ความหนืดส่งผลต่อการสูบน้ำอย่างไร
เพื่อให้เข้าใจว่าความหนืดของของเหลวส่งผลต่อระบบสูบน้ำอย่างไร สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าความหนืดหมายถึงอะไร ตามคำนิยาม ความหนืดคือคุณสมบัติของของเหลวที่ทำให้ต้านทานต่อความเค้นเฉือน เช่น ที่เกิดจากการไหลของของเหลว ส่วนใหญ่ในบริเวณผนังท่อ
ภาพที่ 1 แสดงให้เห็นสิ่งนี้โดยแสดงโปรไฟล์ความเร็วของของเหลวที่สัมพันธ์กับพื้นผิวที่มีขอบเขตคงที่ ที่พื้นผิวขอบเขตคงที่หรือผนังท่อ ความเร็วของของเหลวจะเป็นศูนย์ เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นจากพื้นผิวคงที่ ความเร็วของของเหลวจะเพิ่มขึ้น แรงต่อหน่วยพื้นที่เป็นฟังก์ชันของความเร็วเกรเดียนต์ v/d ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดของของไหล v หารด้วยระยะทาง d จากพื้นผิวที่อยู่นิ่ง
ความหนืดสัมบูรณ์ μ (ม ) คือผลหารของความเค้นเฉือน (หรือแรงต่อหน่วยพื้นที่) หารด้วยอัตราการเฉือน เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงความหนืดเมื่อเทียบกับความหนาแน่น ซึ่งเรียกว่าความหนืดจลนศาสตร์ ความหนืดจลนศาสตร์ถูกกำหนดโดยตัวอักษรกรีก ν (นู ) วิธีทั่วไปในการวัดความหนืดจลนศาสตร์คือ เซย์โบลท์ วินาที สากล (สสส ) (ดูภาพที่ 2) นี่หมายถึงระยะเวลาที่ปริมาณของเหลวที่วัดได้ ณ อุณหภูมิหนึ่งๆ ระบายออกจากภาชนะที่มีปากวัดอยู่ด้านล่าง ตัวอย่างเช่น น้ำมีความหนืดประมาณ 31 สสส ที่ 60 องศาฟาเรนไฮต์ (F) จากการเปรียบเทียบ น้ำมันหล่อลื่นเบาอาจมีความหนืด 100 หรือ 200 สสส น้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดมากกว่าจะมีความหนืดเป็นพันของ สสส และของไหลที่มีความหนืดสูง เช่น ทาร์หนัก
ประเภทปั๊ม
ผลกระทบของความหนืดของของเหลวจะแตกต่างกันไปตามประเภทของปั๊ม เราจะพิจารณาปั๊มสามประเภทโดยเฉพาะ: แบบแรงเหวี่ยง (ภาพที่ 3), แบบลูกสูบ (ภาพที่ 4) และแบบหมุน (ภาพที่ 5)
ปั๊มลูกสูบและปั๊มโรตารีอยู่ในตระกูล เชิงบวก การกระจัด (พี.ดี ) ปั๊ม พี.ดี จะแทนที่ปริมาตรที่แน่นอนในทุกรอบของเพลา ลบการรั่วไหลของปริมาตร (สลิป)
ปั๊มหอยโข่งจัดอยู่ในกลุ่มปั๊มโรไดนามิก ปั๊มโรไดนามิกเป็นเครื่องจักรจลนพลศาสตร์ที่ส่งพลังงานอย่างต่อเนื่องไปยังของไหลที่ถูกปั๊มโดยใช้ใบพัดหมุน ใบพัดหรือโรเตอร์ ปั๊มโรไดนามิกที่พบมากที่สุดคือประเภทหอยโข่ง (แนวรัศมี) ในปั๊มหอยโข่ง ของเหลวจะเข้าสู่ใบพัดในแนวแกนที่ตาของใบพัดและเคลื่อนที่ในแนวรัศมีระหว่างใบพัดจนกว่าจะออกที่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และถูกรวบรวมไว้ในเครื่องกระจายแสงหรือการจัดเรียงรูปก้นหอยตามที่แสดงในภาพที่ 3 สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาวิธีการเหล่านี้ ประเภทของปั๊มจะแตกต่างกันและฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องเนื่องจากความแตกต่างเหล่านี้ส่งผลให้การทำงานแตกต่างกันอย่างมากเมื่อเทียบกับของเหลวที่มีความหนืด
ข้อควรพิจารณาในการสูบน้ำแบบแรงเหวี่ยง
เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมในการทดสอบประสิทธิภาพของปั๊มหอยโข่งที่มีน้ำใสตามมาตรฐาน ANSI /สวัสดี 14.6 ปั๊มโรไดนามิกสำหรับการทดสอบประสิทธิภาพไฮดรอลิก ประสิทธิภาพของปั๊มหอยโข่งได้รับผลกระทบเมื่อจัดการกับของเหลวที่มีความหนืด เนื่องจากแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นเมื่อใบพัดหมุนและความต้านทานต่อการไหลเมื่อเทียบกับการทดสอบน้ำ กำลังไฟฟ้าเข้าที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากประสิทธิภาพที่ลดลงและการลดลงของส่วนหัวและอัตราการไหลเกิดขึ้นกับของเหลวที่มีความหนืดเมื่อเทียบกับน้ำ
เส้นโค้งประสิทธิภาพในภาพที่ 6 แสดงประสิทธิภาพของน้ำและประสิทธิภาพความหนืดที่แก้ไขแล้วสำหรับของเหลวที่ใช้งาน ซึ่งมีความหนืด 1,000 สสส และความถ่วงจำเพาะ 0.9 ควรแก้ไขข้อมูลความหนืดจากการทดสอบประสิทธิภาพน้ำตามมาตรฐานสถาบันไฮดรอลิก ANSI /สวัสดี 9.6.7 ผลกระทบ ของ ของเหลว ความหนืด บน โรไดนามิก ปั๊ม ประสิทธิภาพ ANSI /สวัสดี 9.6.7 ใช้เพื่อแก้ไขประสิทธิภาพตามที่แสดงในภาพที่ 6 มาตรฐานนี้กำหนดวิธีการเชิงประจักษ์โดยอ้างอิงจากข้อมูลการทดสอบที่มีจากแหล่งข้อมูลทั่วโลก
วิธี สวัสดี ช่วยให้ผู้ใช้เครื่องสูบน้ำและผู้ออกแบบสามารถประเมินประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องสูบน้ำแบบโรไดนามิกสำหรับของเหลวที่มีความหนืดที่ทราบ โดยพิจารณาจากประสิทธิภาพการทำงานในน้ำ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญเพื่อให้เลือกปั๊มและตัวขับที่เหมาะสมสำหรับหน้าที่ที่จำเป็นสำหรับของเหลวหนืด ไม่แสดงในภาพที่ 6 แต่ยังมีข้อกังวลคือการเพิ่มขึ้นของหัวดูดสุทธิที่ต้องการ (สพฉ ) ซึ่งมีการสูญเสียส่วนหัว 3 เปอร์เซ็นต์ (NPSH3 ) รวมถึงแรงบิดเริ่มต้นที่จำเป็นที่เพิ่มขึ้นด้วยของเหลวหนืด การพิจารณาสิ่งเหล่านี้ระบุไว้ใน ANSI /สวัสดี 9.6.7
สังเกตประสิทธิภาพที่ลดลงจากเกือบ 80 เปอร์เซ็นต์บนน้ำเป็นประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์บน 1,000 สสส สำหรับปั๊มในภาพที่ 6 ด้วยเหตุนี้ การใช้ปั๊มหอยโข่งอาจถูกจำกัดเมื่อความหนืดสูงกว่าระดับที่ส่งผลให้ประสิทธิภาพที่ยอมรับไม่ได้และแทนที่ พี.ดี ปั๊มอาจเสนอทางออกที่ดีกว่า
พี.ดี ปั๊ม ข้อควรพิจารณาในการสูบน้ำที่มีความหนืด
ปั๊ม พี.ดี แตกต่างจากปั๊มหอยโข่งโดยเนื้อแท้ เนื่องจากปั๊มจะเคลื่อนย้ายปริมาตรของของเหลวโดยการกระจัดในทุกรอบของเพลา โดยทั่วไปจะให้ผลลัพธ์ที่ดีเมื่อสูบของเหลวที่มีความหนืด ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของปั๊ม พี.ดี คือปริมาตรจริงต่อการหมุนรอบเพลาเหนือปริมาตรตามทฤษฎีต่อการหมุนรอบเพลา ความแตกต่างระหว่างปริมาตรทั้งสองเป็นผลมาจากการไหลของการรั่วไหลที่เรียกว่าสลิป ความหนืดที่สูงขึ้นของของเหลวช่วยลดปริมาณของสลิปและเพิ่มประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของปั๊มดิสเพลสเมนต์บวก
เส้นโค้งในภาพที่ 7 แสดงให้เห็นว่าความจุของปั๊มดิสเพลสเมนต์บวกแปรผันตามความเร็ว (แรงดันคงที่) แรงดัน (คงที่ความเร็ว) และความหนืดอย่างไร มีจุดประสงค์เพื่อเป็นตัวแทนของแนวคิดเท่านั้น เส้นโค้งแสดงว่าความสามารถทางทฤษฎีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็ว ความแตกต่างระหว่างความจุตามทฤษฎีและความสามารถในการส่งมอบคือ "สลิป" ของปั๊มสำหรับความหนืดที่กำหนด สลิปภายในได้รับผลกระทบจากความหนืดและความดันและทำให้ความสามารถในการส่งมอบเบี่ยงเบนไปจากทฤษฎี
ความหนืดของของไหลปั๊มยังส่งผลต่อแรงดันขาเข้าสุทธิที่ต้องการ (สพป ) และกำลังอินพุตของปั๊มดิสเพลสเมนต์บวก แรงม้าตามทฤษฎีนั้นแปรผันตามความเร็วและแรงดัน การสูญเสียแรงเสียดทานเนื่องจากความหนืดของของไหลที่สูบทำให้กำลังไฟฟ้าเข้าเพิ่มขึ้นเหนือกำลังทางทฤษฎี ภาพที่ 8 แสดงให้เห็นว่าพลังงานอาจเพิ่มขึ้นอย่างไร และภาพที่ 9 แสดงให้เห็นว่า สพป จะเพิ่มขึ้นตามความหนืดอย่างไร
ปั๊ม พี.ดี แบบลูกสูบถูกนำมาใช้ในการใช้งานสำหรับช่วงความหนืดต่างๆ โดยทั่วไปแล้ว ปั๊มกำลังแบบลูกสูบสามารถจัดการกับความหนืดของของไหลได้ 5,000 สสส และปั๊มลูกสูบแบบลูกสูบที่ทำงานด้วยอากาศสามารถจัดการกับความหนืดของของไหลได้ 1 ล้าน สสส
ในเทคโนโลยีและการใช้งานที่เลือก ปั๊ม พี.ดี แบบโรตารี่ยังสามารถจัดการของเหลวตั้งแต่น้ำไปจนถึงของเหลวหนืด แต่จะพบการใช้งานทั่วไปมากกว่ากับของไหลหนืด ปั๊มโรตารีมีหลายประเภท และความสามารถในการสูบน้ำแบบหนืดจะแตกต่างกันไปตามการออกแบบ โดยทั่วไป ประสิทธิภาพการไหลและปริมาตรในปั๊มโรตารีมักจะเพิ่มขึ้นตามความหนืด และปั๊มโรตารีบางประเภทสามารถจัดการกับของไหลที่มีความหนืดหลายล้าน สสส
ข้อมูลทั่วไปที่ให้ไว้ในที่นี้สำหรับการสูบแบบหนืดแบบลูกสูบและแบบโรตารี่นั้นไม่แน่นอน และการออกแบบเฉพาะสามารถเปลี่ยนความสามารถได้อย่างมาก ดังนั้น ผู้ใช้ควรปรึกษากับผู้ผลิตปั๊มอย่างใกล้ชิดเพื่อขอคำแนะนำเฉพาะเจาะจง ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสูบน้ำแบบหนืดสำหรับปั๊มแบบขับออกทางบวกสามารถพบได้ในมาตรฐานต่อไปนี้: ANSI /สวัสดี 3.1-3.5 ปั๊มโรตารีสำหรับการตั้งชื่อ คำนิยาม การใช้งาน และการใช้งาน; ANSI /สวัสดี 6.1-6.5 ปั๊มไฟฟ้าแบบลูกสูบสำหรับการตั้งชื่อ คำนิยาม การใช้งาน และการใช้งาน; ANSI /สวัสดี 7.1-7.5 ปั๊มสูบจ่ายปริมาณการควบคุมสำหรับการตั้งชื่อ คำนิยาม การใช้งาน และการใช้งาน; ANSI /สวัสดี 10.1-10.5 ปั๊มลมสำหรับการตั้งชื่อ คำนิยาม การใช้งาน และการใช้งาน