Viskozita je základná vlastnosť tekutín, ktorá výrazne ovplyvňuje výkon rôznych čerpacích systémov. Spomedzi nich vyniká rotorové skrutkové čerpadlo ako všestranné a efektívne riešenie na manipuláciu so širokým spektrom viskóznych kvapalín. Ako popredný dodávateľ rotorových skrutkových čerpadiel chápeme zložitý vzťah medzi viskozitou a výkonom čerpadla a v tomto blogu sa ponoríme do toho, ako viskozita ovplyvňuje činnosť rotorových skrutkových čerpadiel.
Pochopenie viskozity
Predtým, ako preskúmame jeho vplyv na rotorové skrutkové čerpadlá, definujme najprv viskozitu. Viskozita je miera odporu tekutiny voči prúdeniu. Popisuje vnútorné trenie v tekutine, keď sa jej molekuly navzájom pohybujú. Kvapaliny s vysokou viskozitou, ako je med alebo motorový olej, tečú pomaly a majú hustú konzistenciu, zatiaľ čo tekutiny s nízkou viskozitou, ako je voda, tečú ľahko.
Viskozitu možno ďalej rozdeliť na dynamickú viskozitu (meranú v pascaloch - sekundách, Pa·s) a kinematickú viskozitu (meranú v metroch štvorcových za sekundu, m²/s). Dynamická viskozita zohľadňuje vnútorný odpor kvapaliny voči prúdeniu, zatiaľ čo kinematická viskozita je pomer dynamickej viskozity k hustote kvapaliny.
Ako viskozita ovplyvňuje výkon rotorového skrutkového čerpadla
Prietok
Jedným z najvýznamnejších spôsobov, ako viskozita ovplyvňuje rotorové skrutkové čerpadlo, je vplyv na prietok. Vo všeobecnosti platí, že so zvyšujúcou sa viskozitou kvapaliny klesá prietok čerpadla. Kvapaliny s vyššou viskozitou totiž kladú väčší odpor pohybu rotorov čerpadla. Rotory musia pracovať tvrdšie, aby pretlačili hustú kvapalinu cez čerpadlo a do výtlačného potrubia.
Pre rotorové skrutkové čerpadlo pracujúce pri konštantných otáčkach objemová účinnosť, ktorá je pomerom skutočného prietoku k teoretickému prietoku, klesá so zvyšujúcou sa viskozitou. Pri nízkych viskozitách môže kvapalina ľahko vyplniť priestory medzi rotormi a efektívne sa prepravovať. Keď však viskozita stúpa, kvapalina nemusí úplne vyplniť tieto priestory, čo vedie k vnútornému úniku a zníženiu celkového prietoku.
Napríklad pri čerpaní vody (kvapaliny s nízkou viskozitou) môže skrutkové čerpadlo rotora dosiahnuť relatívne vysoký prietok. Ak sa však rovnaké čerpadlo použije na manipuláciu s vysoko viskóznym roztokom polyméru, prietok bude výrazne nižší, aj keď rýchlosť čerpadla zostane rovnaká.
Tlak
Viskozita má tiež priamy vplyv na tlak generovaný skrutkovým čerpadlom rotora. Kvapaliny s vyššou viskozitou vyžadujú viac energie na čerpanie, čo následne vedie k zvýšeniu tlaku vyvinutého čerpadlom. Rotory čerpadla musia prekonať väčší vnútorný odpor hustej kvapaliny, aby ju mohli pohybovať systémom.
Keď sa viskozita zvyšuje, čerpadlo musí generovať vyšší tlak, aby udržalo požadovaný prietok. To znamená, že motor čerpadla musí pracovať tvrdšie a spotrebuje viac energie. Ak čerpadlo nie je správne dimenzované alebo navrhnuté pre aplikácie s vysokou viskozitou, nemusí byť schopné vytvoriť dostatočný tlak na efektívne čerpanie kvapaliny, čo má za následok neadekvátny výkon.
Spotreba energie
Spotreba energie úzko súvisí s požiadavkami na tlak a prietok čerpadla. Pretože kvapaliny s vyššou viskozitou zvyšujú tlak a znižujú prietok, zvyšuje sa aj spotreba energie skrutkového čerpadla rotora. Motor čerpadla musí poskytnúť viac energie, aby prekonal zvýšený odpor viskóznej kvapaliny.
Výkon potrebný na prevádzku rotorového skrutkového čerpadla možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
[P=\frac{\Delta p\times Q}{\eta}]
kde (P) je výkon, (\Delta p) je tlakový rozdiel v čerpadle, (Q) je prietok a (\eta) je účinnosť čerpadla. Keď sa viskozita zvyšuje, (\Delta p) sa zvyšuje, (Q) klesá a (\eta) klesá, čo všetko prispieva k zvýšeniu spotreby energie.
Účinnosť čerpadla
Účinnosť čerpadla je mierou toho, ako efektívne čerpadlo premieňa vstupný výkon na užitočnú prácu (tj čerpanie kvapaliny). Viskozita má komplexný vzťah s účinnosťou čerpadla. Pri veľmi nízkych viskozitách môže čerpadlo zaznamenať určitú neefektívnosť v dôsledku vnútorného presakovania a prešmykovania kvapaliny. So zvyšujúcou sa viskozitou sa znižuje vnútorný únik, čo môže spočiatku zlepšiť účinnosť čerpadla.
Ako však viskozita stále rastie, zvýšená spotreba energie a znížený prietok začnú mať negatívny vplyv na účinnosť. Existuje optimálny rozsah viskozity pre rotorové skrutkové čerpadlo, kde je účinnosť maximalizovaná. Mimo tohto rozsahu, či už pri veľmi nízkych alebo veľmi vysokých viskozitách, sa účinnosť čerpadla zníži.
Typy rotorových skrutkových čerpadiel a viskozita
Existujú rôzne typy rotorových skrutkových čerpadiel, vrátaneJedno rotorové skrutkové čerpadlo,Dvojrotorové skrutkové čerpadlo, aTrojrotorové skrutkové čerpadlo, každý má svoje vlastné charakteristiky a vhodnosť pre rôzne rozsahy viskozity.
Jedno rotorové skrutkové čerpadlo
Jednorotorové skrutkové čerpadlá, tiež známe ako progresívne dutinové čerpadlá, sú vhodné na čerpanie vysoko viskóznych kvapalín. Dokážu zvládnuť viskozity v rozmedzí od niekoľkých centipoise do niekoľkých miliónov centipoise. Jednoskrutkový dizajn umožňuje čerpadlu vytvoriť sériu utesnených dutín, ktoré pohybujú kvapalinou axiálne cez čerpadlo. Tento dizajn je účinný pri manipulácii s kvapalinami s vysokou viskozitou, pretože môže vytvárať vysoké tlaky a udržiavať relatívne stabilný prietok.
Dvojrotorové skrutkové čerpadlo
Dvojrotorové skrutkové čerpadlá sa bežne používajú pre kvapaliny so strednou viskozitou. Ponúkajú dobrú rovnováhu medzi prietokom a schopnosťou tlaku. Tieto čerpadlá dokážu zvládnuť viskozity v rozsahu 10 až 10 000 centipoise. Dvojrotorová konštrukcia poskytuje konzistentnejší prietok v porovnaní s niektorými inými typmi čerpadiel a dokáže spracovať rôzne kvapaliny, vrátane mazacích olejov a ľahkých kalov.
Trojrotorové skrutkové čerpadlo
Trojrotorové skrutkové čerpadlá sa často používajú pre kvapaliny s nízkou až strednou viskozitou. Sú známe svojou plynulosťou a bez pulzácie. Tieto čerpadlá dokážu zvládnuť viskozity typicky v rozsahu od 1 do 1 000 centipoise. Konfigurácia s tromi rotormi umožňuje efektívny prenos tekutín a je vhodná pre aplikácie, kde sa vyžaduje presný prietok a nízka hlučnosť, ako napríklad v hydraulických systémoch.
Úvahy o čerpaní kvapalín s vysokou viskozitou
Pri použití rotorového skrutkového čerpadla na čerpanie kvapalín s vysokou viskozitou je potrebné vziať do úvahy niekoľko faktorov:
Dizajn čerpadla
Čerpadlo by malo byť špeciálne navrhnuté pre aplikácie s vysokou viskozitou. To môže zahŕňať väčšie vôle medzi rotormi, aby sa zmestila hustá kvapalina, silnejšie rotory, aby odolali zvýšenému krútiacemu momentu, a výkonnejší motor na poskytovanie potrebnej energie.
Predhrievanie
V niektorých prípadoch môže predhriatie kvapaliny znížiť jej viskozitu a zlepšiť výkon čerpadla. Znížením viskozity môže čerpadlo dosiahnuť vyšší prietok a nižšiu spotrebu energie. Predhrievanie by sa však malo robiť opatrne, aby sa predišlo akýmkoľvek chemickým alebo fyzikálnym zmenám v kvapaline.
Návrh systému
Celý čerpací systém, vrátane potrubia a ventilov, by mal byť navrhnutý tak, aby zvládal kvapaliny s vysokou viskozitou. Rúry s väčším priemerom môžu znížiť pokles tlaku a uľahčiť prúdenie hustej tekutiny. Ventily by sa tiež mali vyberať tak, aby zabezpečili plynulý prietok a minimalizovali akékoľvek obmedzenia.
Záver
Viskozita hrá kľúčovú úlohu vo výkone rotorového skrutkového čerpadla. Ovplyvňuje prietok, tlak, spotrebu energie a účinnosť čerpadla. Ako dodávateľ rotorového skrutkového čerpadla chápeme dôležitosť výberu správneho čerpadla pre špecifickú viskozitu čerpanej kvapaliny. Či už potrebujete aJedno rotorové skrutkové čerpadlopre vysoko viskózne kvapaliny, aDvojrotorové skrutkové čerpadlopre aplikácie so strednou viskozitou, alebo aTrojrotorové skrutkové čerpadlopre kvapaliny s nízkou až strednou viskozitou vám vieme poskytnúť najlepšie riešenie.
Ak hľadáte spoľahlivé rotorové skrutkové čerpadlo pre vašu aplikáciu, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali pre podrobnú konzultáciu. Náš tím odborníkov vám môže pomôcť vybrať správne čerpadlo na základe viskozity vašej kvapaliny, požadovaného prietoku a špecifikácií tlaku. Zaviazali sme sa poskytovať vysoko kvalitné čerpadlá a vynikajúce služby zákazníkom, aby sme zabezpečili, že vaše potreby čerpania budú splnené efektívne a efektívne.
Referencie
- Karassik, IJ, Messina, RW, Cooper, P., & Heald, CC (2008). Príručka k čerpadlu (4. vydanie). McGraw - Hill.
- Stepanoff, AJ (1957). Odstredivé a axiálne prietokové čerpadlá: teória, dizajn a aplikácia. John Wiley & Sons.