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    选择处理粘性流体的水泵设备时需考虑的因素

     

    在选择处理粘性流体的水泵设备时,需要考虑许多因素:1.什么是粘性物质?2.泵体温度,3.吸入管道的尺寸,4.泵的端口尺寸,5.降低的泵速与流量,6.排放管道的尺寸,7.额外间隙,8.效率,9.泵的选择。

    在处理稀薄流体时,很少需要详细考虑这些因素。在遇到与粘性流体有关的应用时,往往会忽视这些因素的重要性。忽略一个或多个此类因素,可能会造成安装装置无法达到预期效果,例如会产生低流量、噪声、马达过载等。 
    1.什么是粘性物质?

    “粘性”仅仅是一个相对术语。明智的做法是首先定义粘度(一个可计量的流体特性),以便讨论某些与之相关的术语与单位,从而确定在威肯泵中所使用的术语“粘性”的含义。

    粘度是流体中相邻颗粒间运动阻力的衡量指标;或许更为简单的定义为:

    粘度是流体流动阻力的衡量指标。粘度常常表示与“粘性”相同的含义。通常这是正确的,但是并不总是正确。粘性是粘附现象的表现,是两种异性表面粘着在一起的能力,例如邦迪创可贴粘住皮肤或蛋壳。另一方面,粘度是凝聚力的衡量指标,是同性表面粘着在一起的能力,例如与自身粘合的摩擦带或Saran保鲜膜。

    粘度可以用多种单位表示,在泵的术语中最常用的单位是赛波特通用秒(SSU)与厘泊(Cp)。在流体的粘度等于或大于#2燃油的情况下,SSU是威肯泵的专用单位。厘泊用于粘度较小的流体,例如丁烷、丙烷与氨。在特殊应用条件下,威肯泵的粘性流体具有750 SSU或以上的粘度读数。

    工程设计章节510威肯通用产品目录的510.6页上显示了各种粘度单位的换算系数与换算图表。在510.9页以及520章节的流体列表中,显示了大量常见流体的粘度。

    威肯冶金实验室配备了下列类型的粘度计,可以精确地确定提交测试的流体样品的粘度:布氏粘度、赛波特通用粘度、赛波特-傅洛粘度与蔡恩粘度。若需执行精确的粘度测试,则至少需要提供一品脱的流体。若需要对流体进行精确测试时,请务必提交至少一夸脱清晰地贴有包括识别名称、公司参考以及所需测试类型标签的样品。请索取表格#876。

    在处理粘度处于“粘性”范围的流体时,会遇到下列术语:牛顿、触变性、膨胀性、层流。让我们来确定这些术语的含义。

    牛顿:牛顿流体是在指定温度下,无论剪切速率如何,都具有恒定粘度的流体。大多数纯净流体与大多数油料都是牛顿流体。在标准ASTM粘度图表上绘制粘度与温度关系图时,牛顿流体具有直线关系。章节510的510.21页上的粘度图表显示了标准牛顿型流体的曲线类型。

    触变性:触变性流体是随着剪切速率增大,粘度降低的流体。值得关注的强触变性趋势的流体相对较少,但这的确提出了特殊的问题。标准的触变性流体为各种乳化液、某些类型的工业“橡胶粘合剂”与蕃茄沙司。蕃茄沙司的触变性特性造成它难以开始流动,但是一旦开始流动,却又难以停止;欢灾,它移动得越快,就会变得越稀薄。在讨论其他因素的过程中,将回顾与处理触变性流体相关的问题。请参见第11页。

    膨胀性:膨胀性流体是粘度随着剪切速率增加而增加的一种流体。在选择泵时,很少会出现膨胀性问题,但一旦出现流体膨胀性,流体即可能在泵的内部变得极为粘稠,因此会出现难题。淀粉与粘土会表现出一定程度的膨胀性特性。

    层流:目前已对流体颗粒通过各种管道系统时的流动模式进行了大量研究。已确认的两大明显的流动模式为:(1)紊流与(2)层流。当稀薄流体以相当快的速度流过系统时,一般会出现紊流。流体颗粒的流动模式是完全随机且不可预测的,请参见图1。粘性流体很少会遇到紊流现象当稀薄流体以极慢的速度移动或几乎所有的粘性物质都在移动时,会出现层流。流体颗粒的流动模式是一直线,请参见图2。在管道的直径方向上,颗粒的流动速度不同,沿着管壁流动的颗粒的移动速度极慢,而处于管道中心的颗粒移动较为迅速。这可能会造成通过管道移动的流体出现一系列的中心环,请参见图3。

    实际上,所有的粘性流体压降与管路损失计算都涉及层流图,请参见工程设计章节510.13页的图10。

    2.泵送温度:
    在不指定流体处理温度的情况下讨论涉及粘性流体的应用,就像是看医生时,告诉医生你发烧了;虽然医生知道你生病了,但是他无法了解严重程度,除非你告诉他你的体温。
    几乎在所有情况下,流体的粘度都与温度的变化趋势相反。随着温度的升高,粘度会下降――反之亦然。

    不幸的是,粘度与温度并不按照1比1的比例关系变化;温度变化1°,粘度变化将大于1 SSU。各种流体粘度的变化量随着温度的变化有所不同。某些流体的粘度变化可能会在5℉时达到20%至30%。温度变化对粘度影响的最显著的示例之一就是  当发动机冷却时,汽车中的机油粘度增加。在冬天的低温气候中,应使用较轻或粘度较低的马达油,这样在启动时粘度的变化不会太明显。

    图4是ASTM粘度图表的一小部分。这些图表的垂直(对数)刻度表示粘度(单位:SSU),而水平(线性)刻度表示温度(单位:℉)。在粘度图表上的曲线是#20润滑油、甘油、76°白利度糖液与糖蜜的标准曲线。不同的斜率表示各种流体的粘度随着温度的变化而具有不同的变化率。在80℉时,糖蜜的粘度为20,000 SSU,请参见图4。

    提高大多数流体的温度,从而使流体的粘度低于或处于粘性流体范围下限部分。如果升高温度造  成的问题比高粘度物质更易输送流体,则可以采取此做法。

    可以使用许多种方式提高流体容器的温度,达到更易于处理流体(即降低粘度)的温度点。蒸汽盘管是用于转移热量的最古老的形式之一,目前仍在广泛运用,但其受到系统可以承受的最大蒸汽压力的限制,最大温度一般为300-400℉。

    近年来,越来越多地应用换热流体(而不是蒸汽)作为热转换介质的换热装置。由于这些装置可以在处于或接近大气压力的情况下使温度升高几百度,因此很快地被接受了。在某些应用中,通常是在涉及少量流体的应用,使用电阻型浸入式加热器取得了令人满意的效果。
    热源在容器或的位置尤为重要。

    热源在容箱中应当尽可能处于较低的位置,这样通过自然循环最终可以提高整个流体容箱的温度,达到所需的水平。

    由于提高某些粘性流体温度的优势十分明显,因此泵本身有必要具有承受热量的能力。
    两点原因如下:
    关闭时,如果允许泵中的流体冷却至环境温度*,则它会自然地变得更具粘性,这就需要进行预热。启动时,这一高粘性的物质将造成皮带滑动、马达断路器跳闸,还可能造成泵零件破裂。为了允许预热,威肯提供三种经过专门设计、具有夹套零件的泵系列。

    *环境指所有四周环绕物;因此,环境温度就是泵的四周环绕温度。一般情况下,环境温度等同于室温。 

     这些系列为配备夹套泵头、泵体与转子轴承座套的34系列标准型泵;配备夹套泵头与支架的225与4225系列;以及配备夹套泵头与泵体的724与4724系列重型合金泵。这些夹套泵设计与蒸汽或高温油一起使用。在威肯通用产品目录的夹套重型与合金泵章节中,给出了对夹套中流体的温度与压力限制?梢允褂玫绨槿然蛘羝苈凡普庑┍。某些设备采用加热灯,将它悬挂在泵的上方,获得一定的优势。

    其次,在泵预热后,系统在一定温度下运行,泵继续保持供热状态,以便降低流体到泵的热损耗。具有各种金属暴露表面的泵可以通过传导、对流与辐射散发大量的热量。这将在使用少量流体的系统或再循环系统中造成特别棘手的难题。在许多情况下,将泵本身保温,以便降低热损耗。请参考章节520.21“熔融硫磺”产品目录流体列表。

    在停止运行期间,系统管道中流体的粘度会增大。通过采用小型蒸汽管路保温管道*,或使用电热带包裹管路,可以解决这一问题。在热损耗较为严重的情况下,建议对管道系统进行绝缘。

    *采用蒸汽保温管道系统,一般是指在管道系统上连接一条小型蒸汽管路,旨在利用蒸汽管路的热量提高系统管道中的温度。通常情况下,将系统管道与系统保温管路封闭在常用保温夹套中。 

     为了避免在加热泵或管道达到所需温度时产生问题,避免管道段之间出现污染,或清除可能在系统中堆积或硬化的流体,可以配备某些设备,以便使用蒸汽、高温水或溶液通过管路进行冲洗,清除粘性物质。在选用足量适当清洗液的某些情况下,可以采用本规程。在长期连续冲洗时,特别是在使用蒸汽进行冲洗时,应当适当在泵周围设置一条旁路,以避免出现以下问题:
    (1)防止冲蚀与磨损问题――使用外部压力润滑;
    (2)如果采用蒸汽清洗系统,特别是在通过排放管路进行清洗的情况下,这可能会造成泵反向作用。如果出现这种情况,泵将作为涡轮工作,导致驱动设备超速,从而会损坏设备和马达。如果泵未设置旁通,则应需要采取准备措施,以便在泵作为涡轮工作和加速驱动设备的情况下,实现“超速关闭”。

    请参考TSM-000版本C第8页的操作注#7。

    在高于300℉时处理粘性流体,有必要基于流体能承受热量的能力来考虑物质结构。工程设计章节510的510.19与510.20页提供了一些关于在高温下使用的材料的一般建议。

    在大多数行业中,最常用的温度指标单位为华氏度。威肯专门使用华氏温标。大多数的化工厂使用摄氏度。从摄氏到华氏的转换方法为:摄氏9/5度+32=华氏度。其中的差异十分重要,特别是在处理粘性流体的情况下。摄氏70度的温度为华氏158度。在考虑其他因素前,务必采用华氏度表示应用的温度。
     
     
    3.抽吸管道:
    有一种古老的说法是“如果你无法把流体送入泵,就无法抽吸流体”。对于所有流体而言这个说法是真理,而对于粘性流体则更是如此。若要了解选择适当抽吸管道口径的相关问题,有必要知道促使流体通过管道流动的原因,还应知道阻止流动的原因。

    考虑在需要传输粘性流体的应用中使用泵时,至少有三种可能适用的压力源可以使流体从容箱或源头通过抽吸管道流动到泵的抽吸端口。

    这些压力源是:流体表面的大气压力、泵抽吸端口上方的流体抽吸压头以及某些对流体施加压力的机械方式。在流体移动到泵的抽吸端口前,所有设备都必须至少有其中一种压力源。大多数设备都具有两种压力源――大气压力与吸入口压头。

    (A)大气压力――暴露流体表面上的大气压力大约为14.7磅/平方英寸;指定安装中的具体数值取决于其海拔。14.7磅/平方英寸的压力中有多少可以用于将流体移动至抽吸端口取决于泵的真空量。如果泵能够形成理想的真空,则14.7磅/平方英寸压力全部可供使用。请参见图5,获取不同压力与真空度的比较。
    (B)抽吸压头――在可能的情况下,在处理粘性物质的设备中,都应在泵中心线上方几英尺处安装正向吸入口压头。请参见图6,在具有吸入口压头的情况下,可以向流体施加压力,使其流入泵的压力大小是流体的比重与压头(单位:英尺)的函数。  泵、驱动装置与马达,并造成损害。

    限制完整利用由上述压力源提供的压力的因素是:泵的真空量不理想、抽吸高度、供给箱中的流体水平低于泵的中心线以及管道摩擦损耗。

    (a)泵的真空量--在多种可选用的泵中,容积式泵由于具有紧动公差,是可以形成真空的最佳选择之一。容积式泵形成真空的能力取决于几个因素。它可以通过增加粘度得到提高――达到一定极限――并受到额外间隙作用而减小。
    为了获得良好的泵性能,一般建议在泵抽吸端口的真空不得超过15英寸汞柱。选择该数值时,应考虑上述因素,并确保令客户满意的性能。威肯泵通?梢孕纬纱蟠蟪15英寸汞柱的真空;随着真空的增加,最终将达到容积效率受到不利影响的点。保持正常容积效率时的最大真空实质上是表示必要净值正向抽吸压头NPSHR的一种方式。如需关于NPSH的更多信息,请参考AD-6与AD-19。

    如果为了确保良好的泵性能而采用上述参考的15英寸汞柱作为实际最大真空,则从大气压力中仅可使用7.4磅/平方英寸(15英寸汞柱)来施加压力迫使流体流入泵。
    (b)抽吸高度――如果将泵安装在流体的上方,则泵实际上必须将流体“提升”到抽吸端口,请参见图7。 为了确定压力(单位:磅/平方英寸),可以用比重乘以压头(单位:英尺),再乘以0.433。例如,如果有一段10英尺的垂直剖面管道中充满了比重值为1.42的糖蜜,则对管道底部所施加的压力应为1.42乘以10,再乘以0.433,结果为6.15磅/平方英寸。
    (C)施加压力的机械方式――在某些应用中,通过施加压力迫使流体流过抽吸管道的麻花钻、螺杆输送机、磨床、混合器或搅拌机。在复杂应用中,空气压力会被输入到封闭容器中的流体顶部,迫使流体流过抽吸管道。清空容箱后,立即关闭空气压力。单独的空气会加速 
    泵中可供使用的7.4磅/平方英寸(15英寸汞柱)部分用于将流体实际提升到抽吸端口。这将减少用于克服管道中损失的压力量。因此,需要将泵安装在流体源头的下方(参见图6),从而流体移动到泵中的部分压力将不会实际提升流体。

    (c)管道摩擦――在处理稀薄流体时,抽吸管道中的管道摩擦损失较低,通常不会产生难题。但这并不适用于处理粘性流体的设备。在这种情况下,由于缺乏适当的考虑,管道摩擦损失通常导致不令人满意的安装情况。流体在流经管道时,压力会随着流体流动而下降。流体越具粘性,通过相同直径与长度的管道时产生的压降就越大。图8显示了在威肯通用产品目录510节中所包含的“管道摩擦造成的压力损失”表格的一部分。

    对于25加仑/分钟的20,000 S.S.U.流体在流过2 1/2英寸管道时,图8显示了每英尺管道0.80磅/平方英寸的压降。从图8中所获取的压力损失数值务必要乘以所抽吸流体的比重值。 

     25加仑/分钟的40,000 S.S.U.流体流过2 1/2英寸管道时产生的压降为每英尺管道1.6磅/
    平方英寸。对于粘度为20,000 S.S.U.的物质,压降为每英尺管道0.80磅/平方英寸。因此,如果粘度加倍,则相同流量的流体在通过相同尺寸的管道时产生的压降也加倍。

    在图8上查看50加仑/分的压降数值时,20,000 S.S.U.流体在通过2 1/2英寸直径管道时产生的压降为1.6磅/平方英寸。这是25加仑/分的20,000 S.S.U.流体在通过相同的2 1/2英寸管道时产生的0.80磅/平方英寸压力损失的两倍。因此,如果流量加倍,则相同粘度流体在通过相同直径的管道时产生的压降也加倍。

    相同流量与粘度的流体通过不同尺寸的管道时的压降研究表明,管道尺寸增大时,损失明显降低。两种管道尺寸之间的压降按照直径的四次方的比值成反比变化。例如,2 1/2英寸的四次方与4英寸的四次方的比值为39比256。该比值乘以25加仑20,000 S.S.U.流体通过2 1/2英寸管道时的压降(0.80磅/平方英寸),等于0.12磅/平方英寸,这约等于0.11磅/平方英寸,即如图8中图表所示的25加仑/分钟的20,000 S.S.U.流体通过4英寸管道时的压降。 

     由此可知,改变管道尺寸对于压力损失具有极为重要的影响。如需降低指定设备的压力损失,与尝试降低粘度或流量相比较,增大管道尺寸一般较为简便,成本也较低。

    为了确定管路中的压降而计算管道长度时,在威肯中的正常做法是在存在层流的情况下,一英尺管道应包含管道配件与闸门阀,而不是采用在处理紊流时所使用的“等效”长度,这种处理方法能取得了相当好的效果。

    为了说明在确定抽吸管道尺寸时有关的计算,可以假设一个位于泵抽吸端口上方10英尺和水平距离为20英尺的糖蜜供给箱。从这个供给箱中,糖蜜(比重值1.42)在80℉时以25加仑/分钟的速率进行抽送。计算用于向泵中输送糖蜜的压力时,泵的真空量为7.4磅/平方英寸(15英寸汞柱),加上10英尺糖蜜或等效为6.15磅/平方英寸的抽吸压头。

    这可以确定可供使用的总压力为13.55磅/平方英寸。30英尺的管道包括了一个弯管和一个阀门的余量。为了确定抽吸管道的正确尺寸, 
     
     用管道的总长度(30英尺)除以流体输入泵的压力(13.55磅/平方英寸)。计算得到的每英尺管道允许压降为0.45磅/平方英寸。根据图8,2 1/2英寸管道的压降为每英尺管道0.80磅/平方英寸乘以比重值1.42,即压降为每英尺管道1.14磅/平方英寸,这大大超出了允许值0.45磅/平方英寸。下一个较大的管道尺寸(3英寸)的压降为每英尺管道0.35磅/平方英寸乘以1.42,即压降为0.50磅/平方英寸,这仍然高于适用的0.45磅/平方英寸。

    因此,建议该设备采用的抽吸管道尺寸为4英寸。3英寸管道可能可以使用,但4英寸管道将使设备的性能与磨损期限标准点更加令人满意,此外,也允许在不出现故障的情况下增加一定的粘度。 
     
    较大的端口不仅可以免除在泵上使用渐缩管配件的需求和避免对端口造成限制,而且在流体进入泵后,可以提供更平稳的流动,并可在泵的内部更好地填充齿隙。当抽吸管道尺寸最终仅比标准泵体法兰尺寸大一号时,连接大一号的配对法兰,以便可以连接抽吸管道。这将允许在无需安装渐缩管配件的情况下,采用较大的抽吸管道与带法兰的标准泵体。

    对于易在节流口堆积的流体,例如冷脂,首选在大尺寸的端口套管配对法兰上采用大端口泵体。 
     
      4.端口尺寸:
    对于涉及稀薄流体的应用,建议采用与泵的端口尺寸相同的抽吸管道尺寸。在处理粘性流体时,情况则的确有些相反。在许多情况下,抽吸条件将要求管道尺寸大于泵的端口尺寸。正确的做法是增大泵的端口尺寸,使其等于抽吸管道的尺寸,或至少尽可能接近其尺寸。

    对于重型泵,威肯具有许多带有法兰端口的泵体可供选用,其端口大于产品目录型号中的标准尺寸。在通用产品目录P600.3页上列出了这些泵体。在通常情况下,可以增大特殊泵体两个端口的尺寸,所以不会对泵体的使用产生限制,只需注意泵的旋转方向或抽吸端口的位置。
     
     图10显示了一种采用超大尺寸端口的泵。将加压漏斗安装在抽吸端口的顶部。泵送物质与众不同的性质要求采用这种特殊而又成功的布置。
     
    图9显示了采用14英寸抽吸端口与4英寸排放端口的“N”泵(在350转/分钟时额定600加仑/分钟)。这种与众不同而又极为成功的布置,显示了在某些情况下为了使得流体能够正确进入泵所必需的改造。在这种特殊的泵上,压头也经过特殊设计,可以利用增大的抽吸端口直径的优势,并可允许齿部可以承受更多的端部负载。
     
     
    5.降低的泵速与流量:

     

    在流体进入泵后,在流体中存在流动阻力,就像流体流过抽吸管道时的阻力一样。随着在流体中阻止流动的内部阻力变大(由于粘度增大),流体流动越来越慢。鉴于此,即使泵齿轮的分离形成接近理想的真空,在高于所形成的泵速的情况下,指定流体的流动速度也无法填充转子与空转轮齿之间的气孔。如果轮齿之间的气孔未被完全填充,则容积效率(所输出流量与在轮齿气孔充满的情况下可以输出的流量的比值)将开始下降。这还会使泵出现噪声,导致泵过分磨损。

    大量实验室测试所收集的数据,提供了关于容积效率迅速下降时关于速度的确切信息。通过这些测试,绘制了如图11中所示的曲线。该曲线显示了额定工作速度百分比与粘度(单位:S.S.U.)的关系。由于额定值下的不同圆周速度、不同端口布置、不同轮齿长度等所产生的泵尺寸与型号之间的差异,自然导致各种泵在一定程度上会偏离直线型曲线。然而,对于一般用途,曲线仍是极好的指南。

    威肯泵采用了容积式设计,所输出的流量与速度之间接近正比关系。由于在处理粘性流体时,为了保持容积效率需要降低速度,因此,指定的泵的流量将低于额定值。从而在处理粘性流体时,需要使用的泵将大于处理稀薄流体时通常所采用的泵。通用产品目录的工程设计章节510提供了泵尺寸选择图,
     

    即图9,它显示了对于各种流量与粘度所采用的正确的泵尺寸。下列的图12显示了类似框图的一部分。对于在标准应用中所泵送的25加仑/分钟的30,000 S.S.U.糖蜜,指示采用“K”尺寸的泵(请参见虚线的交点)。请注意,虚线的交点处于表示泵应采用“加硬结构”的框图部分中。与“标准结构”泵的铸铁转子相比较,“加硬结构”泵采用了钢制转子。钢制转子降低了转子轮齿断裂的可能性,在采用铁制转子处理粘性流体时,有时候会出现这种情况。
     

    6.排放管道:
    泵本身是形成迫使流体进入排放管道的压力源。对于不同泵型号可以形成并仍可提供可接受的使用寿命的压力,存在一定的限制条件。鉴于某些原因,首选采用指定的泵型,例如(1)立即可供使用;(2)类似于在工厂的其他地方已经投入使用的泵;或(3)类似泵型在类似应用中具有良好的经验等,这就将自动确定可供使用的压力量。 
     
     
     如果某种管道尺寸已经可供选用或空间非常宝贵,则可以根据环境确定排放管道的尺寸,并选择可以形成系统所需压力的泵。

    决定泵必须形成的压力的主要因素是:(1)高程与(2)管道摩擦损失。形成流速水头需要压力,但是在层流或粘性流体中的流速较低,这一压力要求非常小,一般无需考虑。

    1.高程――在此处所使用的高程是指它在一般情况下所指代的意义――高度的变化。虽然并非始终如此,但在通常情况下,输出流体所在位置的排放管道端部位于泵的排放端口的上方。高度变化采用英尺为单位来表示。以英尺表示的数值乘以泵送流体的比重值,得到等效英尺水柱。英尺水柱乘以换算系数0.433得到以磅/平方英寸为单位表示的高程水头。

    它通常被称为“静态排放压头”。即使在没有流体流动在泵上也存在这一压力,因此其被视为静态的。有些应用的排放点低于泵端口的水平位置。例如,自身无法大量进行流动或卸载的粘性物质的传输或卸载,或者需要进行流量计量的设备。在这种类型的应用中,高程或静态压头应减去泵为了克服摩擦而形成的压力。

    2.管道摩擦――在因素3的抽吸管道中,对管道摩擦损失进行了相当详细的讨论。在确定排放管道的管道摩擦时,无论管道是否水平或垂直(包括向上与向下的垂直管道段),都应确定管路的全长。由于管道摩擦损失完全取决于管道的长度、管道的尺寸、流量与粘度,因此它独立于管道的布置。对于层流而言,其通过配件时的损失较少,因此在确定管道长度数值时,通常忽略配件。威肯过去的做法是针对每个配件或闸门阀增加一英尺管道。如果设备所配备的弯管、球形阀等数量过多,则必须考虑通过配件时产生的损失;但对于 一般设备,每个管接头或阀门增加一英尺管道的做法效果相当好。

    为了说明在确定正确的排放管道尺寸时的相关计算,可以考虑采用涉及泵送25加仑/分钟的20,000 S.S.U.糖蜜(比重值为1.42)的标准应用。假设将泵安装在地下室,而排放管道的开口端位于三楼。泵排放端口的高程为100.0英尺;排放管道端部的高程为150.0英尺。高程的差值为50英尺。垂直的50英尺距离提供的静态压头为:50×1.42(比重值)×0.433,即为31磅/平方英寸。这是在不考虑流速的情况下,泵必须形成的压力。

    排放管道(参见图13安装草图)包括上述的50英尺垂直部分以及45英尺的水平管道段。
    确定管道摩擦损失时需要考虑的管道长度为50英尺的垂直长度、45英尺的水平长度以及三个弯管与两个阀门各加一英尺的长度,总和为100英尺。

    对于2 1/2 英寸管道,25加仑/分钟的20,000 S.S.U.流体(比重值为1.0)的每英尺管 道的管道摩擦损失为.80磅/平方英寸,对于3英寸管道为.35磅/平方英寸,而对于4英寸管道为.11磅/平方英寸。在考虑比重值为1.42时,这些损失的数值为:2 1/2英寸管道为每英尺管道1.14磅/平方英寸;3英寸管道为每英尺管道.50磅/平方英寸;4英寸管道为每英尺管道.16磅/平方英寸。

    泵的总压力包括静态压头(31磅/平方英寸)与管道摩擦损失。采用2 1/2英寸排放管道的泵压力为145磅/平方英寸,采用3英寸管道时为81磅/平方英寸,而采用4英寸管道时为49磅/平方英寸。图14以图表形式显示了如何确定这些数值。

    这些数字表明,如果泵的压力限制为100磅/平方英寸,则至少需要采用3英寸的排放管道。这些数字还显示了因某些原因而预先确定泵尺寸的情况下,泵应当形成的压力。
    除了考虑泵压力的限制以外,在选择排放管道时通;箍悸堑鼻翱晒┭≡竦墓艿。 
     
     
    在处理通过加热而降低粘性的流体时,泵停止时管路应冷却到室温。这将增加残留在管路中流体的粘度。粘度可能会增加到泵无法重新启动输送流体的程度。如果系统配备了压力溢流阀,则在管路中启动流动前,泵可能会形成足以打开阀门的压力。冷却在管路中的流体问题可以通过几种方式克服:在操作循环结束时冲洗管路;加热管路,调节管路的温度;使系统连续工作;倾斜管路,进行排放。

    在泵的排放侧的流体垂直压头处于可测量高度的情况下,在关闭过程中,可能会产生流体渗出泵或使流体倒流。如果抽吸管路保持打开状态,而且流体的出口处于非预料位置,这将造成麻烦与困境。通过在系统中接近泵的位置安装截流阀或单向阀,可以免除这种情况。
    几乎所有的重型威肯泵在抽吸与排放端口中都配备了压力表孔。建议在这些开口中安装压力表,以便可以注意正常的工作状态,并对反常的工作状态进行检查和纠正,或至少进行说明。

    在选择处理粘性流体的泵送装置的位置时,务必牢记:通过排放管道“推动”流体比通过抽吸管道“拉动”流体更加简便。
     
    在图14中,管道尺寸的增加明显地降低泵必须形成的压力。泵所需要的马力是所形成压力的函数。电动马达输出的功率表明所使用电力。因此,排放压力与泵送装置工作成本具有直接的联系。与材料和设备的额外投资相比较,由于采用较大的管道可以节约工作成本,通常将采用指定的管道尺寸。

    泵的磨损率或使用寿命也是排放压力的函数。由于采用不同排放管道尺寸而在不同压力下工作的两个系统之间进行维护与生产损失的成本比较时,也常常指定排放管道尺寸的选择。
    除上述方面以外,还需提及与排放管道相关的其他因素。

    在排放管路中采用截流阀的情况下,应当采取一些措施来;け。如果切断排放管路,则容积式泵将立即累积压力。这些压力必须通过在泵上或在管路中的溢流阀,或通过关闭电源或切断泵的驱动装置的使装置进行卸载;。
     
     
    采用溢流阀或自动关闭装置的方式,不存在损坏泵或驱动设备的危险。 泵两侧的管道应当得到良好的支撑。由于排放管道一般都比抽吸管道长,而且在某些情况下不能进行排泄,因此对排放管道进行良好的支撑具有双重重要性。支架的定位应避免泵体受到应力。确保避免通过排放管道将应力传递到泵体的最佳方式之一是在排放端口上安装软性连接或安装一段软管。支架应当进行充分支撑,不仅支撑管道本身,还应支撑管道中的流体。图15显示了采用软连接与良好支撑的设备。
     
     
    7.额外的间隙:
    威肯泵于1911年开发并投入市场后不久,在处理工作间隙大于相对运动零件之间正常间隙的某些类型的应用时,它的优点就变得显而易见。它在泵内部的磨损更少。处理粘性流体时对马力要求也降低了。

    处理粘性流体的泵所需要的功率中,有相当一部分被用于剪切相对运动的表面之间的薄膜。由于某些原因,如果这些表面之间的工作间隙越大,则剪切流体薄膜所需要的功率量就越小。对于高粘性的流体,额外的间隙有助于实现泵的平稳运行。此外,额外的间隙可以在不造成明显损伤的情况下,允许少量的细小固体通过泵。

    为了建立和促进温度与粘度所要求的额外间隙的一致性,威肯泵公司开发了内部齿轮泵的额外间隙标准,并将其增加到基本尺寸中。

    考虑额外间隙时,应当考虑五种不同的表面。这些表面是:(1)转子的外径(O.D.)与(2)转子的内径(I.D.);(3)惰轮的外径;(4)衬套的内径(惰轮与泵体、转子轴承座套或托架)以及(5)零件端部之间。请参见图16与17。
    在转子外径上的额外间隙将增大泵体内径与转子外径之间的工作间隙;转子内径上的额外间隙将增大月牙体外径与转子内径之间的间隙;惰轮外径上的额外间隙将增大月牙体内径与惰轮外径之间的间隙;衬套内径上的额外间隙将增大惰轮销或惰轮轴与衬套内径之间的工作间隙;
     
     由于额外间隙的优点是降低马力,但又并未在实质上影响流量,因此此时的额外间隙被认为是适合该粘度的最优值。

    性能测试连续进行,确定了从750 S.S.U.至2,000,000 S.S.U.粘度范围上的最优额外间隙。为了充分利用这些数据,并仍保持它能实践应用于实际的泵零件,确定了八组间隙,以便覆盖完整范围的泵尺寸与粘度。在将转子外径上的额外间隙作为基础的情况下,八组间隙的范围为从.000英寸(最小值)至.040英寸(最大值)。

    对于处理25加仑/分钟的30,000 S.S.U.糖蜜的K尺寸的泵,额外间隙将为:转子外径为.010;转子内径为.015;惰轮外径为.008;惰轮衬套内径为.004;托架衬套内径为.002;额外端部间隙为.010。

    在处理触变性流体时(请参见第1个因素中的触变性部分),由于流体在泵的封闭配合零件之间受力时会出现“变稀薄”的趋势,因此规定通常采用比表观粘度较小的间隙。

    额外间隙主要用于处理粘性流体的应用,此外,也证明可有效用于合金泵,以降低高合金金属的磨损趋势,同时,还证明可有效用于高温下使用的泵,以便补偿泵零件膨胀率的差值。

    额外端部间隙增大了转子齿部与顶盖之间、惰轮表面与顶盖之间、惰轮表面与转子表面之间以及月牙体端部与转子表面之间的工作间隙。因此,在以上所列举的五种表面上所增加的额外间隙,可以在所有相对运动的零件之间增加工作间隙。

    为了确定在指定粘度下所采用的额外间隙的实际数值,在使除额外间隙以外的所有因素保持不变的情况下,进行了一系列的性能测试。在所有具有上述关系的五种表面上,按照小增量增加额外间隙,直到容积效率出现明显下降。
     
     
     
     
    8.效率:
    在处理粘性流体时,一般情况下,将威肯泵减速,达到其形成90%或以上容积效率的速度。这在因素5降低的泵速与流量中进行论述。本段的讨论限于机械效率――液压马力与制动马力的比值――(磅/平方英寸×加仑/分钟)/1715(驱动泵的马力)。

    在因素7额外的间隙中,已经论述了剪切流体薄膜所需的功率。该功率对于指定应用实际保持不变,与泵的排放压力无关。与在流体中形成压力所需要的功率相比较,剪切流体薄膜所需要的功率较大,因此,在排放压力较低的情况下,泵的效率相对较低。随着排放压力的增加,机械效率上升。请参见图18。

    由于随着流体粘度的增加,用于剪切流体薄膜的功率也增加,可以容易发现,在指定条件下,随着粘度增加,泵的效率降低。
    图18显示了在不同压力下,机械效率(单位:百分比)与粘度(单位:S.S.U.)的关系曲线。曲线明确表明了效率如何随着压力增加而提高,以及效率如何随着粘度增加而下降。根据图18,请注意,在标准应用(在80磅/平方英寸下的20,000 S.S.U.流体)中所采用的“KK”泵的效率约为34%。图18中的曲线极为普遍。更好、更精确地确定效率与马力的方式是采用通用产品目录中的泵性能曲线。(实际的研发测试结果)。
     


    9.泵的选择:
    威肯的通用产品目录510节(工程数据章节)包括了标题为“简单10步正确选择威肯泵”的部分。在选择威肯泵时,必须遵照这些步骤。在AD-3中所讨论的大部分因素都是“简单10步”中各个要点的详细说明,并特别注意粘性流体的应用。

    除了“简单10步”与AD-3中所讨论的因素以外,为了确保粘性流体的应用,应尽可能地选择最适合的泵,还应当注意考虑许多其他因素。这些考虑因素应当包括:( 1)操作周期。泵是否连续运行,每天8小时运行或根据偶尔的输送任务而运行?(2)系统压力。 系统是否处于高真空或压力下?(3)溢流阀的类型。内部、回流到供给箱或在管线中?(4)轴封。填料、机械密封或其他。(5)流体的性质。磨蚀性、污浊、无法承受污染、应缓慢移动等。(6)端口的位置与类型。水平、垂直、抽头、带法兰或其他。(7)驱动装置。电动马达、汽油发动机或其他。

    通用产品目录章节510的最后两页为应用数据表。结合“简单10步”查看的完整的应用数据表、AD-3中的论述与个人经验将有助于威肯员工为粘性流体的应用选择良好的泵。 
     
     
     

     
     

     

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