粘度对容积式泵的影响

2021年6月22日

粘度会影响容积式泵吗?

正排量泵通过一个系统机械地移动固定体积的流体。因此,可以得出结论,流体粘度对泵的输出影响不大。然而,这是一种误解,可能会导致液压系统出现严重的问题,除非很好地理解粘度的影响,并且系统设计师正确地将信息传达给泵工程师。

粘度是多少?

粘度是流体的内摩擦或其时间依赖性的变形阻力的量度。水是低粘度的例子,而蜂蜜是高粘度的例子。在流体系统中,更高的粘度会增加周围表面的阻力。必须施加力(如压力)来克服与周围表面(如管壁)的粘性相互作用。

粘度通常用两种方式表示:运动(ν)和动态(μ)。两者通过ν=μ/ρ相关,其中ρ是流体密度。在层流系统中,动态粘度的使用是最常见的。动态粘度常以厘泊(厘泊)表示,其中1厘泊= 10-3 Pa-s。泵和系统的大多数问题都是由高粘度流体引起的,因为很少有流体的粘度低于水(1 cPs)。

系统设计人员还必须意识到温度如何影响流体粘度。例如,50%水/二醇溶液的粘度在0至50℃之间变化近5倍。水的粘度在相同温度范围内改变3倍。

外部压力下降

液压系统的一个经常被忽视的特征是压力下降通过管。如果流动是层流,则管中的压降是线性取决于粘度。因此,与水相比,100cps流体将在管中具有100倍的压降。压降影响泵出口(增加压力)和入口(负压)。湍流依赖于密度远远超过粘度,并且在本文中不值得考虑。

具有脉冲流动的往复泵对压降更敏感,因此流体粘度更敏感。这是因为它们的脉冲流量具有显着高于平均流速的峰值流速。这可以产生压力(或真空)尖峰,导致给药不规则,空化和加速泵磨损。

用于计算通过管的流量压降的公式随时可用。重要的是要检查雷诺数小于2320,以确保它是层流。在圆形管中,通过重新= 4q /((μ/ρ)π∙d)计算雷诺数,其中q是体积流量,d是管道内径。湍流的流动显着难以量化,并且压降趋于迅速增加。

内部压降

非为高粘度流体设计的泵在泵内可能会有狭窄的流道。这些路径可以产生与前一节讨论的外部压降相同的影响。与泵工程团队讨论应用的细节总是很重要的,以确保没有意外的后果。

内部泄漏

正排量泵都受到影响内部泄漏。流体可以在薄的间隙之间流动,滑动部件或通过内部密封件的微间隙之间。较高的粘度流体不太容易发开通过内部间隙。因此,粘度越高,位移的敏感性越少是压差。

泵容量

由于快速变形高粘度流体需要更大的力,因此流体的粘度将直接影响泵运行所需的功率。举个例子,试着搅拌一碗水和试着搅拌一碗蜂蜜。在蜂蜜中移动勺子所需的工作要高得多。泵也是如此。如果齿轮的一个外齿轮泵必须在更高的粘度流体中旋转,电源损耗简单地旋转将更高。如果泵的电机尺寸固定,则可能导致速度较低,泵容量降低。

空化

如前所述,如果处理不当,高粘度流体会在泵的入口产生更高的真空度。泵入口的平均压力越低,发生空化在泵内。有趣的是,研究表明,高粘度流体不像低粘度流体那样形成对空泡射流的破坏。然而,避免空化对于可靠的流体输送至关重要。

润滑

如果泵具有内部流体动力学轴承,例如a磁力耦合齿轮泵,那么较高的粘度通常会导致更长的使用寿命。支撑液压载荷(无固-固接触)与流体粘度呈线性关系。因此,更高粘度的流体为轴承提供支持,增加寿命。然而,增加的寿命可能会被前面讨论过的其他一些影响所抵消。

流体动力轴承
流体动力轴承

结论

很少有系统设计师是否控制流体粘度。因此,必须知道流体粘度如何影响系统(例如适当施胶管)和泵。在设计周期早期与泵工程团队进行开放对话,将防止重新设计成本和延误。

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