Einführung
In vielen Branchen werden Kreiselpumpen häufig zum Transport von viskosen Flüssigkeiten eingesetzt.Aus diesem Grund stoßen wir häufig auf folgende Probleme: Wie hoch ist die maximale Viskosität, die die Kreiselpumpe verarbeiten kann?Was ist die Mindestviskosität, die für die Leistung der Kreiselpumpe korrigiert werden muss?Dabei geht es um die Größe der Pumpe (Förderstrom), die spezifische Drehzahl (je niedriger die spezifische Drehzahl, desto größer die Scheibenreibungsleistung), die Anwendung (Anforderungen an den Systemdruck), die Wirtschaftlichkeit, die Wartbarkeit usw.
In diesem Artikel werden der Einfluss der Viskosität auf die Leistung der Kreiselpumpe, die Bestimmung des Viskositätskorrekturkoeffizienten und die Angelegenheiten, die bei der praktischen technischen Anwendung in Kombination mit relevanten Normen und Erfahrungen aus der Ingenieurpraxis beachtet werden müssen, nur als Referenz im Detail vorgestellt.
1. Maximale Viskosität, die die Kreiselpumpe verarbeiten kann
In einigen ausländischen Referenzen wird die maximale Viskositätsgrenze, die die Kreiselpumpe handhaben kann, auf 3000 bis 3300 cSt (Centisea, entspricht mm²/s) festgelegt.Zu diesem Thema hatte CE Petersen ein früheres technisches Papier (veröffentlicht auf dem Treffen der Pacific Energy Association im September 1982) und argumentierte, dass die maximale Viskosität, die die Kreiselpumpe handhaben kann, anhand der Größe des Pumpenauslasses berechnet werden kann Düse, wie in Formel (1) gezeigt:
Vmax=300(D-1)
Dabei ist Vm die maximal zulässige kinematische Viskosität SSU (Saybolt-Universalviskosität) der Pumpe;D ist der Durchmesser der Pumpenauslassdüse (Zoll).
In der praktischen Ingenieurpraxis kann diese Formel als Faustregel herangezogen werden.Guan Xingfans Modern Pump Theory and Design besagt Folgendes: Im Allgemeinen ist die Flügelzellenpumpe für die Förderung mit einer Viskosität von weniger als 150 cSt geeignet, aber für Kreiselpumpen mit einem NPSHR weit unter NSHA kann sie für eine Viskosität von 500 bis 600 cSt verwendet werden.Wenn die Viskosität größer als 650 cSt ist, nimmt die Leistung der Kreiselpumpe stark ab und sie ist nicht für den Gebrauch geeignet.Da jedoch die Zentrifugalpumpe im Vergleich zur volumetrischen Pumpe kontinuierlich und pulsierend ist und kein Sicherheitsventil benötigt und die Durchflussregulierung einfach ist, ist es auch üblich, Zentrifugalpumpen in der chemischen Produktion zu verwenden, wo die Viskosität 1000 cSt erreicht.Die wirtschaftliche Anwendungsviskosität der Kreiselpumpe ist normalerweise auf etwa 500 ct begrenzt, was weitgehend von der Größe und Anwendung der Pumpe abhängt.
2. Der Einfluss der Viskosität auf die Leistung der Kreiselpumpe
Der Druckverlust, die Laufradreibung und der interne Leckageverlust im Laufrad und im Leitschaufel-/Spiralkanal einer Kreiselpumpe hängen weitgehend von der Viskosität der gepumpten Flüssigkeit ab.Beim Pumpen von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität verliert daher die mit Wasser ermittelte Leistung ihre Wirksamkeit. Die Viskosität des Mediums hat einen großen Einfluss auf die Leistung der Kreiselpumpe.Je höher die Viskosität einer Flüssigkeit im Vergleich zu Wasser ist, desto größer sind der Durchfluss und der Druckverlust einer bestimmten Pumpe bei einer bestimmten Geschwindigkeit.Daher verschiebt sich der optimale Effizienzpunkt der Pumpe in Richtung eines niedrigeren Durchflusses, der Durchfluss und die Förderhöhe nehmen ab, der Stromverbrauch steigt und der Wirkungsgrad nimmt ab.Die überwiegende Mehrheit der in- und ausländischen Literatur und Normen sowie Erfahrungen aus der Ingenieurpraxis zeigen, dass die Viskosität die Förderhöhe am Abschaltpunkt der Pumpe kaum beeinflusst.
3. Bestimmung des Viskositätskorrekturkoeffizienten
Wenn die Viskosität 20 cSt übersteigt, ist die Auswirkung der Viskosität auf die Leistung der Pumpe offensichtlich.Daher muss in praktischen technischen Anwendungen, wenn die Viskosität 20 cSt erreicht, die Leistung der Zentrifugalpumpe korrigiert werden.Wenn die Viskosität jedoch im Bereich von 5 bis 20 cSt liegt, müssen ihre Leistung und die passende Motorleistung überprüft werden.
Beim Pumpen von viskosen Medien ist es erforderlich, die Kennlinie beim Pumpen von Wasser zu ändern.
Derzeit stammen die Formeln, Diagramme und Korrekturschritte, die von in- und ausländischen Normen (wie GB/Z 32458 [2], ISO/TR 17766 [3] usw.) für viskose Flüssigkeiten übernommen werden, im Wesentlichen aus den Normen der American Hydraulic Institut.Wenn die Leistung des Pumpenfördermediums Wasser ist, gibt die Norm des American Hydraulic Institute ANSI/HI9.6.7-2015 [4] detaillierte Korrekturschritte und entsprechende Berechnungsformeln an.
4. Anwendungserfahrung in der Technik
Seit der Entwicklung der Kreiselpumpen haben die Vorläufer der Pumpenindustrie eine Vielzahl von Methoden zusammengefasst, um die Leistung von Kreiselpumpen von Wasser auf viskose Medien zu modifizieren, jeweils mit Vor- und Nachteilen:
4.1 AJStepanoff-Modell
4.2 Paciga-Methode
4.3 Amerikanisches Hydraulikinstitut
4.4 Deutschland KSB-Methode
5. Vorsichtsmaßnahmen
5.1Anwendbare Medien
Das Umrechnungsdiagramm und die Berechnungsformel gelten nur für homogene viskose Flüssigkeiten, die allgemein als Newtonsche Flüssigkeit bezeichnet werden (wie Schmieröl), nicht jedoch für nicht-Newtonsche Flüssigkeiten (wie Flüssigkeiten mit Fasern, Sahne, Fruchtfleisch, Kohle-Wasser-Mischflüssigkeit usw .)
5.2 Anwendbarer Durchfluss
Lesen ist nicht praktikabel.
Derzeit sind die Korrekturformeln und Diagramme im In- und Ausland die Zusammenfassung empirischer Daten, die durch Testbedingungen eingeschränkt werden.Daher ist in der praktischen Anwendung der Technik besonders zu beachten: Für unterschiedliche Durchflussbereiche sollten unterschiedliche Korrekturformeln bzw. Diagramme verwendet werden.
5.3 Anwendbarer Pumpentyp
Die modifizierten Formeln und Diagramme gelten nur für Kreiselpumpen mit konventionellem hydraulischem Design, offenen oder geschlossenen Laufrädern, die nahe dem optimalen Wirkungsgradpunkt arbeiten (und nicht am anderen Ende der Pumpenkennlinie).Pumpen, die speziell für viskose oder heterogene Flüssigkeiten ausgelegt sind, können diese Formeln und Diagramme nicht verwenden.
5.4 Anwendbarer Kavitationssicherheitsabstand
Beim Pumpen von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität müssen NPSHA und NPSH3 über einen ausreichenden Kavitationssicherheitsspielraum verfügen, der höher ist als der in einigen Normen und Spezifikationen (z. B. ANSI/HI 9.6.1-2012 [7]) festgelegte.
5.5 Sonstiges
1) Der Einfluss der Viskosität auf die Leistung der Kreiselpumpe lässt sich nur schwer mit einer genauen Formel berechnen oder anhand eines Diagramms überprüfen und kann nur durch die aus dem Test erhaltene Kurve umgerechnet werden.Daher sollte in praktischen Ingenieuranwendungen bei der Auswahl der Antriebsausrüstung (mit Leistung) darauf geachtet werden, einen ausreichenden Sicherheitsspielraum zu reservieren.
2) Für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität bei Raumtemperatur, wenn die Pumpe (z. B. die Hochtemperatur-Schlammpumpe der katalytischen Crackanlage in der Raffinerie) bei einer Temperatur gestartet wird, die niedriger als die normale Betriebstemperatur ist, die mechanische Konstruktion der Pumpe (z. B. Festigkeit der Pumpenwelle) und die Auswahl von Antrieb und Kupplung sollte den Einfluss des durch die Viskositätserhöhung erzeugten Drehmoments berücksichtigen.Gleichzeitig ist zu beachten:
① Um Leckstellen (mögliche Unfälle) zu reduzieren, sollten möglichst einstufige Cantilever-Pumpen verwendet werden;
② Das Pumpengehäuse muss mit einem Isoliermantel oder einer Begleitheizung ausgestattet sein, um eine Verfestigung des Mediums während einer kurzzeitigen Abschaltung zu verhindern;
③ Wenn die Abschaltzeit lang ist, muss das Medium im Gehäuse geleert und gespült werden;
④ Um eine schwierige Demontage der Pumpe durch Erstarren des viskosen Mediums bei Normaltemperatur zu vermeiden, sollten die Befestigungen am Pumpengehäuse langsam gelöst werden, bevor die Mediumtemperatur auf Normaltemperatur absinkt (Personenschutz beachten, um Verbrühungen zu vermeiden ), damit Pumpenkörper und Pumpendeckel langsam getrennt werden können.
3) Pumpen mit höherer spezifischer Drehzahl sollten so weit wie möglich ausgewählt werden, um viskose Flüssigkeiten zu transportieren, um den Einfluss von viskosen Flüssigkeiten auf ihre Leistung zu verringern und die Effizienz der viskosen Pumpe zu verbessern.
6. Fazit
Die Viskosität des Mediums hat einen großen Einfluss auf die Leistung der Kreiselpumpe.Der Einfluss der Viskosität auf die Leistung der Kreiselpumpe lässt sich nur schwer mit einer genauen Formel berechnen oder anhand eines Diagramms überprüfen, daher sollten geeignete Methoden ausgewählt werden, um die Leistung der Pumpe zu korrigieren.
Nur wenn die tatsächliche Viskosität des Fördermediums bekannt ist, kann sie genau ausgewählt werden, um viele Probleme vor Ort zu vermeiden, die durch die große Differenz zwischen der bereitgestellten und der tatsächlichen Viskosität verursacht werden.
Postzeit: 27. Dezember 2022