W systemach transportu szlamu wysokość podnoszenia pompy jest jednym z kluczowych parametrów wykorzystywanych do określenia odpowiedniej pompy szlamowej.

Wiele osób rozumie wysokość podnoszenia pompy po prostu jako „wysokość, jaką pompa może podnieść szlam”, ale w rzeczywistości sytuacja jest bardziej złożona. Wysokość podnoszenia pompy to energia uzyskana przez jednostkę masy cieczy przepływającej przez pompę. W rzeczywistym systemie transportu wysokość podnoszenia, jaką pompa musi zapewnić, zależy od poziomu cieczy, strat w rurociągach, warunków ciśnienia i warunków pracy systemu.

Należy również zauważyć, że producenci pomp szlamowych zazwyczaj podają krzywe wydajności oparte na wydajności w czystej wodzie . Jednak w rzeczywistości transportowana ciecz to zazwyczaj szlam zawierający cząstki stałe. Dlatego krzywa wydajności w czystej wodzie nie może być bezpośrednio uznawana za ostateczną wydajność pompy w rzeczywistych warunkach pracy szlamu.

W tym artykule wyjaśniono podstawową koncepcję wysokości podnoszenia pompy szlamowej, obliczanie wysokości podnoszenia pompy, sposób odczytywania krzywych wydajności w czystej wodzie oraz główne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze pompy szlamowej do rzeczywistego pompowania szlamu.

1. Czym jest głowica pompy szlamowej?

Wysokość podnoszenia pompy to energia uzyskana przez jednostkę ciężaru cieczy podczas przepływu przez pompę. Zazwyczaj wyraża się ją w metrach słupa cieczy (m).

Na podstawie całkowitej wysokości podnoszenia na wlocie i wylocie pompy, wysokość podnoszenia pompy można wyrazić wzorem:

H = H₂ − H₁

Gdzie:

• H — Wysokość podnoszenia pompy (m)

• H₂ — Całkowita wysokość podnoszenia na wylocie pompy (m)

• H₁ — Całkowita wysokość podnoszenia na wlocie pompy (m)

Dlatego wysokość podnoszenia pompy nie jest po prostu równa wysokości podnoszenia pionowego.

W rzeczywistym systemie transportu szlamu energia, którą musi dostarczyć pompa, jest również związana ze stratami ciśnienia wynikającymi z tarcia, lokalnymi stratami ciśnienia oraz stratą ciśnienia prędkości wylotowej w rurociągach wlotowych i wylotowych.

2. Jak określa się całkowitą wysokość podnoszenia na wlocie i wylocie?

Zgodnie z danymi technicznymi pompy szlamowej, całkowitą wysokość podnoszenia na wlocie można określić na podstawie stanu rurociągu wlotowego, w tym następujących czynników:

• Strata ciśnienia na skutek tarcia w rurociągu dolotowym (m)

• Całkowita lokalna strata ciśnienia w rurociągu dolotowym (m)

• Wysokość poziomu cieczy wlotowej

W przypadku pompy poziomej wysokość poziomu cieczy na wlocie mierzy się od osi wału pompy do poziomu cieczy na ssaniu. Jeśli poziom cieczy znajduje się poniżej osi wału pompy, wartość jest ujemna.

W przypadku pompy pionowej punktem odniesienia jest zewnętrzny koniec krawędzi wlotowej łopatki wirnika. Jeśli poziom cieczy znajduje się poniżej krawędzi wlotowej wirnika, wartość jest ujemna.

Podobnie, całkowita wysokość podnoszenia na wylocie jest określana na podstawie:

• Strata ciśnienia na skutek tarcia w rurociągu wylotowym (m)

• Całkowita lokalna strata ciśnienia w rurociągu wylotowym (m)

• Strata ciśnienia na wylocie

• Wysokość poziomu cieczy wylotowej

W przypadku pompy poziomej wysokość poziomu cieczy na wylocie mierzona jest od osi wału pompy do poziomu cieczy wylotowej.

W przypadku pompy pionowej odległość tę mierzy się od zewnętrznego końca krawędzi wlotowej łopatki wirnika do poziomu cieczy wylotowej.

Z inżynierskiego punktu widzenia oznacza to, że obliczenia wysokości podnoszenia pompy nie mogą opierać się wyłącznie na różnicy wysokości . Należy uwzględnić wszystkie warunki hydrauliczne na wlocie i wylocie pompy.

3. Jaka jest różnica między wysokością podnoszenia a ciśnieniem pompy?

Wysokość podnoszenia i ciśnienie to nie to samo.

Wysokość podnoszenia pompy wyrażana jest zazwyczaj w metrach słupa cieczy, natomiast ciśnienie najczęściej podaje się w Pa, kPa, barach lub innych jednostkach ciśnienia.

Zależność między różnicą ciśnień a wysokością podnoszenia pompy można wyrazić wzorem:

ΔP = ρgH

Gdzie:

• ΔP — różnica ciśnień

• ρ — gęstość transportowanego ośrodka

• g — przyspieszenie grawitacyjne

• H — Głowica pompy

Dlatego przy tej samej głowicy pompy, ciecze o różnych gęstościach wytworzą różne różnice ciśnień.

Jest to szczególnie ważne w przypadku pomp szlamowych, ponieważ gęstość szlamu jest na ogół większa niż gęstość czystej wody.

Ważne jest jednak, aby zrozumieć, że:

Wzrost gęstości szlamu nie oznacza, że ​​wysokość podnoszenia pompy ulegnie proporcjonalnemu zwiększeniu.

Gęstość właściwa zawiesiny wpływa głównie na wymagania dotyczące ciśnienia i mocy, natomiast na rzeczywistą wydajność zawiesiny wpływają także stężenie ciał stałych, wielkość cząstek, lepkość i właściwości cząstek.

4. Czym jest całkowite dynamiczne ciśnienie powietrza (TDH)?

Wysokość podnoszenia pompy to rzeczywista wysokość podnoszenia, jaką pompa zapewnia w określonych warunkach pracy, natomiast całkowita wysokość podnoszenia dynamicznego (TDH) to całkowita wysokość podnoszenia wymagana przez układ transportu przy określonej szybkości przepływu.

Mówiąc prościej:

• TDH wskazuje, ile ciśnienia potrzebuje system.

• Wysokość podnoszenia pompy wskazuje, jaką wysokość podnoszenia pompa może wytworzyć.

Podczas doboru pompy szlamowej należy wziąć pod uwagę, że pompa musi być w stanie zapewnić wymaganą wartość TDH przy docelowym natężeniu przepływu .

5. Jaka jest różnica między wynikami dla czystej wody a rzeczywistymi wynikami dla szlamu?

Krzywe wydajności dla czystej wody i rzeczywista wydajność dla szlamu mogą się różnić.

Do testowania wydajności pomp i weryfikacji ich działania powszechnie stosuje się czystą wodę. Dlatego krzywe wydajności CNSME® są zazwyczaj oparte na wydajności czystej wody .

Wyrażona jako wysokość podnoszenia cieczy, wysokość podnoszenia pompy reprezentuje głównie energię jednostkową dostarczaną przez pompę. Przy tym samym typie pompy, prędkości i warunkach przepływu, zmiana gęstości cieczy nie powoduje proporcjonalnej zmiany wysokości podnoszenia pompy.

Jeśli jednak transportowane medium zmienia się z czystej wody w zawiesinę zawierającą cząstki stałe, czynniki takie jak stężenie zawiesiny, wielkość cząstek, lepkość, kształt cząstek i właściwości sedymentacyjne mogą mieć wpływ na rzeczywistą wydajność pracy pompy.

Generalnie, podczas pompowania szlamu o wysokim stężeniu lub zawierającego duże cząstki, rzeczywista wysokość podnoszenia i wydajność pompy mogą być niższe niż w przypadku czystej wody. Ścieralność szlamu wpływa natomiast głównie na zużycie i żywotność elementów mokrych.

Dlatego też krzywa wydajności w czystej wodzie stanowi istotną podstawę doboru pompy szlamowej, nie należy jej jednak bezpośrednio uznawać za ostateczną wydajność pompy w rzeczywistych warunkach pracy z szlamem.

Na przykład krzywa wydajności pompy szlamowej CNSME 4/3 AH jest oznaczona następująco:

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

Oznacza to, że krzywa przedstawia podstawową wydajność pompy w warunkach czystej wody, obejmującą:

• Przepływ

• Głowa

• Prędkość (obr./min)

• Efektywność

• NPSHr

Jednak rzeczywistym medium roboczym jest zazwyczaj szlam mineralny, odpady lub inny szlam zawierający cząstki stałe.

Poniższe właściwości szlamu mogą mieć wpływ na rzeczywistą wydajność pompy:

• Gęstość właściwa zawiesiny (Sm)

• Koncentracja ciał stałych

• Wielkość cząstek stałych

• Lepkość

• Kształt i charakterystyka cząstek

• Charakterystyka osadzania

W porównaniu z czystą wodą, pompowanie szlamu o dużym stężeniu i grubych cząstkach może skutkować znacznym obniżeniem rzeczywistej wysokości podnoszenia pompy i jej wydajności.

W przypadku niektórych szlamów o drobnych cząstkach wydajność pompy może wzrosnąć w określonych warunkach.

Dlatego:

Krzywa wydajności w czystej wodzie stanowi ważną podstawę doboru pompy szlamowej, nie można jej jednak bezpośrednio uważać za ostateczną wydajność w rzeczywistych warunkach pracy pompy szlamowej.

Rzeczywisty wybór pompy powinien opierać się na ocenie wydajności pompy w zależności od konkretnych właściwości pompy i warunków pracy.

6. Jak odczytać krzywą wydajności pompy szlamowej 4/3 AH

Jako przykład podano krzywą wydajności pompy szlamowej CNSME 4/3 AH .

Krzywa pomaga użytkownikom zrozumieć podstawowe zależności między wydajnością pompy szlamowej.

Przepływ

Oś pozioma przedstawia natężenie przepływu, zwykle wyrażane w m³/h .

Określa wydajność pompy w danych warunkach pracy.

Głowa

Oś pionowa przedstawia wysokość podnoszenia pompy wyrażoną w m .

Przy tej samej prędkości, natężenie przepływu i wysokość podnoszenia pompy zazwyczaj pozostają w odpowiedniej relacji. Wraz ze zmianą przepływu roboczego zmienia się również wysokość podnoszenia, jaką pompa może zapewnić.

Dlatego nie należy kierować się wyłącznie maksymalną wysokością podnoszenia pompy. Zamiast tego należy określić, jaką wysokość podnoszenia pompa może zapewnić przy wymaganym natężeniu przepływu.

RPM

Krzywa wydajności zawiera dane dotyczące wydajności pompy przy różnych prędkościach obrotowych.

Po ustaleniu docelowego natężenia przepływu i wymaganej wysokości podnoszenia, na podstawie krzywej wydajności można określić odpowiednią prędkość roboczą, odpowiadającą wymaganemu punktowi pracy.

Efektywność

Obszary sprawności na krzywej wskazują sprawność pompy w różnych warunkach pracy.

Podczas faktycznego wyboru pompy należy wziąć pod uwagę jej wydajność, zużycie, NPSH i potencjalne zmiany w systemie, a nie tylko dążyć do uzyskania najwyższej sprawności.

NPSHr

Krzywa wydajności 4/3 AH zawiera oznaczenia takie jak:

3 metry, 4 metry, 6 metrów, 8 metrów, 10 metrów

Wartości te odpowiadają danym NPSHr (wymagana wysokość ssania netto) .

Podczas doboru pompy należy porównać jej współczynnik NPSHr z dostępnym w systemie współczynnikiem NPSHa , uwzględniając odpowiedni margines inżynieryjny w celu ograniczenia ryzyka kawitacji.

NPSHa przedstawia skuteczną dodatnią wysokość ssania netto możliwą do uzyskania w systemie, natomiast NPSHr przedstawia dodatnią wysokość ssania netto wymaganą przez pompę w określonych warunkach pracy.

Wydajność czystej wody

Jeszcze jedna kwestia jest szczególnie istotna:

Krzywa wydajności 4/3 AH jest krzywą wydajności dla czystych wód.

Jeśli rzeczywiste zastosowanie obejmuje zawiesinę mineralną o wysokim stężeniu, zawiesinę o grubych cząstkach lub inne specjalne warunki zawiesiny, charakterystyka pracy w czystej wodzie pokazana na krzywej nie powinna być bezpośrednio traktowana jako rzeczywista wydajność robocza.

7. Jaki jest punkt pracy pompy?

Punkt pracy pompy jest zazwyczaj określany przez:

Przepływ + wysokość podnoszenia

Na przykład system transportu gnojowicy może wymagać:

• Określony docelowy przepływ

• Odpowiednia wysokość podnoszenia układu przy takim natężeniu przepływu

Połączenie natężenia przepływu i wysokości podnoszenia stanowi ważny punkt pracy przy wyborze pompy.

W rzeczywistym systemie wydajność pompy musi odpowiadać wymaganiom systemowym.

Dlatego:

Maksymalna wysokość podnoszenia pompy nie jest taka sama, jak jej rzeczywista wysokość robocza.

Pompa może być w stanie osiągnąć stosunkowo dużą maksymalną wysokość podnoszenia, ale może nie być w stanie zapewnić takiej samej wysokości podnoszenia przy docelowym natężeniu przepływu.

Dlatego wybierając pompę szlamową należy brać pod uwagę zarówno wydajność, jak i wysokość podnoszenia.

8. Jak wybrać pompę szlamową na podstawie wydajności i wysokości podnoszenia

Dobór pompy szlamowej może odbywać się zazwyczaj według poniższych kroków.

① Określ wymaganą szybkość przepływu

Najpierw należy określić wymaganą przepustowość systemu:

Q = Wymagana szybkość przepływu

② Oblicz wymaganą głowicę systemu

Oblicz potrzebną wysokość podnoszenia układu biorąc pod uwagę warunki wlotowe, wylotowe i układ rurociągów.

Kluczowe czynniki obejmują:

• Wysokość poziomu cieczy

• Długość rurociągu

• Średnica rury

• Straty tarcia

• Straty lokalne

• Warunki ciśnieniowe

③ Określ punkt roboczy

Określić:

Przepływ + wymagana wysokość podnoszenia

jako podstawowy punkt pracy przy doborze pompy.

④ Wykonaj wstępne dopasowanie, korzystając z krzywej wydajności

Aby określić typ pompy i prędkość roboczą umożliwiającą pokrycie docelowego punktu pracy, należy posłużyć się krzywą wydajności producenta.

⑤ Oceń rzeczywistą wydajność gnojowicy

Krzywą wydajności w czystej wodzie można wykorzystać jedynie jako wstępną podstawę do wyboru.

Dokonując właściwego wyboru należy także wziąć pod uwagę takie parametry pracy jak:

• Gęstość właściwa zawiesiny (Sm)

• Koncentracja ciał stałych

• Maksymalna wielkość cząstek

• Lepkość

• Charakterystyka cząstek

• Charakterystyka osadzania

Parametry te służą do oceny wydajności pompy w rzeczywistych warunkach pracy szlamu.

⑥ Potwierdź konfigurację mechaniczną

Po ustaleniu natężenia przepływu, wysokości podnoszenia i stanu szlamu należy także potwierdzić konfigurację mechaniczną pompy, w tym:

• Wirnik

• Komponenty mokre

• Rama/wspornik pompy

• Zespół łożyskowy

• Wał

• Układ napędowy

• Moc silnika

W przypadku poziomych pomp szlamowych wspornik pompy i zespół łożyska muszą być dopasowane do nośności mechanicznej, średnicy wału, konfiguracji napędu i warunków pracy.

Dlatego też wspornik pompy jest również elementem ostatecznego wyboru pompy , a nie czymś, co można określić wyłącznie na podstawie rozmiarów wlotu i wylotu pompy.

9. Dlaczego wyboru pompy szlamowej nie można dokonać wyłącznie na podstawie wysokości podnoszenia?

Powszechnym podejściem jest „wybranie pompy, której maksymalna wysokość podnoszenia osiągnie wymaganą liczbę metrów”, jednak metoda ta nie gwarantuje, że pompa sprawdzi się w rzeczywistych warunkach pracy.

Wydajność pompy szlamowej jest ściśle związana z natężeniem przepływu, wysokością podnoszenia, prędkością, właściwościami szlamu i konfiguracją mechaniczną pompy.

Przy takich samych wymaganiach dotyczących przepływu i wysokości podnoszenia, różne stężenia szlamu, rozmiary cząstek i właściwości ścierne mogą wymagać zupełnie innych typów pomp, prędkości roboczych, wirników i elementów części mokrej.

Dlatego wybierając pompę szlamową należy wziąć pod uwagę:

Przepływ + Wysokość podnoszenia + Właściwości szlamu + Wydajność pompy + Konfiguracja mechaniczna

zamiast wybierać pompę po prostu na podstawie jej maksymalnej wysokości podnoszenia .

10. Jakie dane należy podać przy wyborze pompy szlamowej?

Jeżeli chcesz, aby producent pomp szlamowych dokonał wyboru pompy, zaleca się podanie następujących podstawowych danych eksploatacyjnych:

Im bardziej kompletne dane eksploatacyjne, tym łatwiej producentowi będzie określić właściwy typ pompy, prędkość roboczą, elementy części mokrej, wspornik pompy i konfigurację silnika .