О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии

Влияние удельной плотности на высоту подачи 

Эксплуатационную характеристику насоса часто называют водной характеристикой (см. рисунок 1). Вода является типичной жидкостью для испытаний из-за ее доступности. Вопрос состоит в том, может ли водная характеристика быть использована для других жидкостей? Да, но осторожно.

Обычная эксплуатационная характеристика насоса
Рисунок 1. Обычная эксплуатационная характеристика насоса

Производители насосов иногда будут устанавливать высоту подачи в метрах водяного столба, и иногда где-то на графике будет предупреждение: испытание прошло с водой при температуре 21ºC. Таким образом производитель пытается сказать пользователю, что насос испытывался с использованием воды, и эксплуатационные характеристики действительны ТОЛЬКО для воды, и необходимо проявлять осторожность, т.к. существуют другие подводные камни.

Высота подачи, это количество удельной энергии, которая вырабатывается насосом, выражается в метрах. Что такое удельная энергия? Удельная энергия это количество энергии, затраченное на перемещение единицы массы жидкости.

       [1]

Вот вопрос над которым вам нужно подумать. Скажите, измеряя напор выключения насоса с водой, получите ли вы другое значение, если жидкость является плотным солевым раствором (при условии той же вязкости). Ответ - НЕТ.

Единицей веса в России является килограмм, один килограмм воды весит столько же, сколько один килограмм ртути или один килограмм соляного раствора. Поэтому количество удельной энергии, необходимой, чтобы переместить килограмм воды или соляного раствора будут одинаковыми. Вот почему значение высоты подачи или удельной энергии, произведенной насосом не зависит от того на сколько тяжелой или плотной является жидкость. Определение высоты подачи делает плотность не важной, что, как вы видите - очень удобно, иначе бы производителям пришлось бы делать кривые для сотни разных жидкостей.

Мощность действительно зависит от удельной плотности. Уравнение [2] определяет отношение между удельной плотностью, расходом (Q), высотой подачи (ΔHP) и кпд (η) насоса по отношению к мощности (P). Если вы считываете значения с графика производительности при выключении, имейте ввиду, что он основан на использовании воды и что вы должны умножить снятое значение на удельную плотность (SG).
       [2]

Необходимо учитывать два других фактора. Один из них - это вязкость жидкости, а другой - реологические свойства (ньютоновская или неньютоновская), или же то, как жидкость ведет себя при сдвиге.

ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ

Вязкость жидкости влияет на все рабочие параметры насоса: напор, производительность и эффективность. Вязкость воды при 21 ºC 1 сСт (сантистокс). Если вязкость  жидкости 5 сСт или более, то должна применяться коррекция для вязкости. Институт гидравлики сделал график (см. рисунок 2), который обеспечивает корректирующие факторы для производительности, напора и эффективности. Из этого графика видно, что жидкость с вязкостью 400 сСт будет иметь меньшие корректирующие факторы для эффективности, это означает, что размер двигателя должен быть намного больше, чем его эквивалент для воды (без учета влияния на напор и производительность). В этом случае, вас следует использовать поршневой насос вместо центробежного.

График коррекции по вязкости
Рисунок 2. График коррекции по вязкости



Рисунок 3
показывает влияние вязкости на водную характеристику.

Влияние вязкости на характеристики центробежного насоса
Рисунок 3. Влияние вязкости на характеристики центробежного насоса

Как видите, приведена вязкость с точки зрения SSU (Универсальная секунда Сейболта). Преобразование из SSU в сСт приведено в формуле [3].

       [3]

Влияние типа жидкости, Ньютоновская или Неньютоновская.

Другой вопрос, когда жидкость является Ньютоновской, а когда Неньютоновской. Вода является Ньютоновской жидкостью. Для Ньютоновских жидкостей, отношение между воздействием и силой сопротивления является линейным. Если у вас возникли проблемы с визуализацией этого, представьте себе куб желе, если вы нажмете на верх (сдвигающая сила) и измерите смещение верхнего слоя относительно неподвижного нижнего слоя, отношение между ними двумя будет линейно. Или смещение, которое вы получите для данной силы, будет удвоено, если удвоить силу. Величина смещения образованного сдвигающей силой зависит от вязкости жидкости. Для одинаковой сдвигающей силы, жидкость с низкой вязкостью будет иметь большие смещения, а с высокой вязкостью (например, желе) маленькие.

В литературе, вместо смещения используется термин градиента скорости (или коэффициента сдвига), который означает степень перемещения (или скорость) разделенная на расстояние между верхним и нижним слоем. Кроме того, вместо силы сдвига используется сдвиговое напряжение, определяемое, как сила сдвига поделенная на площадь поверхности.

Как вы можете видеть на рисунке 4, Ньютоновская жидкость по определению имеет постоянную скорость, а Неньютоновская жидкость имеет переменную вязкость. При быстром перемещении Неньютоновской жидкости, вязкость может резко увеличиться, что приведет к увеличению касательных напряжений и необходимости увеличения подаваемой мощности, для продолжения движения. Центробежный насос с быстрым вращением подвергает жидкость высоким касательным напряжениям, что означает, что этот центробежный насос не может быть использован с определенными типами Неньютоновских жидкостей. 60% раствор крахмала/воды является одним из них.

Характер изменения в сдвиге Ньютоновской и Неньютоновской жидкости.
Рисунок 4. Характер изменения в сдвиге Ньютоновской и Неньютоновской жидкости

Попробуйте этот эксперимент, если хотите понять как с градиентом скорости изменяется вязкость. В большой неглубокой чашке сделайте раствор приблизительно 1 части воды и двух частей кукурузного крахмала, попробуйте быстро двигать в жидкости своими пальцами. Когда вы медленно двигаете ваши пальцы проходят через раствор, он ведет себя вполне ожидаемо и дает небольшое сопротивление. Чем быстрее вы движетесь сквозь жидкость, тем сильнее сопротивление. При такой скорости сдвига, раствор ведет себя почти как твердое тело, если вы будете двигать пальцами достаточно быстро, то они будут скользить по поверхности. Вот что имеется ввиду, когда говорится, что вязкость зависит от скорости сдвига. Сравните это поведение с патокой, и вы обнаружите, что даже при том, что патока имеет большую вязкость, она почти не изменяется при изменении скорости сдвига. Патока легко течет и создает небольшое сопротивление (напряжение сдвига), независимо от скорости движения.

Заключение

Вы можете использовать эксплуатационные характеристики центробежных насосов для других жидкостей кроме воды, при условии, что вы знаете вязкость жидкости. В зависимости от вязкости жидкости, вы можете скорректировать значения для характеристики, основанной на воде. Используйте график коррекции по вязкости, опубликованный Гидравлическим Институтом в их книге стандартов. Он также доступен в каталоге Goulds Pumps и в Cameron Hydraulic Data Book.

Если удельная плотность жидкости отличается от воды (SG=1.0), то не используйте значения для мощности на графике характеристик насоса, вы можете легко рассчитать мощность используя формулу [2].

Будьте осторожны, перекачивая неньютоновскую жидкость, она может стать почти твердой при повышенных скоростях сдвига, как это может произойти в случае с центробежным насосом. идет загрузка изображения
О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии