كيف تؤثر اللزوجة على الضخ
لفهم كيفية تأثير لزوجة السائل على نظام الضخ ، من المهم أن نفهم ما تمثله اللزوجة. بحكم التعريف ، اللزوجة هي خاصية للسائل الذي يجعله يوفر مقاومة لإجهاد القص مثل ذلك الناتج عن تدفق السائل ، في المقام الأول في منطقة جدار الأنبوب.
توضح الصورة 1 هذا من خلال إظهار ملف تعريف سرعة السائل بالنسبة لسطح حد ثابت. عند سطح الحد الثابت أو جدار الأنبوب ، تكون سرعة السائل صفراً. كلما زادت المسافة من السطح الساكن ، تزداد سرعة السائل. القوة لكل وحدة مساحة هي دالة لانحدار السرعة v / d ، وهي السرعة القصوى للسائل ، v ، مقسومة على المسافة d ، من السطح الثابت.
اللزوجة المطلقة ، μ (مو ) ، هي حاصل إجهاد القص (أو القوة لكل وحدة مساحة) مقسومًا على معدل القص. من الشائع التعبير عن اللزوجة بالنسبة لكثافتها ، والتي تُعرف باسم اللزوجة الحركية. يتم تحديد اللزوجة الحركية بالحرف اليوناني ν (نو). طريقة شائعة لقياس اللزوجة الحركية هي سايبولت ثواني عالمي (SSU ) (انظر الصورة 2). يشير هذا إلى طول الفترة الزمنية التي تستغرقها كمية السائل المقاسة عند درجة حرارة معينة لتصريفها من حاوية بها فتحة مُقاسة في القاع. على سبيل المثال ، الماء له لزوجة حوالي 31 SSU عند 60 درجة فهرنهايت (F). بالمقارنة ، قد يكون لزيوت التشحيم الخفيفة لزوجة 100 أو 200 SSU . تحتوي زيوت التشحيم الأكثر لزوجة على لزوجة بالآلاف من SSU ، والسوائل شديدة اللزوجة - القطران الثقيل ،
أنواع المضخات
اعتمادًا على نوع المضخة ، يختلف تأثير اللزوجة السائلة. سننظر في ثلاثة أنواع من المضخات على وجه التحديد: الطرد المركزي (الصورة 3) ، الترددية (الصورة 4) والدوارة (الصورة 5).
تقع المضخات الترددية والدوارة ضمن عائلة الإزاحة الإيجابية (PD ). تزيح مضخات PD حجمًا معينًا مع كل ثورة في العمود ، مطروحًا منه أي تسرب حجمي (انزلاق).
توجد مضخة طرد مركزي ضمن عائلة المضخة الديناميكية الدورانية. المضخات الديناميكية الدورانية هي آلات حركية يتم فيها نقل الطاقة باستمرار إلى السائل الذي يتم ضخه عن طريق المكره الدوارة أو المروحة أو الدوار. النوع الأكثر شيوعًا للمضخة الديناميكية الدورانية هو نوع الطرد المركزي (شعاعي). في مضخات الطرد المركزي ، يدخل السائل إلى المكره محوريًا في عين الدافع ويتقدم قطريًا بين الريش حتى يخرج عند القطر الخارجي ويتم تجميعه في موزع أو ترتيب حلزوني كما هو موضح في الصورة 3. من المهم مراعاة كيفية ذلك تختلف أنواع المضخات والفيزياء المتضمنة لأن هذه التباينات تؤدي إلى عملية مختلفة بشكل كبير فيما يتعلق بالسوائل اللزجة.
اعتبارات الضخ اللزج لمضخة الطرد المركزي
من المعايير الصناعية اختبار أداء مضخات الطرد المركزي بالماء الصافي لكل مضخات ANSI / مرحبا 14.6 الروتوديناميكي لاختبار الأداء الهيدروليكي. يتأثر أداء مضخة الطرد المركزي عند التعامل مع السوائل اللزجة بسبب الاحتكاك المتزايد عند تدوير المكره ومقاومة التدفق مقارنة باختبار الماء. تحدث زيادة ملحوظة في طاقة الإدخال بسبب انخفاض الكفاءة وانخفاض في الرأس ومعدل التدفق مع السوائل اللزجة مقارنة بالماء.
يوضح منحنى الأداء في الصورة 6 أداء الماء والأداء اللزج المصحح لسائل التطبيق ، والذي له لزوجة 1000 SSU وثقل نوعي قدره 0.9. يجب تصحيح البيانات اللزجة من اختبار أداء الماء وفقًا لمعيار المعهد الهيدروليكي ANSI / مرحبا 9.6.7 تأثيرات لزوجة السائل على أداء المضخة الديناميكية الدورانية. تم استخدام ANSI / مرحبا 9.6.7 لتصحيح الأداء كما هو موضح في الصورة 6. يصف هذا المعيار طريقة تجريبية تعتمد على بيانات الاختبار المتاحة من المصادر في جميع أنحاء العالم.
تتيح طريقة مرحبا لمستخدمي المضخات والمصممين تقدير أداء مضخة دورانية معينة على السوائل ذات اللزوجة المعروفة ، بالنظر إلى الأداء على الماء. هذا الإجراء مهم حتى يتم اختيار المضخة والمحرك المناسبين للواجب المطلوب على السوائل اللزجة. لا يظهر في الصورة 6 ولكن هناك قلق أيضًا وهو زيادة رأس الشفط الإيجابي الصافي المطلوب (NPSH ) حيث لوحظ فقدان رأس بنسبة 3 في المائة (NPSH3 ) بالإضافة إلى زيادة عزم الدوران المطلوب مع السوائل اللزجة. تم توضيح اعتبارات هذه في ANSI / مرحبا 9.6.7.
لاحظ الانخفاض الملحوظ في الكفاءة من حوالي 80 بالمائة على الماء إلى حوالي 50 بالمائة على 1000 SSU للمضخة في الصورة 6. لهذا السبب ، قد يكون استخدام مضخات الطرد المركزي محدودًا عندما تكون اللزوجة أعلى من المستويات التي تؤدي إلى كفاءة غير مقبولة وبدلاً من ذلك PD قد تقدم المضخات حلاً أفضل.
PD اعتبارات الضخ اللزج
تختلف مضخات PD بطبيعتها عن مضخات الطرد المركزي لأنها تنقل حجمًا من السائل عن طريق الإزاحة لكل ثورة في العمود. يوفر هذا بشكل عام نتائج إيجابية عند ضخ السوائل اللزجة. الكفاءة الحجمية لمضخة PD هي الحجم الفعلي لكل ثورة عمود على الحجم النظري لكل ثورة عمود. الفرق بين المجلدين هو نتيجة تدفق التسرب المعروف باسم الانزلاق. تقلل اللزوجة الأعلى للسائل في الواقع من مقدار الانزلاق وتزيد من الكفاءة الحجمية لمضخة الإزاحة الإيجابية.
توضح المنحنيات في الصورة 7 كيف تختلف سعة مضخات الإزاحة الموجبة باختلاف السرعة (ثابت الضغط) والضغط (ثابت السرعة) واللزوجة. إنها مخصصة فقط لتمثيل المفهوم. تظهر المنحنيات أن السعة النظرية تتناسب طرديًا مع السرعة. الفرق بين السعة النظرية والسعة المسلمة هو "انزلاق" المضخة من أجل لزوجة معينة. يتأثر الانزلاق الداخلي باللزوجة والضغط ويؤدي إلى انحراف السعة المسلمة عن النظرية.
تؤثر لزوجة مائع المضخة أيضًا على صافي ضغط المدخل الإيجابي المطلوب (NPIPR ) وقوة الإدخال لمضخات الإزاحة الإيجابية. القدرة الحصانية النظرية تتناسب مع السرعة والضغط. تتسبب خسائر الاحتكاك بسبب لزوجة المائع الذي يتم ضخه في زيادة قدرة الإدخال فوق القدرة النظرية. توضح الصورة 8 كيف يمكن زيادة الطاقة ، وتوضح الصورة 9 بشكل عام كيف ستزداد NPIPR مع اللزوجة.
تستخدم مضخات PD الترددية في التطبيقات لمجموعة من اللزوجة. عادة ، يمكن لمضخات الطاقة الترددية التعامل مع لزوجة السوائل لـ 5000 SSU ويمكن للمضخات الترددية التي تعمل بالهواء أن تتعامل مع لزوجة مائع تبلغ مليون SSU .
في التقنيات والتطبيقات المختارة ، يمكن لمضخات PD الدوارة أيضًا التعامل مع السائل من الماء إلى السوائل اللزجة ، لكنها تجد تطبيقًا نموذجيًا أكثر على السوائل اللزجة. هناك أنواع عديدة من المضخات الدوارة ، وقدرات الضخ اللزج تختلف حسب التصميم. بشكل عام ، تزداد كفاءة التدفق والحجم في المضخة الدوارة مع اللزوجة ، ويمكن لبعض أنواع المضخات الدوارة التعامل مع السوائل ذات اللزوجة التي تصل إلى عدة ملايين من SSU .
العموميات المقدمة هنا للضخ اللزج التبادلي والدوراني ليست مطلقة ، ويمكن للتصميمات المحددة أن تغير القدرات بشكل كبير ، لذلك يجب على المستخدمين التشاور مع الشركة المصنعة للمضخة عن كثب للحصول على توصيات محددة. يمكن العثور على معلومات إضافية حول الضخ اللزج لمضخات الإزاحة الإيجابية في المعايير التالية: ANSI / مرحبا 3.1-3.5 المضخات الدوارة للتسمية والتعاريف والتطبيق والتشغيل ؛ ANSI / مرحبا 6.1-6.5 مضخات الطاقة الترددية للتسمية والتعاريف والتطبيق والتشغيل ؛ ANSI / مرحبا 7.1-7.5 مضخات قياس الحجم للتحكم في التسمية والتعاريف والتطبيق والتشغيل ؛ ANSI / مرحبا 10.1-10.5 مضخات تعمل بالهواء للتسمية والتعاريف والتطبيق والتشغيل.