението на дилатантни, са утайките, глините и смесите за изготвяне на бонбони.

Тиксотропни течности – Както при псевдопластичните, при тези течности вискозитетът намалява с увеличаването на скоростта на деформация или размесване. Когато размесването спре или намалее, се появява хистерезис и вискозитетът нараства. Често пъти вискозитетът не се връща към началната си стойност. Примери за тиксотропни течности са сапуните, катраните, растителните масла, лепилото, мастилата, фъстъченото масло и някои пулпове.

Перисталтични помпи
Течностите с висок вискозитет текат много по-бавно от тези, които са подобни на водата, по редица причини, но най-вече защото силно вискозитетните течности имат много по-голямо съпротивление на изтичане. Силите на триене между стената на тръбопровода и вискозния флуид са много по-големи, отколкото при водата. Перисталтичните помпи са идеални за препомпване на силно вискозни течности. За да се увеличи до максимум ефективността на една перисталтична помпа, е добре да бъдат изпълнени определени условия като например:
• Намаляване на скоростта на помпата - така флуидът ще се препомпва само до достигане на определена скорост. След като бъде достигната тази скорост, всяко увеличение на скоростта на електромотора няма да увеличи дебита.
• Избиране на смукателен и нагнетателен тръбопровод с по-големи диаметри, отколкото са необходими за препомпване на вода - това би позволило повишаване коефициента на полезно действие на помпата при по-високи скорости.
• Добре е да бъдат избрани твърди тръби с дебели стени. Това ще повиши производителността, тъй като тръбопроводите ще възстановяват първоначалната си форма по-бързо, след като бъдат подложени на напора на помпата. Това ще позволи течността да тече по тръбите с по-голям напор.
• Избор на тръби с гладки вътрешни стени, което ще доведе до намаляване силата на триене.
• Налягането на смукателния щуцер на помпата трябва да е малко по-малко от 1 до 1.4 бара - ще даде възможност смукателният тръбопровод да е пълен и ще повиши коефициента на полезно действие на помпата.
• Намаляване вискозитета на флуида - добре е да бъде подгрят при възможност.
• Повишаване на диаметъра на тръбопроводите – това ще увеличи скоростта на потока, тъй като напорните загуби от триене намаляват при по-голям вътрешен диаметър. Така не само флуидът ще се движи по-лесно, но помпата ще може да работи с по-висока скорост без загуба на КПД.

Обемни помпи
При избор на помпи за по-гъсти течности подходящо решение са обемните помпи (с положително изместване). С нарастването на вискозитета в такава помпа се увеличава и дебитът, тъй като по-вискозните течности запълват кухините в работната камера на помпата, повишавайки обемния КПД. Обемните помпи работят с по-ниски скорости и предават по-малко енергия на флуида в сравнение с центробежните помпи.

С повишаването на вискозитета се наблюдава и повишаване на КПД. Тъй като центробежната помпа работи със скоростта на електродвигателя, КПД намалява с увеличаването на вискозитета поради повишените сили на триене в помпата. При помпите с положително изместване обаче такъв спад на КПД не се наблюдава.

Изборът на обемна ротационна помпа не винаги е лесна задача. Съществуват четири най-често използвани вида: вътрешно-зъбни, външно-зъбни, лобови (с профилни роторни тела) и пластинчати. Повечето помпи от този вид могат да се адаптират за най-различни цели, но някои видове са по-подходящи от други при определени обстоятелства.

Първият фактор, който следва да се има предвид, са условията на препомпване. Обикновено нуждата от обемна помпа вече е налице, когато: е необходимо поддържане на определен дебит независимо от диференциалното налягане; твърде висок вискозитет за центробежна помпа; необходимост от високо диференциално налягане или други фактори.

Преди да бъде избрана помпа, трябва да се вземат предвид условията на засмукване; необходимият дебит; диференциалното налягане; температурата; едрината на частиците в течността; абразивните характеристики и корозивността на флуида.

Зъбни помпи
Зъбните помпи са подходящи за препомпване на силно вискозни течности, като за това е достатъчно да бъдат изпълнени следните условия: скоростта на помпата (оборотите в минута) трябва да е по-ниска, ако вискозитетът е над 100 cp; смукателният и нагнетателният тръбопроводи трябва да са с един или най-добре с два диаметъра по-широки от диаметрите на щуцерите на помпата; мощността на електромотора трябва да е по-висока от тази, необходима за препомпване на вода при същото налягане и дебит.

Центробежни помпи
Центробежните помпи най-често не са подходящи за препомпване на течности с голям вискозитет. Те могат да се използват за течности с вискозитет не повече от 200 cp. С повишаването на вискозитета на течността дебитът и напорът на помпата намаляват. По-ниският КПД определено е най-големият недостатък на центробежната помпа при препомпване на течности с голям вискозитет. В такъв случай системата може да пострада вследствие на намален капацитет, намален напор и намалена необходима спирачна мощност, а освен това коефициентът на полезно действие на помпата е намален и работната й точка е изместена.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top