השפעת צמיגות בינונית על ביצועי משאבה צנטריפוגלית מילת מפתח: משאבה צנטריפוגלית, צמיגות, גורם תיקון, חווית יישום

מבוא

בתעשיות רבות, משאבות צנטריפוגליות משמשות לעתים קרובות להובלת נוזל צמיג.מסיבה זו, אנו נתקלים לעתים קרובות בבעיות הבאות: כמה היא הצמיגות המקסימלית שהמשאבה הצנטריפוגלית יכולה להתמודד;מהי הצמיגות המינימלית שצריך לתקן לביצועי המשאבה הצנטריפוגלית.זה כרוך בגודל המשאבה (זרימת שאיבה), המהירות הספציפית (ככל שהמהירות הספציפית נמוכה יותר, כך אובדן החיכוך של הדיסק גדול יותר), היישום (דרישות לחץ המערכת), חסכון, תחזוקה וכו'.
מאמר זה יציג בפירוט את השפעת הצמיגות על ביצועי המשאבה הצנטריפוגלית, קביעת מקדם תיקון הצמיגות והעניינים הדורשים תשומת לב ביישום הנדסי מעשי בשילוב עם תקנים רלוונטיים וניסיון הנדסי, לעיון בלבד.

1. צמיגות מקסימלית שהמשאבה הצנטריפוגלית יכולה להתמודד עם
בהתייחסויות זרות מסוימות, מגבלת הצמיגות המקסימלית שהמשאבה הצנטריפוגלית יכולה להתמודד היא מוגדרת כ-3000~3300cSt (centisea, שווה ערך ל-mm ²/s).בנושא זה, ל-CE Petersen היה מאמר טכני מוקדם יותר (פורסם בישיבת איגוד האנרגיה הפסיפיק בספטמבר 1982) והציג טענה לפיה ניתן לחשב את הצמיגות המקסימלית שהמשאבה הצנטריפוגלית יכולה להתמודד עם גודל יציאת המשאבה. זרבובית, כפי שמוצג בנוסחה (1):
Vmax=300(D-1)
כאשר, Vm הוא הצמיגות הקינמטית המקסימלית המותרת SSU (צמיגות אוניברסלית של Saybolt) של המשאבה;D הוא הקוטר של פיית יציאת המשאבה (אינץ').
בתרגול הנדסאי, ניתן להשתמש בנוסחה זו ככלל אצבע לעיון.התיאוריה והעיצוב המודרני של המשאבה של Guan Xingfan גורסת כי: באופן כללי, משאבת השבבים מתאימה לשינוע עם צמיגות של פחות מ-150cSt, אך עבור משאבות צנטריפוגליות עם NPSHR הרבה פחות מ-NSHA, ניתן להשתמש בה לצמיגות של 500~600cSt;כאשר הצמיגות גדולה מ-650cSt, ביצועי המשאבה הצנטריפוגלית ירדו מאוד והיא אינה מתאימה לשימוש.עם זאת, מכיוון שהמשאבה הצנטריפוגלית רציפה ופועמת בהשוואה למשאבה הנפחית, ואינה זקוקה לשסתום בטיחות וויסות הזרימה פשוט, מקובל להשתמש גם במשאבות צנטריפוגליות בייצור כימי בהן הצמיגות מגיעה ל-1000cSt.צמיגות היישום הכלכלית של משאבה צנטריפוגלית מוגבלת בדרך כלל לכ-500 קראט, אשר תלויה במידה רבה בגודל וביישום של המשאבה.

2. השפעת הצמיגות על הביצועים של משאבה צנטריפוגלית
אובדן הלחץ, חיכוך האימפלר ואובדן הדליפה הפנימית באימפלר ובמעבר שבשבת מובילה/נדנדה של המשאבה הצנטריפוגלית תלויים במידה רבה בצמיגות הנוזל הנשאב.לכן, בעת שאיבת נוזל עם צמיגות גבוהה, הביצועים שנקבעו עם מים יאבדו מיעילותו לצמיגות המדיום יש השפעה רבה על הביצועים של משאבה צנטריפוגלית.בהשוואה למים, ככל שצמיגות הנוזל גבוהה יותר, כך גדלים הזרימה ואובדן הראש של משאבה נתונה במהירות נתונה.לכן, נקודת היעילות האופטימלית של המשאבה תנוע לכיוון זרימה נמוכה יותר, הזרימה והראש יקטן, צריכת החשמל תגדל והיעילות תקטן.הרוב המכריע של הספרות והסטנדרטים המקומיים והזרים, כמו גם ניסיון עיסוק הנדסי מראים שלצמיגות יש השפעה מועטה על הראש בנקודת הכיבוי של המשאבה.

3. קביעת מקדם תיקון הצמיגות
כאשר הצמיגות עולה על 20cSt, השפעת הצמיגות על ביצועי המשאבה ברורה.לכן, ביישומים הנדסיים מעשיים, כאשר הצמיגות מגיעה ל-20cSt, יש לתקן את הביצועים של המשאבה הצנטריפוגלית.עם זאת, כאשר הצמיגות היא בטווח של 5~20 cSt, יש לבדוק את הביצועים שלה ואת כוח התאמת המנוע.
בעת שאיבת מדיום צמיג, יש צורך לשנות את העקומה האופיינית בעת שאיבת מים.
נכון לעכשיו, הנוסחאות, התרשימים ושלבי התיקון שאומצו על ידי תקנים מקומיים וזרים (כגון GB/Z 32458 [2], ISO/TR 17766 [3] וכו') לנוזלים צמיגים הם בעצם מהסטנדרטים של הידראוליק האמריקאית מכון.כאשר ידוע כי הביצועים של המדיום המעביר את המשאבה הם מים, התקן האמריקאי הידראולי ANSI/HI9.6.7-2015 [4] נותן שלבי תיקון מפורטים ונוסחאות חישוב רלוונטיות.

4. ניסיון ביישום הנדסי
מאז הפיתוח של משאבות צנטריפוגליות, קודמי תעשיית המשאבות סיכמו מגוון שיטות לשינוי הביצועים של משאבות צנטריפוגליות ממים למדיה צמיגה, לכל אחת יתרונות וחסרונות:
דגם 4.1 AJStepanoff
4.2 שיטת פאצ'יגה
4.3 המכון הידראולי האמריקאי
4.4 שיטת KSB גרמניה

5. אמצעי זהירות
5.1 מדיה ישימה
תרשים ההמרה ונוסחת החישוב ישימים רק לנוזל צמיג הומוגני, הנקרא בדרך כלל נוזל ניוטוני (כגון שמן סיכה), אך לא לנוזל לא ניוטוני (כגון נוזל עם סיבים, שמנת, עיסת, נוזל תערובת מי פחם וכו' .)
5.2 זרימה ישימה
קריאה אינה מעשית.
נכון להיום, נוסחאות ותרשימים לתיקון בבית ובחו"ל הם סיכום הנתונים האמפיריים, שיוגבלו על ידי תנאי הבדיקה.לכן, ביישומים הנדסיים מעשיים, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת ל: יש להשתמש בנוסחאות תיקון או תרשימים שונים עבור טווחי זרימה שונים.
5.3 סוג משאבה ישים
הנוסחאות והתרשימים ששונו חלים רק על משאבות צנטריפוגליות בעלות עיצוב הידראולי קונבנציונלי, אימפלרים פתוחים או סגורים, ופועלות בסמוך לנקודת היעילות האופטימלית (ולא בקצה הרחוק של עקומת המשאבה).משאבות שתוכננו במיוחד עבור נוזלים צמיגים או הטרוגניים לא יכולות להשתמש בנוסחאות ובתרשימים אלה.
5.4 שולי בטיחות חלים של קוויטציה
בעת שאיבת נוזל עם צמיגות גבוהה, NPSHA ו-NPSH3 נדרשים להיות בעלי מרווח בטיחות מספק של קוויטציה, שהוא גבוה מזה המצוין בחלק מהתקנים והמפרטים (כגון ANSI/HI 9.6.1-2012 [7]).
5.5 אחרים
1) קשה לחשב את השפעת הצמיגות על הביצועים של משאבה צנטריפוגלית על ידי נוסחה מדויקת או לבדוק על ידי תרשים, וניתן להמיר אותה רק על ידי העקומה המתקבלת מהבדיקה.לכן, ביישומים הנדסיים מעשיים, בעת בחירת ציוד הנהיגה (עם כוח), יש לשקול לשמור מרווח בטיחות מספיק.
2) לנוזלים בעלי צמיגות גבוהה בטמפרטורת החדר, אם המשאבה (כגון משאבת הרחצה בטמפרטורה גבוהה של יחידת הפיצוח הקטליטי בבית הזיקוק) מופעלת בטמפרטורה נמוכה מטמפרטורת הפעולה הרגילה, התכנון המכני של המשאבה (כגון חוזק ציר המשאבה) ובחירת ההנעה והצימוד צריכים לקחת בחשבון את השפעת המומנט הנוצר מהעלייה בצמיגות.יחד עם זאת, יש לציין כי:
① על מנת לצמצם נקודות דליפה (תאונות אפשריות), יש להשתמש במשאבה שלוחה חד-שלבית ככל האפשר;
② מעטפת המשאבה תהיה מצוידת במעיל בידוד או במכשיר איתור חום כדי למנוע התמצקות בינונית במהלך השבתה לטווח קצר;
③ אם זמן הכיבוי ארוך, המדיום במעטפת יתרוקן וטוהר;
④ על מנת למנוע מהמשאבה להיות קשה לפירוק עקב התמצקות של מדיום צמיג בטמפרטורה רגילה, יש לשחרר לאט את המחברים על בית המשאבה לפני שהטמפרטורה הבינונית יורדת לטמפרטורה רגילה (שימו לב להגנה על כוח אדם כדי למנוע כוויה ), כך שניתן יהיה להפריד לאט את גוף המשאבה ומכסה המשאבה.

3) משאבה עם מהירות ספציפית גבוהה יותר תיבחר ככל האפשר להובלת נוזל צמיג, כדי להפחית את ההשפעה של נוזל צמיג על ביצועיו ולשפר את יעילות המשאבה הצמיגה.

6. מסקנה
לצמיגות המדיום יש השפעה רבה על הביצועים של משאבה צנטריפוגלית.קשה לחשב את השפעת הצמיגות על הביצועים של המשאבה הצנטריפוגלית על ידי נוסחה מדויקת או לבדיקה על ידי תרשים, ולכן יש לבחור שיטות מתאימות לתיקון ביצועי המשאבה.
רק כאשר ידועה הצמיגות האמיתית של המדיום הנשאב, ניתן לבחור אותו במדויק כדי למנוע בעיות רבות באתר הנגרמות מההבדל הגדול בין הצמיגות הניתנת לצמיגות בפועל.