Вязкость жидкости и её влияние на насосное оборудование

Вязкость жидкости, определяется как сопротивление утечке, т.е. чем более вязкая среда, тем меньше утечка.

Однако, более вязкая жидкость, влияет на производительность насоса несколькими способами:
- уменьшается мощность насоса (кВт);
- снижается напор и объём перекачиваемой жидкости;
- возникают проблемы с торцевым уплотнением из-за проблем перемещения вала и смещения сальниковой набивки;
- подшипники подвергаются более высокой радиальной нагрузке при смещении вала насоса;
- перекачиваемая жидкость не сможет смазывать притёртые поверхности, если толщина жидкостной плёнки меньше 0.000040 микрон.

Вязкость является мерой плотности жидкости. Патока и моторное масло - это густые или высоковязкие жидкости. Бензин и вода менее плотные, жидкости с низкой вязкостью. Не стоит путать вязкость с удельным весом той же жидкости. Удельный вес - это мера веса жидкости по сравнению с равным объемом пресной воды 20°C.

Моторное масло имеет низкий удельный вес (оно плавает на поверхности воды), но обладает высокой вязкостью более 500 сСт (сантистокс - единица кинематической вязкости). Ртуть имеет высокий удельный вес (13.7), но низкую вязкость, только 0.118 сСт.

Важно еще раз отметить, что эти два свойства жидкости, полностью независимы друг от друга.

Вязкость жидкости может заметно изменяться с изменением температуры жидкости, но редко изменяется при изменении давления. Давно известно, что горячее масло более жидкое, чем холодное, поэтому перед тем как определить вязкость жидкости, сначала следует измерить её температуру. Не обладая этой информацией, Вы можете приобрести неподходящий насос.

Температура - не единственный параметр, на который следует обратить внимание, когда Вы проверяете жидкость на вязкость.

Существует четыре класса жидкостей, которые меняют свою вязкость при перемешивании, и один, который не меняет своих свойств:
- линейно-вязкие (Ньютоновские) жидкости не зависят от амплитуды и типа движения, которому они подвергаются. Типичные для этого класса жидкости - минеральное масло и вода;
- дилатантные (вязкость растёт, с ростом скорости сдвига) жидкости повышают вязкость при перемешивании, некоторые из этих жидкостей могут стать почти твёрдыми внутри насоса или трубопровода. Всем известно, что при перемешивании сливки превращаются в масло. Кондитерские смеси, глинистые массы и прочие сильно заполненные жидкости делают то же самое.
- пластичная жидкость имеет предел текучести, который должен быть превышен до начала движения потока. С этого момента по мере помешивания вязкость будет уменьшаться. Томатный кетчуп - лучший пример такой жидкости;
- псевдопластичная жидкость показывает снижение вязкости с увеличением перемешивания, но у неё нет предела текучести, в эту категорию попадают многие эмульсии;
- тиксотрофные жидкости проявляют уменьшающуюся вязкость с увеличением перемешивания, но вязкость, при любой определенной скорости движения, может зависеть от предыдущего перемешивания жидкости. Примерами тиксотрофной жидкости являются: клей, некапельная краска, смазка, соединения целлюлозы, мыло, крахмалы и смола.

Существует динамическая вязкость и кинематическая.

Рассмотрим динамическую (абсолютную) вязкость:
- в международной системе единиц (СИ), динамическая вязкость измеряется в Паскаль - секундах (Па•с);
- существуют внесистемные величины измерения динамической вязкости – «пуаз» (П) и ее производная «сантипуаз» (сП);
- вода, при температуре 20,2°C, имеет абсолютную вязкость в 1 сантипуаз;
Рассмотрим кинематическую вязкость:
- основная единица измерения в системе единиц (СИ) – м²/с,
- общая единица измерения в СГС (сантиметр-грамм-секунда) «стокс» и ее производная «сантистокс» (сСт);
- внесистемная единица — градус Энглера;
Эти типы вязкости, взаимосвязаны следующим образом:
Кинематическая вязкость = абсолютная вязкость / удельный вес.
Абсолютная вязкость = кинематическая вязкость * плотность.
Поскольку удельный вес воды при температуре 20°C практически одинаков, следовательно, кинематическая вязкость воды при 20°C для всех практических целей, равна 1.0 сантистокс.

К сожалению, нет приемлемого аналитического метода прогнозирования производительности насоса, когда вязкость жидкости, отличается от вязкости воды. Было проведено много испытаний, и данные были составлены в виде диаграмм и номограмм, в результате эффективность работы насоса может быть правильно оценена, для жидкостей практически любой вязкости.

Важность измерения вязкости в пищевой промышленности.

Высокое качество продуктов питания, очень важно для потребителей. В этом промышленном секторе, производство продукции, отвечающей высоким требованиям потребителей, представляет собой проблему для специалистов по контролю качества. Контрольные исследования должны быть быстрыми, точными и не слишком дорогими. Особенно это относится к физическим измерительным переменным, таким как вязкость.

Вязкость жидкости играет важную роль, почти на всех стадиях производства в пищевой промышленности. Многие жидкие среды, должны быть аккуратно перекачаны по трубопроводам. В процессе производства агрегатное состояние пищевого продукта может изменяться, от жидкого до пастообразного состояния.

В пищевой промышленности часто используются различные типы сахара, такие как сироп глюкозы, чтобы подсластить продукты питания и напитки. Многие виды сиропа получают из ферментативной деградации крахмала и являются важной составляющей в крахмальной промышленности. Так как сиропы липкие, их часто используют в качестве связующих компонентов при производстве продуктов питания, например шоколадных хлопьев или соусов. Вязкость и реологическое свойство (текучесть), зависят от адгезионных свойств крахмала, содержащегося в составе жидкости. Крахмал имеет различные характеристики, в зависимости от температуры и окружающей среды. Например, повышение температуры, оказывает затвердевающий (сгущающий) эффект. Однако при варке, крахмал обладает сжижающим действием. Когда жидкость снова остывает, крахмал вновь её загущает. Это состояние характеризуются вязкостью. Даже для супов правильная консистенция достигается путем добавления загустителей. При определении текучести соусов, мёда, майонезов и других жидких добавок, для контроля качества важную роль играет зависящая от температуры вязкость.

В процессе контроля качества поступающей жидкости, вязкость является важной контрольной переменной, когда дело касается дифференциации различных качеств сырья и устранения проблем при их дальнейшей обработке. В зависимости от состава, можно провести выборочные измерения в лаборатории, но в некоторых случаях, необходимо проводить измерения на месте или непосредственно в процессе производства. Полученные данные сохраняются и передаются специалистам для их дальнейшей обработки.

Быстрое и простое определение вязкости, очень важно для контроля качества, процесса производства и перекачивания вязких жидкостей.

Влияние вязкости перекачиваемой среды на насос.

Когда вязкость и другие рабочие параметры известны, можно приступить к подбору насосного оборудования. В большинстве случаев, центробежный насос подходит для жидкостей с низкой вязкостью, так как их перекачивание создает высокий сдвиг жидкости. По мере увеличения вязкости производительность насоса должна быть скорректирована с учетом дополнительного сопротивления сдвигу.

В целом, насосы с принудительным вытеснением - лучший выбор при работе с вязкими жидкостями. Они, как правило, работают на более низких скоростях и передают жидкости низкое количество энергии сдвига по сравнению с центробежным насосом. Существует множество насосов с принудительным вытеснением, выбрать которые можно на основе требований к перекачиваемой среде.

Вязкость является важным фактором при определении потерь на трение за счёт энергии сдвига в системе жидкого процесса, а также при выборе и калибровке клапанов, фильтров, приборов и трубопроводов. Существует множество доступных справочных материалов, которые предоставляют данные о потерях трения для заданного расхода, размера трубы и вязкости жидкости. Имеются также данные, которые преобразуют трубопроводную арматуру и клапаны в эквивалентную прямую длину трубы.

Типы пищевых насосов для перекачивания вязких жидкостей.

Мембранный насос.
Данный насос подойдет для перекачивания жидкостей с вязкостью до 20000 сСт. Данные насосы, при перекачивании жидкостей с большой степенью вязкости имеют низкий КПД, не подходят для жидкостей имеющих малотекучую и не текучую структуру. Могут обеспечивать производительность до 72 м3/час, давление до 8,5 бар и самовсасывание до 8 метров.

Перистальтический насос.
Перистальтический (шланговый) насос, как и насос мембранного типа, не подходит для перекачивания жидкостей с большой степенью вязкости, так как ограничения составляют от 20 000 до 70 000 сСт. Данный насос имеет ряд преимуществ по сравнению с другими насосами, такие как: максимально деликатное перекачивание жидкости, отсутствие контакта жидкости с элементами корпуса насоса, высокая степень самовсасывания на «сухую», может обеспечить давление до 15 бар и производительность до 60 м/куб, а самовсасывание до 8,5 метров.

Винтовой насос.
Насос способен перекачивать жидкости с вязкостью до 1 млн сСт, обеспечивает рабочее давление до 32 бар, и производительность до 320 м./куб. Ещё одно достоинство винтовых насосов это перекачивание жидкостей с содержанием твёрдых частиц.

Роторный насос.
Способен перекачивать жидкости с вязкостью до 1 млн сСт, обеспечивает давление до 30 бар и производительность до 160 м/куб.

При работе с вязкими жидкостями, только практический опыт эксплуатации насосов поможет определить, как будет вести себя жидкость. Полученная информация в сочетании с доступными данными о вязкости перекачиваемой жидкости (таблицы вязкости), позволит провести надлежащий анализ характеристик системы текучей среды. После того, как система обработки текучей среды была разработана и определены рабочие параметры насоса, можно выбрать соответствующий (подходящий) насос.

Специалисты ГК «АвтокомТехнолоджи» готовы подобрать для вас насосное оборудование по техническим параметрам и характеристикам перекачиваемой среды. Также мы осуществляем подбор торцевых уплотнений для насосов на основании условий их работы. Наши торцевые уплотнения являются качественными аналогами оригинальных торцевых уплотнений предустановленных в насосах, и в большинстве случаев превосходят их по срокам эксплуатации.