Santrifüj Pompalarda Viskozite Düzeltmeleri Nasıl Yapılır?
Su pompası performans eğrilerini kullanarak yoğun sıvıları pompalıyorsanız tekrar düşünün.
Viskozite, bir sıvının temel bir özelliğidir. Bir akışkanın akmaya karşı direncidir ve daha kalın akışkanlar için daha yüksektir. Örneğin, akçaağaç şurubu gibi viskozitesi yüksek bir sıvı, su gibi daha düşük viskoziteli bir sıvıya kıyasla daha kalındır ve akışa daha fazla direnç gösterir.
Tipik olarak, pompa üreticileri, pompanın amaçlanan servisi sudan farklı özelliklere sahip bir sıvı için olsa bile, pompa performans eğrilerinin değerlerini elde etmek için su kullanır. Ancak sıvının viskozitesi sudan önemli ölçüde saptığında ne olur? Bu, mühendislerin su ile pompadaki gerçek akışkan arasındaki viskozite farkını hesaba katmak için pompa performans eğrilerini ayarlaması gereken yerdir.
Pompa performans eğrileri, çeşitli farklı hacimsel akış hızlarında bir akışkana eklenen yüksekliği, pompa gücünü ve gereken net pozitif emme yüksekliğini (NPSHr) tanımlar. Her sıvı endüstrisinde santrifüj pompa performansının önemi nedeniyle, santrifüj pompa, pompa üreticisinin performansı değerlendirmek için kullandığından daha kalın bir sıvı kullandığında doğru düzeltmelerin kullanılması zorunludur. Daha viskoz bir sıvı, aynı pompa hızındaki suya kıyasla genellikle hacimsel akış hızı, basma yüksekliği ve verimlilikte bir düşüş yaşayacaktır. Benzer şekilde, viskozite arttıkça pompa gücü ve NPSHr artar.
Yalnızca pompalar için su performans eğrileri sağlayan pompa üreticileri, daha kalın akışkanlar için performans eğrileri sağlamayı düşünmelidir. Daha kalın sıvıları pompalarken su performans eğrilerini düzelten mühendisler, Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü/Hidrolik Enstitüsü (ANSI/HI) 9.6.7-2015 yönergelerini kullanmayı düşünmelidir.
Daha kalın akışkanlar için pompa üreticilerinin gerçek performans eğrisi verilerinin kullanılması tercih edilirken, ANSI/HI 9.6.7-2015, viskoziteye dayalı olarak pompa performansını düzeltmek için yaygın olarak kullanılan bir kılavuz sağlar. Bu kılavuz, kabul edilebilir bir belirsizliğe sahiptir, ancak pompa sistemlerinde doğru uygulanmasını sağlamak için bu yöntemin belirsizliklerini anlamak zorunludur. Bu makale, belirsizliklere rağmen kılavuzun neden kabul edilebilir olduğuna ilişkin teknik bulguları ve tartışmayı özetlemektedir.
Viskozite düzeltmeleri, servis sıvısı referans sıvıdan, tipik olarak sudan farklı bir viskoziteye sahip olduğunda bir pompa performansını uygun şekilde hesaba katmak için test verilerini kullanan ampirik yöntemlere dayanır. Birçok ampirik yöntemde olduğu gibi, belirsizlik kaçınılmaz olarak mevcuttur ve aşağıdaki kategorilerden birine girer:
Karmaşık fenomeni karakterize etmek için boyutsuz bir sayının kullanılması
Ampirik modeli oluşturmak için kullanılan sınırlı veri seti
Veri ölçüm ekipmanının güvenilirliği
Daha fazla ayrıntıya girmeden önce, viskoz bir sıvı pompalarken performansın neden düştüğünü tartışmaya değer.
Sezgisel olarak, daha kalın bir sıvı, artan hidrolik kayıplarla karşılaşacaktır. Artan bir viskozite, sürtünme faktörünü ve kayıpları artıran azaltılmış bir Reynolds sayısı verir. Bir pompa çarkının geometrisi bir borununkinden farklı ve daha karmaşık olsa da, aynı prensip geçerlidir. Pompa içindeki artan sürtünme, pompanın sağlayabileceği yük miktarını azaltacaktır. Bu sadece karmaşık kayıpların bir tahmini olmakla birlikte, Reynolds sayısı orantılı bir tahmin sağlar.
Bir santrifüj pompa, pompa çarkından gelen dönme kinetik enerjisini sıvının hidrodinamik enerjisine dönüştürür. Dönen çark ile sabit pompa gövdesi arasındaki akışkan üzerindeki kesme kuvvetleri, disk sürtünmesi adı verilen sürtünme direnci oluşturur. Bu sürtünme direnci, normal çalışma sırasında pompa verimliliğinin düşmesinin tipik olarak birincil nedenidir. Reynolds sayısını tekrar kullanarak, viskozitedeki bir artış daha büyük bir Reynolds sayısı ve dolayısıyla daha büyük bir direnç verir, bu da artan güç tüketimi ile sonuçlanır. Mühendisler, disk sürtünmesini tahmin etmek için pompanın belirli hızıyla eşleştirilmiş Reynolds sayısını kullanabilir. Disk sürtünmesi karmaşık bir etkileşimdir; yine, bu etkileri iki boyutsuz parametre ile tahmin etmek, tüm uygulamalar için doğası gereği sınırlı bir doğruluğa sahiptir.
Önceki iki sürtünme kaybı, hidrolik ve disk göz önüne alındığında, sürtünmeden kaynaklanan enerji kayıpları genellikle ısıya dönüşür ve sıvının sıcaklığının artmasına neden olur. Artan sıvı sıcaklığı, sıvının viskozitesini etkiler ve bu da pompa performansını etkiler. Bu, viskoz akışkanlara sahip sistemlerdeki pompaların neden sürekli çalışmaya kıyasla soğuk başlatmada farklı davranışlara sahip olduğunu açıklar.
Viskoz bir akışkanın pompa performansı üzerindeki etkilerini hesaba katmak için bir mühendis, Denklem 1'de gösterilen basma yüksekliği, hacimsel akış hızı ve verimlilik için genel düzeltme faktörlerini kullanabilir. B olarak adlandırılan boyutsuz bir sayı, her bir düzeltme faktörünün viskoz bileşenini tahmin etmeye yardımcı olur. B parametresi, yukarıda tartışılan sürtünme kaybı nedenlerinden dolayı Reynolds sayısının ve pompanın özgül hızının etkilerini içerir. B parametresi ayrıca düzeltmelerin uygulanabilirlik aralığını da bildirir. Örneğin, B 40'tan büyük olduğunda, düzeltme faktörlerinin hala güvenilir olup olmadığını belirlemek için daha fazla kayıp analizi gerekecektir.
denklem 1
Bir mühendis, su kullanılarak elde edilen değerlerden pompa performans eğrisini, pompanın viskoz sıvı ile nasıl performans göstereceğine ilişkin tahmin edilen bir eğriye ayarlamak için düzeltme faktörlerini kullanabilir. ANSI/HI 9.6.7-2015 yöntemi, hacimsel akış hızı (CQ) ve verimlilik (CE) için düzeltme faktörlerini hesaplar ve bu değerlerin ilgili pompa ve akışkan için analiz edilen tüm akış hızlarında sabit olduğunu varsayar. Yükseklik düzeltme faktörü (CH) için yöntem, pompanın kapatma yüksekliğinin sıvının viskozitesine bağlı olmadığını ve hem su hem de viskoz sıvı için aynı değer olacağını varsayar.
Ek olarak, yöntem akış ve basma yüksekliği düzeltme faktörlerinin CQ ve CH'nin suyun en iyi verimlilik noktasında (BEP) eşit olduğunu varsayar. Bu kısıtlamalar göz önünde bulundurulduğunda, yükseklik düzeltme faktörü, hacimsel akış hızı düzeltme faktörü CQ'nun ve BEP akış hızına göre su akış hızı oranının QW / QBEP-W'nin bir fonksiyonudur.
Birkaç araştırmacı, viskoz akışkanlı bir pompa için öngörülen basma yüksekliği ve gücü, pompadaki viskoz akışkanın gerçek test verileriyle karşılaştırmak için bu düzeltme faktörlerini çeşitli farklı ayarlarda değerlendirdi. Sapmalar olsa da, gerçek ve tahmin edilen değerler akış hızına ve akışkan viskozitesine göre farklılık gösterir, çoğu durumda test edilen değerler tahmin edilen değerlerle aynı fikirdedir.
Araştırmacılar, sapmanın bir kısmını, ölçülmesi zor olan ölçüm araçlarından gelen belirsizliğe bağlıyor.
ANSI/HI 9.6.7-2015 kılavuzu, aşağıdaki pompalar ve sıvılar için test verilerine dayanmaktadır. Bu nedenle, kılavuz genellikle yalnızca bu kısıtlamalara giren sistemler için geçerlidir.
tek ve çok kademeli pompalar
kapalı ve açık çarklar
310 ila 2.330 ABD birimi (6 ila 45 metrik) arasında belirli hızlar
1 ila 3.000 santistok arasında kinematik viskozite (cSt)
çark çapları 5,5 ila 16 inç (140 ila 406 milimetre [mm])
su BEP akışı dakikada 32 ila 1.230 galon (gpm) (saatte 7,2 ila 280 metreküp [m3/saat])
30 ila 427 fit (9 ila 130 metre) arasında su BEP kafası
su BEP verimliliği %28'den %86'ya
GÖRÜNTÜ 1: %80 tahmin aralıklı (kesik çizgiler) test verileri (puanlar) (Resimler Applied Flow Technology'nin izniyle)
Düzeltme faktörlerinin B parametresine göre dayandığı test verilerinin grafiğini çizen araştırmalar, test veri noktalarının çoğunun Resim 1'de gösterildiği gibi %80'lik bir tahmin aralığına düştüğünü göstermektedir. Ancak, aynı B parametresine sahip pompalar, Farklı viskoz performans noktaları aralığı. Bağımsız deneysel verilerin grafiklenmesi, Resim 1'de gösterilen aynı genel eğilimi destekler.
Çoğu pompalama sisteminde ANSI/HI düzeltmeleri, özellikle mühendisler genellikle yaptıkları gibi çeşitli güvenlik faktörleri ve hata payları içerdiğinden, viskoz pompa performansı için kabul edilebilir doğru tahminler sağlayacaktır. Daha ihtiyatlı bir tahmin gerektiren durumlar için, bir mühendis düzeltme faktörlerindeki standart sapmaları hesaba katabilir. Baş düzeltme faktörünü 0,1 ve verimlilik faktörünü 0,15 düşürerek standart sapmayı dahil edin, bu da daha büyük bir pompa ve motorla sonuçlanacaktır.
Viskozite ANSI/HI yönergeleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Aslında geri bildirim, düzeltmelerin kullanılmasının çoğu uygulama için yanlış boyutlandırılmış pompalarla sonuçlanmadığını gösterir. Ne olursa olsun, daha kalın akışkanlara sahip sistemler tasarlayan mühendisler, düzeltmelerin belirsizliklerini ve sınırlamalarını anlamalıdır.