Pompy w chłodnictwie i klimatyzacji (3). Lepkie tłoczenie.

Straty ciśnienia spowodowane są zawirowaniami i tarciem. Każdy rurociąg i armaturę, w zależności od materiału z jakiego są wykonane i chropowatości ich powierzchni, cechuje określona wartość strat. Dane dotyczące strat ciśnienia podawane są każdorazowo przez producentów.

Uderzenie hydrauliczne Gdy rurociąg, przez który przepływa ciecz, zostanie nagle w jakimś miejscu zamknięty, to zawarta w nim ciecz może zostać zatrzymana dopiero po pewnym czasie z powodu działania siły bezwładności. W związku z powstaniem tego „ujemnego“ przyspieszenia masy cieczy dochodzi do zwiększonego oddziaływania siły na ściankę rurociągu i na element zamykający. Tego rodzaju uderzenia ciśnienia muszą być brane pod uwagę przy wymiarowaniu systemów rurociągowych (rurociągów dalekiego zasięgu, obiegów wody chłodzącej itp.), jako obciążenie maksymalne. Do tłumienia uderzeń ciśnienia montuje się tłumiki powietrzne. Szczególnie zagrożone są tu instalacje, których przewody nie są zawsze ustawione ze spadkiem, ponieważ w najwyższych punktach może występować przerwanie słupa wody (tworzenie się próżni) lub podwyższone ciśnienie przy wzajemnym spotkaniu się dwóch słupów wody. Może więc dojść do pęknięcia przewodów.

Tłoczenie cieczy lepkich Charakterystyka pompy na wykresie Q-H odnosi się, podobnie jak obliczeniowe charakterystyki instalacji w zwykłych warunkach, do tłoczonej cieczy, którą jest woda o lepkości kinematycznej: n = 1 mm2/s. W przypadku cieczy o innej lepkości i gęstości, charakterystyki pomp ulegają zmianie. Korekta danych dokonywana w przypadku tłoczenia gorącej wody może zostać pominięta w technice klimatyzacji budynków. Dopiero przy znacznej ilości dodawanych do wody domieszek, np. glikolu (od 10% udziału objętościowego), musi zostać przeprowadzona korekta. Należy przy tym pamiętać, że projektowanie instalacji pomp i związane z tym wyznaczanie danych Q, H, P do tłoczenia cieczy o większej lepkości, wymaga uwzględnienia zmiany charakterystyk pompy i instalacji.

Zmiana charakterystyki instalacji Korekta charakterystyki instalacji lub charakterystyki istniejących instalacji, obliczonych przy przepływie wody, mająca na celu dostosowanie instalacji do pracy z cieczami o innej lepkości i gęstości, musi uwzględnić zmieniające się charakterystyki przepływu. Te współczynniki korygujące nie mogą być podane przez producentów pomp. Nową charakterystykę instalacji należy wyznaczyć za pomocą odpowiedniej literatury fachowej dotyczącej przepływu lub na podstawie informacji uzyskanych od producenta armatury.

Zmiana charakterystyki pompy Podobnie jak w instalacji, także w pompie pojawiają się, na skutek zmienionych właściwości cieczy, wpływy na moment tarcia i wewnętrzne proporcje przepływu, które w sumie powodują zmianę charakterystyki pompy. Wywiera to również wpływ na pobór mocy elektrycznej przez agregat pompowy. Ponieważ nie da się przeprowadzić pojedynczych pomiarów wszystkich pomp dla wielu możliwych cieczy roboczych ze względu na koszt, zostały rozwinięte różne metody przeliczeniowe (Instytuty Hydrauliki, producenci pomp, itp.). Metody te cechują się jednak ograniczoną dokładnością i mają określone ograniczenia.

Wskazówki Podana niżej metoda jest wystarczająca do wyznaczania wydajności pomp z połączeniem gwintowym lub kołnierzowym przy zachowaniu następujących warunków podstawowych:
* Może ona być stosowana wyłącznie do jednorodnych cieczy newtonowskich. W przypadku cieczy mulastych, żelatynopodobnych, zawierających substancje włókniste oraz innych cieczy niejednorodnych powstaje zbyt duży rozrzut wyników.
* Może być ona stosowana tylko wtedy, gdy zapewniona jest całkowicie wystarczająca wartość nadwyżki ciśnienia utrzymania instalacji (NPSHA). Wartości potrzebne do obliczeń: – temperatura robocza t [°C] pompowanej cieczy. – gęstość ρ [kg/m3] cieczy przy najniższej zadanej temperaturze roboczej. – lepkość kinematyczna n [cSt lub mm 2/s] cieczy przy najniższej zadanej temperaturze roboczej. – wymagany strumień objętości cieczy Qvis [m2/h] – wymagana wysokość podnoszenia cieczy Hvis [m]

Wstępny dobór pomp Gdy znane są: wymagane natężenie przepływu i wysokość podnoszenia tłoczonej cieczy oraz jej lepkość i gęstość względna przy określonej temperaturze, to do wyznaczenia przybliżonej, równoważnej wydajności pompy przy tłoczeniu wody i oszacowania jej wydajności przy pompowaniu lepkiego medium stosowane są poniższe wzory.
Proszę zwrócić uwagę na to, że wyniki są mniej dokładne, jeżeli do obliczenia wymaganej wydajności przy tłoczeniu wody obliczenia zaczyna się od danych dotyczących podwyższonej lepkości, zamiast od wydajności znanej dla wody, chyba że chodzi o powtórzenia.
* Krok 1 Obliczenie parametru B, stosując następujące jednostki miary: Qvis [m3/h], Hvis [m] oraz Vvis w cSt za pomocą równania: B=280*[(Vvis0,5)/Qvis0,25*Hvis0,125], gdy 1,0 < 40, przejść do kroku 2, gdy B < 1,0, wstawić CH = 1,0 i CQ = 1,0 i przejść następnie do kroku 4.
* Krok 2 Obliczenie wskaźników korygujących przepływ (CQ) i wysokość podnoszenia (CH). Te dwa wskaźniki korygujące są przy danym przepływie mniej więcej jednakowe, gdy są one określone w optymalnym (pod względem energetycznym) punkcie pracy przy przepływie wody.
Równanie odniesienia QBEP-W: CQ=CH=(2,71)-0,165*(logB)3,15
* Krok 3 Obliczenie wydajności oraz wysokości podnoszenia pompy przy pompowaniu wody: QW=Qvis/CQ HW=Hvis/CH
* Krok 4 Wybór pompy do wody o obliczonej wydajności QW i wysokości podnoszenia HW.
* Krok 5 1,0 < B < 40 Cη = B(0,0547 * B0,69) ηvis = Cη * ηW Obliczenie wskaźnika korygującego współczynnika sprawności (Cη) oraz odpowiedniej wartości współczynnika sprawności pompy przy tłoczeniu cieczy lepkich (ηvis). Równanie: gdy 1,0 < B < 40, Cη = B(0.0547 x B0.69)
* Krok 6 Obliczenie przybliżonej mocy na wale pompy przy pompowaniu cieczy o zwiększonej lepkości.

Dla wydajności w m3/h, całkowitej wysokości podnoszenia w m oraz mocy na wale w kW stosuje się następujące równanie: Pvis = Qvis ·* Hvis-tot * s/367 * hvis

Wymagane wartości Lepkość tłoczonej cieczy ma dwojaki wpływ na wartość NPSHR. Wraz ze wzrostem lepkości wzrasta tarcie, co dodatkowo prowadzi do wzrostu wartości NPSHR. Jednocześnie wyższa lepkość powoduje spadek dyfuzji cząsteczek powietrza i pary w cieczy. Dzięki temu zmniejsza się intensywność tworzenia pęcherzyków powietrza, a w ten sposób powstaje zjawisko termodynamiczne, prowadzące do niewielkiego obniżenia wartości NPSHR. Wpływ lepkości na wartość NPSHR jest w zasadzie funkcją liczby Reynoldsa. Wpływ ten jednak nie może być wyrażony na podstawie pojedynczej relacji dla wszystkich różnych konstrukcji i modeli pomp. Ogólnie obowiązująca zasada to: pompy o większych wymiarach oraz równomiernych i dużych otworach dolotowych wirnika są mniej podatne na zmiany lepkości tłoczonej cieczy. Gaz rozpuszczony w cieczy oraz gaz unoszony przez tłoczoną ciecz w formie rozproszonych pęcherzyków wpływa na wartość NPSHR w inny sposób niż duże pęcherze gazu. Gdy prędkość przepływu w otworze wlotowym pompy jest dostatecznie duża, to małe ilości porywanego gazu nie są separowane i zazwyczaj nie mają żadnego lub mają bardzo mały wpływ na wartość NPSHR. Gdy jednak występuje tu większe nagromadzenie gazu, to ma ono znaczący wpływ na zdolność zasysania pompy. Wówczas charakterystyki NPSHR (całkowitej wysokości podnoszenia) zmieniają swój kształt. W wyniku tego zwiększa się strata wysokości zasysania o ok. 3%, innymi słowy wzrasta konieczna wartość NPSHR, które należy obliczyć z odpowiedniego równania.

Wspomaganie komputerowe Do przeliczania charakterystyk pomp wodnych na inne lepkości zaleca się zastosowanie programu komputerowego. Za pomocą zawartych w nim danych dokonywane są dość dokładne obliczenia. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że znane metody obliczeniowe zgodne z ISO/TR 17766 i z danymi Instytutu Hydrauliki itp. są obarczone błędem. Dokładne dane mogą zostać wyznaczone tylko w wyniku badania pomp przetłaczających rzeczywistą ciecz w konkretnych warunkach eksploatacyjnych. W tym celu konieczne jest złożenie oddzielnego zamówienia u producenta pomp.
Stanisław Sowa
Ilustracje z archiwum firmy Wilo.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf


Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij