- Замість передмови або що таке в'язкість і в чому вона вимірюється Після прочитання заголовка статті,...
- Конструкції насосів для в'язких середовищ
- Насоси шестеренні, плунжерні, мембранні, гвинтові, шнекові
Замість передмови або що таке в'язкість і в чому вона вимірюється
Наши партнеры ArtmMisto
Після прочитання заголовка статті, можливо, хтось вважатиме недаремним освіжити в пам'яті, що таке в'язкість взагалі і в'язке середовище зокрема. Для цього цілком доречно використовувати метод «від противного» і спочатку згадати, що у іменника «в'язкість» є антонім ─ «плинність». Те, що плинність є протилежністю в'язкості, підтвердить будь-який згадує про них енциклопедичний словник, проінформувавши про те, що плинність характеризується величиною, зворотною в'язкості.
Очевидно, що текуча рідина, як і випливає з її визначення, тече добре. Як, скажімо, звичайна вода. Хоча є рідини і більш текучі, наприклад, метиловий спирт або ацетон. В'язка рідина тече гірше (т. Е. Повільніше) або зовсім погано. У деяких енциклопедичних словниках так і сказано «Чим більше в'язкість рідини, тим повільніше вона тече». А ось наскільки повільніше визначає її властивість, зване в'язкістю. І якщо в'язкість етилового спирту тільки на 20 відсотків вище, ніж води, а ртуті ─ в півтора рази, то існують рідини куди як більш в'язкі. В'язкість машинного і рослинних масел в десятки і сотні разів перевищує в'язкість води, а гліцерину і мазуту ─ в тисячу і більше. Знання цього дозволяє зрозуміти, що перекачують однакові обсяги рідини водяний насос і, наприклад, масляний насос виконують різну роботу.
Природа в'язкості полягає в молекулярному взаємодії, в тому наскільки воно заважає одним верствам рідини переміщатися щодо інших. Звідси термін «внутрішнє тертя». В'язкість розуміють або як його синонім, або міру цього тертя.
У «ГОСТ 33-2000 (ІСО 3104-94) Нафтопродукти. Прозорі і непрозорі рідини. Визначення кінематичної в'язкості і розрахунок динамічної в'язкості »останньої дано таке визначення:« Ставлення застосовуваного напруги зсуву до швидкості зсуву рідини ». І додано: «Таким чином, динамічна в'язкість є мірою опору закінченню або деформації рідини».
Майже за сто років до появи цього ГОСТу Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона (Петербург, 1890-1907 роки) визначав в'язкість, як «опір, який чиниться тілом руху окремої його частини без порушення зв'язку цілого».
Основний закон в'язкої течії був відкритий великим І. Ньютоном ще в 1687 році. Звучить він так: що є причиною зсуву шарів рідини (газу) один щодо одного дотична (тангенціальна) сила прямо пропорційна площі шару, по якому цей зсув відбувається, швидкості зсуву і коефіцієнту внутрішнього тертя (коефіцієнту в'язкості). Таким чином, фізичний зміст коефіцієнта в'язкості або просто в'язкості рідини (точніше абсолютної або динамічної в'язкості, але прикметники «абсолютна» або «динамічна» часто опускають) ─ це величина сили внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі плоскої поверхні (в системі СІ ─ це 1 м2), що переміщається з одиничною швидкістю (1 м / с) щодо знаходиться від неї на одиничному відстані (1 м) іншій плоскій поверхні.
В'язкість рідини визначається її хімічним складом, наявністю домішок і температурою. Її значення зменшується з ростом температури і збільшується з підвищенням тиску. При атмосферному тиску в'язкість води при температурі 0 OC приблизно в шість разів вище, ніж при 100 OC.
Якщо коефіцієнт в'язкості залежить від температури і природи рідини, і вона повністю підпорядковується згаданого вище закону в'язкої течії І. Ньютона, її називають «ньютонівської рідиною». Але є рідини «неньютонівські», у яких на коефіцієнт в'язкості впливає швидкість течії, (чим вона вища, тим менше в'язкість). До їх числа належать суспензії, емульсії, розчини полімерів.
Незважаючи на те, що терміном «в'язкість» люди оперують уже понад три століття, повністю нюанси цього прояву фізичного перенесення не вивчені, і сьогодні в'язкість продовжує залишатися предметом інтересів дослідників, що намагаються створити вичерпну все її прояви теорію.
Поряд з абсолютною або динамічною в'язкістю використовується показник кінематичного в'язкості (прикметник «кінематична» опускати не можна), одержуваний діленням коефіцієнта динамічної в'язкості на щільність рідини.
У міжнародній системі одиниць (СІ) динамічна в'язкість вимірюється в Паскаль-секундах (Па × с), а кінематична в'язкість ─ в м2 / с.
Насос для вузьких середовищ ─ це, як правило, насос для в'язких рідин, хоча грузлими можуть бути і гази. Більш того, явище в'язкості властиво твердим аморфних тіл.
І невеличкий відступ. Слово «в'язкість» застосовують також поза фізичного контексту. Наприклад, до програмних продуктів (як їх властивість чинити опір внесенню змін), мисливським собакам (як показник їх наполегливості і завзятості), спортивних ігор (наприклад, в'язка в значенні труднопрохідна оборона) і т. Д.
А тепер про те, з якими продуктами працюють насоси для в'язких середовищ.
Приклади в'язких середовищ, що перекачуються насосами
Насос для вузьких середовищ ─ затребуване обладнання. Прикладів технологічних процесів, де необхідно перекачування в'язких середовищ за допомогою насосів, або для дозування застосовують насос-дозатор для в'язких рідин, ─ незліченна безліч.
При цьому в'язкість може визначатися іншими словами і супроводжуватися так чи інакше залежать від неї або впливають на неї якостями. Про перекачується в'язкому продукті можуть говорити, що він густий (нерідко застигає), пастоподібний, клейкий, липкий, концентрований, щільний. Тому виробники насосного обладнання представляють свої вироби, як насоси для густих і в'язких рідин, насоси для перекачування грузлих густих рідин і т. Д.
Труднощі в роботі насосів, пов'язані з власне в'язкістю рідини, ─ наприклад, її збільшення при низьких температурах, ─ можуть посилюватися наявністю в рідині твердих в т. Ч. Абразивних домішок, грудок, волокон, її схильністю до вспениванию і т. Д.
Дуже показовий приклад перекачування в'язких середовищ ─ переміщення за допомогою насосів бетонних сумішей в будівельній індустрії. Як на заводах, які виробляють залізобетонні вироби, так і при виготовленні будівельних конструкцій безпосередньо на будмайданчику в монолітному житловому будівництві.
Ще один приклад ─ перекачування і дозування в'язких продуктів в харчовій промисловості. Насос для вузьких продуктів ─ обов'язковий компонент виробничого обладнання багатьох підприємств цієї галузі. На молокопереробних заводах з його допомогою переміщають і дозують не тільки не такі вже й в'язке молоко (при температурі 20 OC всього в 1,6-1,8 разів більше в'язке, ніж вода), але і сирну масу, сир, вершкове масло.
Насос харчової для вузьких продуктів використовують для м'ясних емульсій, м'ясного і сосисочного фаршу, тіста, шоколадної маси, глазурі, патоки.
Насос для перекачування харчових в'язких рідин потрібен також при виготовленні рослинних масел, сиропів, солодовою гущі, варення, джемів, фруктових і овочевих соків і пюре, томатної пасти, соусів, майонезу, карамелі, меду і ще багато чого іншого.
Харчові насоси для в'язких рідин крім високої продуктивності, зручності в експлуатації і обслуговуванні повинні повністю відповідати санітарно-гігієнічним вимогам.
Насоси для перекачування в'язких рідин застосовують в хімічній промисловості ─ для дозування лакофарбових матеріалів, синтетичних смол (навіть епоксидної смоли), клеїв, при виробництві косметики (гелі, скраби, зубна паста).
Ще один значимий в економічному сенсі приклад ─ нафтовидобувна промисловість ─ насоси для в'язких нафтопродуктів.
Однією з найбільш ефективних методик експлуатації свердловин для видобутку нафти є використання заглибних насосів, яким доводиться працювати з в'язкою середовищем, яке складається не тільки з нафти, але і пластових вод, асфальтосмолопарафінових відкладень (АСПО), нафтових газів, різних солей і механічних домішок.
До речі, в силу виснаження запасів нафти малої і середньої в'язкості, в світовій нафтовидобутку зростає частка важкої в'язкої нафти, що означає необхідність вдосконалення насосного обладнання, що використовується для перекачування в'язких середовищ, з метою оптимізація його робочих параметрів, зниження енергоємності та підвищення надійності.
Для розтарування нафтопродуктів часто використовують бочкові насоси для в'язких рідин.
Ще одна тенденція, тепер уже в гірничодобувної промисловості , ─ розвиток геотехнологических методів видобутку гірського сировини, ─ технології, в якій насоси для в'язких середовищ мають велике значення. Наприклад, для транспортування сировини сірчаних родовищ, торф'яних і крейдяних мас, водовугільних суспензій при гідровидобутку вугілля.
А в традиційних методах видобутку і переробки гірського сировини роль перекачувальних в'язкі рідини насосів велика в процесах збагачення корисних копалин.
У керамічної промисловості їх застосовують для подачі шлікера, глинистих розчинів і суспензій. Широке поширення отримали насоси для в'язких середовищ для подачі в'язко-пластичних осадів стічних вод, мулистих відкладень, шламів.
В цілому можна резюмувати: насос для перекачування в'язких рідин ─ обладнання, широко застосовується в самих різних галузях промисловості для величезного числа продуктів.
Конструкції насосів для в'язких середовищ
Завдяки різноманітності асортименту продукції виробників насосного обладнання, у споживачів з різних галузей економіки існує можливість, купити насос для в'язких рідин, параметри якого будуть найбільш повно відповідати конкретним виробничо-технологічними умовами їх підприємств і організацій.
Робота з в'язкими середовищами ─ складне завдання для насоса, що означає підвищені навантаження і що ставить до нього жорсткі вимоги. Характеристика насоса при перекачуванні в'язких рідин істотно відрізняється від його ж характеристики при роботі з водою. Вже на стадії проектування і підбору насосного обладнання необхідно в повній мірі враховувати реологічні фактори, що крім іншого дозволить виключити невиправдані енерговитрати в процесі його експлуатації.
Розроблено методики перерахунку параметрів насоса з води на в'язку рідину, для складання яких був вивчений великий обсяг експериментальних даних і виконані масштабні аналітичні дослідження. Також розроблені алгоритми підбору насосів під задані параметри при роботі на вузьких рідинах. Випадковий вибір вже після нетривалої експлуатації загрожує обернутися порушеннями в роботі електропривода в результаті його перегріву або виходом насоса з ладу.
Бажано робити насос для в'язких рідин стійким до впливу твердих включень, а значить, до абразивного зносу.
Наскільки це можливо слід прагнути до простоти конструкції і якомога меншій кількості деталей, що дозволяє зробити насос надійним, збільшити періоди між сервісними обслуговуваннями. Цій вимозі повністю відповідають перистальтичні насоси для в'язких рідин (т. Е. Зубчасті насоси з робочим органом у вигляді пружного шланга, перетискають обертовими роликами).
Їх важлива перевага ─ повна герметичність проточної частини. Використання для її виготовлення стійких до стирання і хімічних дій сучасних матеріалів, ─ прямий шлях до збільшення надійності.
Відсутність великого числа рухомих деталей (робоче середовище з ними взагалі не контактує) та ущільнюючих елементів безпосередньо сприяє збільшенню тривалості експлуатації перистальтичних насосів.
Допустима динамічна в'язкість рідини визначається типорозміром перистальтичного насоса, швидкістю обертання ротора насосної частини і величиною тиску на вході в насосну частину.
Уміння ефективно перекачувати в'язкі рідини ─ справедливо вважається одним з головних достоїнств цього класу насосного обладнання, активне використання якого почалося вже у другій половині XX століття.
А якщо говорити про дозування в'язких середовищ, то на користь перистальтических дозуючих насосів говорить їхнє вміння забезпечувати високу точність дозування. Обсяг рідини безпосередньо залежить від частоти обертання ротора, на якому розташовані перетискають шланг (трубку) ролики. Цю швидкість легко регулювати, а значить, міняти подачу.
Ще одна перевага перистальтичних насосів ─ делікатність поводження з робочим середовищем. Треба сказати, що далеко не всі філологи вітають використання слова «делікатність» стосовно до техніки, вважаючи, що словосполучення на кшталт «делікатне прання» є невдалими кальками з англійської мови. Але заміна прикметника «делікатна» на «акуратна» або «дбайлива» суті справи не міняє. При перекачуванні перистальтичним насосом внутрішня структура робочого середовища відчуває мінімальний вплив і тому зберігає свою первозданність. Це означає, що на молокозаводі рідкі вершки після проходження через шланг (трубку) перистальтичного насоса не перетворяться в збиті.
Сильна сторона перистальтичних насосів ─ низький рівень шуму, можливість реверсу і роботи в режимі сухого ходу, простота експлуатації і обслуговування.
В асортименті компанії «Завод дозировочной техніки« Ареопаг »(Санкт-Петербург; офіційний сайт ─ https://www.areopag-spb.ru/), одного з провідних розробників і виробників російських насосів, активного члена Європейської асоціації Europump, Російської асоціації виробників насосів, Союзу виробників нафтогазового обладнання, поряд з іншими виробами представлені перистальтичні (шлангові) насоси, використовувані для перекачування в'язких середовищ. А також середовищ з включеннями, абразивних, чутливих до зрушення. Це ─ насоси типу НП (НП10, НП16, НП25, НП32, НП40, НП50, НП65, НП80, НП100):
- допустима динамічна в'язкість рідини ─ до 10 Па × с;
- температура ─ від мінус 10 OC до плюс 80 OC;
- величина зерна твердої неабразівной фази ─ не більше 15% від найменшого діаметра перетину вхідного патрубка агрегату; для одиночних частинок ─ не більше 25%.
Переваги перистальтичних насосів від ТОВ «ЗДТ« Ареопаг »─ менші в порівнянні з аналогами габаритні розміри, надійна конструкція (посилений підшипниковий вузол), прості і зручні експлуатація і технічне обслуговування (швидка заміна рукава, зручне регулювання тиску). При їх виготовленні використовуються різні марки сталей ─ Сталь 20; хромистая 20Х13; хромонікелемолібденових 10Х17Н13М2Т і 06ХН28МДТ; хромонікелева 12Х18Н9Т. А також титановий сплав типу ВТ1-0.
Пропонуються різні виконання за матеріалом рукава:
- для харчових продуктів, в т. ч. на масляній і жировій основі;
- для вуглеводнів, нафтопродуктів і масел;
- для кислот і лугів з концентрацією до 70%;
- для концентрованих спиртів;
- для висококоррозіонних матеріалів.
Проводиться комплектація додатковим устаткуванням. Наприклад, для регулювання продуктивності насоса зміною частоти обертання електродвигуна (частотне регулювання). З наявністю різних датчиків: числа обертів, верхнього і нижнього рівня змазує рідини, температури змазує рідини. Разом з насосом можлива поставка запасних рукавів і охлаждающе-змазує рідини.
Насоси шестеренні, плунжерні, мембранні, гвинтові, шнекові
Для перекачування в'язких рідин використовують насоси інших конструкцій. Наприклад, шестеренні насоси для в'язких рідин. Згідно «ГОСТ 17398-72 Насоси. Терміни та визначення »правильно говорити шестерінчастий, а не шестерний насос для в'язких рідин, хоча частіше зустрічається друге« негостовское »визначення. Шестеренні ─ це зубчасті насоси з робочими органами у вигляді шестерень ─ провідною і відомою (іноді ведених більше однієї). Перебуваючи в постійному зачепленні, вони забезпечують геометричне замикання робочої камери і передачу крутного моменту. Зачеплення може бути внутрішнім або зовнішнім. Насоси з внутрішнім зачепленням більш компактні, але складніше у виготовленні.
Як і інше устаткування, насос шестерний для перекачування в'язких рідин має свої переваги і недоліки. Переваги ─ малі габарити і маса, широкий діапазон в'язкості рідин, високий ККД. При цьому спостерігається чутливість до збільшення зазорів між шестернями і корпусом, пульсація робочої рідини, що виражається в коливаннях тиску і підвищеному шумі.
Взагалі, для шестеренних насосів (як поршневих, плунжерних і ряду інших) наявність труться або з мінімальними зазорами деталей, в разі присутності в перекачується середовищі абразивних частинок, загрожує швидким зносом і зниженням продуктивності.
Для перекачування в'язких рідин застосовуються плунжерні насоси.
Більш ефективно здійснювати перекачування в'язких середовищ їм допомагає збільшення обсягу робочої камери і більш низька частота ходу плунжера.
Плунжерні насоси для в'язких рідин відрізняє продуктивність, «терпимість» до дуже високим робочим тискам, а дозуючі плунжерні насоси ─ ще і висока точність дозування.
Гвинтовий насос для в'язких рідин ─ це роторно-обертальний насос, в якому рідке середовище переміщується вздовж осі обертання робочих органів ─ гвинтових роторів. У багатьох працях з історії техніки словосполучення «гвинтовий насос» сусідить з такими великими іменами як Архімед і Леонардо да Вінчі. Але вже в наш час самим фактом своєї інтеграції в виробничі системи гвинтові насоси зобов'язані прагненню пристосувати насосне обладнання для роботи з середовищами, що характеризуються високою в'язкістю, першою з яких була нафта.
Одне із значущих переваг гвинтових насосів - стабільний напір і відсутність пульсацій. Серед інших ─ досить високий ККД, малошумність, здатність перекачувати робочі середовища з неоднорідними включеннями.
Іноді між гвинтовими шнековими насосами ставлять знак рівності, хоча в уже згаданому «ГОСТ 17398-72 Насоси. Терміни та визначення »у кожного власне визначення, і між ними існує принципова різниця. Шнековий насос ─ це динамічний насос (насос тертя), в якому рідке середовище переміщується під впливом сил тертя, а гвинтовий є об'ємним насосом.
Їх об'єднує те, що рідке середовище переміщується в напрямку осі робочих органів. Причому у шнекового насоса він носить назву гвинтовий шнек.
Шнекові насоси для в'язких рідин отримали досить широке поширення. Наприклад, шнекові бочкові насоси використовуються для розтарування в'язких рідин з різних ємностей.
Мембранні насоси для в'язких рідин ─ це зворотно-поступальні насоси, робочі органи яких виконані у вигляді пружних діафрагм. Як і в перистальтических насосах, робоче середовище не стикається з рухомими деталями, що позитивно позначається на терміні служби таких насосів.
Насоси для вузьких середовищ ─ приклад того, як розвиваючись, обладнання здатне успішно вирішувати завдання, які ще зовсім недавно здавалися не те щоб принципово нерозв'язними, їх навіть ніхто не ризикував промовляти.
Сьогодні використання насосів для перекачування і дозування в'язких рідин дозволяє автоматизувати виробничі процеси, зробивши їх більш точними і безпечними, що забезпечують високу якість продукції, що виробляється при максимально можливої економічної ефективності.
