Zalo QR
Zalo QR
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 9731:2013
BƠM LY TÂM VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG NHỚT - HIỆU CHỈNH TÍNH NĂNG
Centrifugal pumps handling viscous liquids - Performance corrections
Lời nói đầu
TCVN 9731:2013 được biên soạn trên cơ sở ISO/TR 17766:2005.
TCVN 9731:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 131 Hệ thống truyền dẫn chất lỏng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
BƠM LY TÂM VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG NHỚT - HIỆU CHỈNH TÍNH NĂNG
Centrifugal pumps handling viscous liquids - Performance correction
1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định các hiệu chỉnh tính năng cho bơm ly tâm và bơm trục đứng thiết kế thông thường, ở chế độ vận hành bình thường, có các bánh công tác hở hoặc kín, một hoặc hai cửa hút, dùng để bơm chất lỏng Newton.
2. Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt
Danh mục các ký hiệu và định nghĩa sử dụng trong tiêu chuẩn này được đưa ra dưới đây 1).
|
A |
= Biến số hình học của cửa hút được sử dụng trong tính toán để hiệu chỉnh cột áp hút thực được yêu cầu ở ống hút. |
|
B |
= Thông số được sử dụng trong quy trình hiệu chỉnh độ nhớt; Thông số B được sử dụng như là số Reynolds của bơm đã tiêu chuẩn hóa và để hiệu chỉnh độ chính xác tốc độ đặc trưng của bơm. |
|
BEP |
= Điểm có hiệu suất tốt nhất (xác định bởi lưu lượng và cột áp mà tại đó hiệu suất bơm là lớn nhất ở một tốc độ cho trước). |
|
Ch |
= Hệ số hiệu chỉnh hiệu suất. |
|
Ch-RR |
= Hệ số hiệu chỉnh hiệu suất do ảnh hưởng của ma sát giữa bánh công tác và thân. |
|
CH |
= Hệ số hiệu chỉnh cột áp. |
|
CBEP-H |
= Hệ số hiệu chỉnh cột áp ứng với lưu lượng tại đó hiệu suất bơm lớn nhất đối với nước. |
|
CNPSH |
= Hệ số hiệu chỉnh cột áp hút thực. |
|
CQ |
= Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng. |
|
d2 |
= Đường kính ngoài của bánh công tác, tính bằng mét (ft). |
|
g |
= Gia tốc trọng trường, tính bằng m/s2 (ft/s2). |
|
H |
= Cột áp trên từng tầng cánh, tính bằng mét (ft). |
|
HBEP-vis |
= Cột áp nhớt, tính bằng mét (ft): cột áp trên từng tầng cánh tại lưu lượng mà hiệu suất của bơm là lớn nhất khi bơm chất lỏng nhớt. |
|
HBEP-W |
= Cột áp nước, tính bằng mét (ft): cột áp trên từng tầng cánh tại lưu lượng mà hiệu suất của bơm là lớn nhất khi bơm nước. |
|
HL |
= Tổn thất thủy lực, tính bằng mét (ft). |
|
Hth |
= Cột áp lý thuyết (khi không có tổn thất lưu lượng), tính bằng mét (ft). |
|
Hvis |
= Cột áp nhớt, tính bằng mét (ft); cột áp trên từng tầng cánh khi bơm chất lỏng nhớt. |
|
Hvis-tot |
= Cột áp nhớt, tính bằng mét (ft); tổng cột áp của bơm khi bơm chất lỏng nhớt. |
|
HW |
= Cột áp nước, tính bằng mét (ft): cột áp trên từng tầng cánh khi bơm nước. |
|
N |
= Số vòng quay của trục bơm, r/min |
|
NS |
= Số vòng quay đặc trưng. |
|
|
Đơn vị |
|
ns |
= Số vòng quay đặc trưng. |
|
|
Đơn vị |
|
|
= Số vòng quay đặc trưng của một bánh công tác được định nghĩa là số vòng quay trên phút mà tại đó một bánh công tác có kích thước hình học tương tự đẩy được một mét khối chất lỏng trên giây (m3/s) với cột áp một mét (đơn vị Mét) hoặc 1 gallon Mỹ trên phút với cột áp 1 foot (Đơn vị USCS). Phải sử dụng những hệ đơn vị đo lường này để xác định số vòng quay đặc trưng. CHÚ THÍCH: Trong định nghĩa này, sử dụng khái niệm lưu lượng của bơm, không phải là lưu lượng ở rãnh vào bánh công tác. |
|
NPSHA |
= Cột áp hút thực, tính bằng mét (ft) cung cấp cho bơm. |
|
NPSHR |
= Cột áp hút thực, tính bằng mét (ft) cần thiết của bơm với tổn thất cột áp tiêu chuẩn 3 %. |
|
NPSHRBEP-W |
= Cột áp hút thực, tính bằng mét (ft) đối với nước tại lưu lượng đạt hiệu suất lớn nhất với tổn thất cột áp tiêu chuẩn 3 %. |
|
NPSHRvis |
= Cột áp hút thực, tính bằng mét (ft) đối với chất lỏng nhớt. |
|
NPSHRW |
= Cột áp hút thực, tính bằng mét (ft) đối với nước với tổn thất cột áp tiêu chuẩn 3 %. |
|
P |
= Công suất tại khớp nối, đơn vị kW hoặc mã lực (hp). |
|
Pm |
= Tổn thất công suất cơ khí, đơn vị kW hoặc mã lực (hp). |
|
Pu |
= Công suất hữu ích truyền cho chất lỏng: Pu = rgHQ đơn vị kW hoặc mã lực (hp). |
|
PRR |
= Tổn thất công suất do ma sát giữa bánh công tác và thân, kW (hp). |
|
Pvis |
= Công suất nhớt, đơn vị kW hoặc mã lực (hp): là công suất cần thiết của bơm để thắng sức cản do độ nhớt. |
|
Pw |
= Công suất cần thiết của bơm khi bơm nước, đơn vị kW hoặc mã lực (hp). |
|
Q |
= Lưu lượng bơm, m3/h (gpm). |
|
QBEP-W |
= Lưu lượng tối ưu, m3/h (gpm) mà tại đó bơm có hiệu suất lớn nhất. |
|
Qvis |
= Lưu lượng nhớt, m3/h (gpm): lưu lượng khi bơm chất lỏng nhớt. |
|
Qw |
= Lưu lượng nước, m3/h (gpm): lưu lượng khi bơm nước. |
|
q* |
= Tỷ số giữa lưu lượng và lưu lượng tại điểm tốt nhất của bơm: q* = Q/QBEP. |
|
Re |
= Số Reynolds Re = wr22/n. |
|
r2 |
= Bán kính ngoài của bánh công tác, m (ft). |
|
s |
= Trọng lượng tương đối của chất lỏng được bơm so với nước ở nhiệt độ 20 °C (68 °F). |
|
nvis |
= Độ nhớt nhớt động học, centiStockes (cSt) của chất lỏng được bơm. |
|
nw |
= Độ nhớt nhớt động học, centiStockes (cSt) của chất lỏng thử nghiệm chuẩn với nước. |
|
h |
= Hiệu suất toàn bộ (tại khớp nối). |
|
hBEP-W |
= Hiệu suất lớn nhất khi bơm nước. |
|
hh |
= Hiệu suất thủy lực. |
|
hvis |
= Hiệu suất nhớt; hiệu suất khi bơm chất lỏng nhớt. |
|
hvol |
= Hiệu suất thể tích. |
|
hw |
= Hiệu suất bơm nước: hiệu suất bơm khi bơm nước. |
|
m |
= Độ nhớt động lực học (độ nhớt tuyệt đối), N.s/m2 (Ib*s/ft2) |
|
n |
= Độ nhớt động học, m2/s (ft2/s). |
|
r |
= Khối lượng riêng, kg/m3 (slugs/ft3). |
|
y |
= Hệ số cột áp. |
|
w |
= Vận tốc góc của trục hoặc bánh công tác, tính bằng radian trên giây. |
3. Tóm tắt
Tỉnh năng của một bơm rô to động lực (bơm ly tâm hoặc bơm trục đứng) khi bơm chất lỏng nhớt có sự khác biệt khi bơm nước, trong khi hầu hết đường đặc tính được đưa ra chủ yếu là trường hợp bơm làm việc với nước. Thông thường cột áp (H) và lưu lượng (Q) sẽ giảm khi độ nhớt tăng. Công suất (P) cũng như yêu cầu của cột áp hút thực (NPSHR) sẽ tăng lên trong phần lớn các trường hợp. Mô men khởi động cũng có thể bị ảnh hưởng.
Các phương pháp lý thuyết dựa trên phân tích tổn thất có thể cho những phân tích chính xác hơn về ảnh hưởng của độ nhớt lên tính năng của bơm khi đã biết chi tiết kích thước hình học của bơm cụ thể. Tiêu chuẩn này giải thích các cơ sở của các phương pháp lý thuyết trên. Người sử dụng có thể lấy thông tin tư vấn của các nhà sản xuất bơm để có các phân tích chính xác hơn về tính năng của một bơm với một chất lỏng nhớt cụ thể.
Tiêu chuẩn này bao gồm cả các xem xét về mặt kỹ thuật và các khuyến cáo khi sử dụng bơm với các loại chất lỏng nhớt.
4. Giới thiệu
Các tính năng (cột áp, lưu lượng, hiệu suất [h] và công suất) của một bơm rô to động lực được xác định từ các đường đặc tính của bơm, là những đường được xây dựng từ những số liệu thử nghiệm của bơm với nước. Khi bơm làm việc với một chất lỏng có độ nhớt lớn hơn, các tính năng trên của bơm giảm xuống. Công suất tiêu thụ sẽ tăng lên và cột áp, lưu lượng và hiệu suất sẽ giảm xuống.
Đối với người sử dụng, việc hiểu được một số trường hợp thực tế là rất quan trọng để có thể định lượng các ảnh hưởng của độ nhớt đến vận hành của bơm rô to động lực. Thứ nhất, cơ sở dữ liệu thử nghiệm đã xây dựng là của các bơm riêng biệt chứ không có tính tổng quát cho tất cả các bơm. Thứ hai, cơ sở dữ liệu theo kích thước của bơm và độ nhớt của chất lỏng là tương đối hạn chế. Thứ ba, tất cả các phương pháp hiện có dùng để đánh giá ảnh hưởng của độ nhớt lên tính năng của bơm cho kết quả có sự sai khác so với cơ sở dữ liệu thử nghiệm. Thứ tư, phương pháp thực nghiệm trình bày trong tiêu chuẩn này dựa trên so sánh các số liệu thống kê của nhiều quy trình hiệu chỉnh khác nhau. Phương pháp này được lựa chọn để đảm bảo sự khác biệt giữa số liệu tính toán và thực tế là nhỏ nhất. Trên cơ sở phân tích như trên cho thấy không thể coi phương pháp này là một phương pháp tính toán lý thuyết có độ chính xác cao khi xác định các hệ số hiệu chỉnh tính năng của bơm. Phương pháp này cho phép người sử dụng có thể so sánh một cách tổng quát ảnh hưởng của việc sử dụng bơm với chất lỏng có độ nhớt cao hơn để tránh được sai sót khi sử dụng. Xem Điều 6 về các loại bơm có thể áp dụng phương pháp này.
Như chú thích ở đoạn trên, thực tế có nhiều phương pháp được xây dựng bởi các cá nhân và công ty gặp phải các vấn đề liên quan đến tổn thất thủy lực thực tế bên trong của bơm. Về mặt lý thuyết, có thể đánh giá được ảnh hưởng của độ nhớt bằng cách định lượng những tổn thất này. Quy trình xác định những tổn thất này liên quan đến kích thước cụ thể bên trong của bơm, tuy nhiên những kích thước này thường không được cung cấp cho người sử dụng. Hơn nữa, các phương pháp này cần một số hệ số thực nghiệm mà các hệ số thực nghiệm này chỉ có thể xác định được một cách chính xác khi có đầy đủ thông tin về việc thử nghiệm bơm trong chất lỏng nhớt. Phương pháp phân tích tổn thất có độ chính xác cao hơn phương pháp thực nghiệm trong tiêu chuẩn này, đặc biệt với một số loại bơm có tính năng và kích thước cụ thể.
Ngoài các quy trình hiệu chỉnh, tiêu chuẩn này cung cấp một số mô tả định tính của các tổn thất thủy lực khác nhau trong bơm dẫn tới giảm các tính năng của bơm. Ngoài ra, tiêu chuẩn này còn cung cấp quy trình để xác định ảnh hưởng của độ nhớt lên mô men khởi động và NPSHR.
Tiêu chuẩn này dựa trên số liệu đã được mở rộng đến năm 1999 trong đó đã sửa đổi các hệ số hiệu chỉnh cho lưu lượng, cột áp và công suất. Các hệ số hiệu chỉnh mới cập nhật được sẽ phụ thuộc vào các thông số như kích thước, tốc độ và số vòng quay đặc trưng của bơm. Nói chung, cột áp và lưu lượng được hiệu chỉnh tăng lên trong khi công suất có ích (hiệu suất) của bơm được hiệu chỉnh ít. Các hệ số hiệu chỉnh thay đổi đáng kể nhất ở trường hợp lưu lượng nhỏ hơn 25 m3/h (100 gpm) và ns < 15 (Ns < 770).
5. Các xem xét cơ bản
5.1. Hệ số hiệu chỉnh độ nhớt
Khi bơm làm việc với chất lỏng có độ nhớt cao, như dầu nặng thì tính năng của bơm bị thay đổi so với khi bơm nước, do tổn thất tăng lên. Việc sụt giảm tính năng khi bơm chất lỏng nhớt có thể được đánh giá thông qua các hệ số hiệu chỉnh cho cột áp, lưu lượng và hiệu suất khi so với các tính năng tương ứng khi bơm nước.
Như vậy đường đặc tính cột áp, lưu lượng và hiệu suất đối với chất lỏng nhớt (có chỉ số vis) được xác định từ cột áp, lưu lượng và hiệu suất đo được đối với nước (chỉ số w) dựa vào các hệ số CH, CQ và Ch tương ứng. Các hệ số này được xác định trong công thức (1).
Hình 1a) và Hình 1b) thể hiện sự thay đổi điển hình các đặc tính cột áp, lưu lượng, hiệu suất và công suất của bơm khi chuyển từ bơm nước sang bơm chất lỏng có độ nhớt cao.
Nếu các số liệu đo đạc nằm lân cận điểm hiệu suất lớn nhất (BEP) khi bơm nước (BEP-W), thì các hệ số CH và CQ có thể xác định trực tiếp trên Hình 1c). Đường thẳng nối giữa BEP-W và gốc đồ thị Q-H (H = 0 và Q = 0) được gọi là đặc tính loe rộng hoặc xoắn ốc. Số liệu thử nghiệm được ghi lại ở Tài liệu tham khảo [10] và [14] cho thấy BEPs đối với chất lỏng nhớt phụ thuộc vào đặc tính loe rộng và xoắn ốc này. Bởi vậy có thể coi một cách gần đúng là CH bằng CQ tại điểm BEPs đối với chất lỏng nhớt.
CHÚ DẪN:
1 Nước
2 Chất lỏng nhớt
3 Các đặc tính loe rộng hoặc xoắn ốc
Hình 1 - Sự thay đổi các đặc tính của bơm khi bơm chất lỏng nhớt
1) Tiêu chuẩn này sử dụng chữ viết tắt công nghiệp NPSHR trong các ký hiệu toán học NPSHRBEP-W và NPSHRW, chấp nhận sự sai khác so với ISO/TC 115/SC3.
Xem tiếp: Bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng nhớt - Hiệu chỉnh tính năng - Phần 2
