Wie AODD-Pumpen mit hoher Viskosität umgehen können

Eine häufig von Benutzern von luftbetriebenen Doppelmembranpumpen (AODD) gestellte Frage lautet: „Wie hoch ist die maximale Viskosität einer Prozessflüssigkeit, die von einer AODD-Pumpe gefördert werden kann?“ Tatsächlich hat die Antwort wenig mit der gewählten Pumpe zu tun, sondern vielmehr mit dem Rohrleitungssystem, an das die Pumpe angeschlossen ist. Benutzer vergessen dies oft, da es sich bei den meisten AODD-Anwendungen um Transferanwendungen mit einer relativ niedrigviskosen Flüssigkeit handelt. Während eine vollständige Diskussion genauerer Methoden zur Bewertung von Pumpensystemen den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, können Pumpenbenutzer die folgenden Techniken verwenden, um die Faktoren abzuschätzen, die sich auf die Durchflussraten in AODD-Systemen mit hochviskosen Flüssigkeiten auswirken.

Betrachten Sie das folgende einfache Flüssigkeitstransfersystem, bei dem der Benutzer 20 Gallonen pro Minute (gpm) mithilfe eines 1-Zoll-AODD übertragen möchte. Um festzustellen, ob eine Bewerbung möglich ist, müssen drei Fragen beantwortet werden:

Eine ungefähre Antwort auf diese Frage kann durch einen Vergleich der Trockenhubleistung der Pumpe mit dem Saugleitungsverlust gefunden werden. Mit anderen Worten: Übersteigt die Trockenförderfähigkeit der Pumpe den Saugleitungsverlust bei der gewünschten Durchflussrate?

Bei der Betrachtung von AODD-Anwendungen ist es vorteilhaft, TDH in Pfund pro Quadratzoll (psi) und nicht in Fuß Wassersäule (ft-H20) zu berücksichtigen, und zwar aus dem einfachen Grund, dass die Energiequelle für AODDs Druckluft ist. Wenn der Lufteinlassdruck den TDH des Systems überschreitet, kann Flüssigkeit im Pumpensystem übertragen werden. Um eine lange Lebensdauer der Pumpe zu gewährleisten, sollten AODD-Benutzer Systeme entwickeln, die im mittleren Leistungsbereich der Pumpe arbeiten. Für die meisten Transfersysteme ist ein TDH-Wert von nicht mehr als 60 psi ein vernünftiges Konstruktionsziel.

Die meisten Hersteller veröffentlichen Viskositätskorrekturkurven. Die Kurven fassen tatsächlich die Reibungsverluste zusammen, die auftreten, wenn viskose Flüssigkeit durch die Pumpe fließt.

Um festzustellen, ob die Pumpe die Prozessflüssigkeit ansaugen kann, muss der Saugleitungsverlust für die gewünschte Durchflussrate berechnet werden.

Eine Diskussion der Mathematik des Saugleitungsverlusts ist für diesen Artikel zu ausführlich. Der Rohrdurchmesser und die Durchflussrate wirken sich jedoch enorm auf die Leitungsverluste aus. Es ist nicht ungewöhnlich, den Durchmesser der Saugleitung zu vergrößern, um Verluste in der Saugleitung auszugleichen. Betrachten Sie die folgenden Ergebnisse für die Berechnung des Saugleitungsverlusts im Beispielsystem in Abbildung 1.

Ein typischer 1-Zoll-AODD kann eine Trockenhubfähigkeit von 15 ft-H20 oder 6,5 psi haben. In der Praxis bedeutet dies, dass die Pumpe nicht in Systemen betrieben werden kann, in denen der Saugleitungsverlust 6,5 psi übersteigt. Die Verwendung einer 1-Zoll-Saugleitung, wie in Abbildung 1 dargestellt, führt zu einem Saugleitungsverlust, der die Leistungsfähigkeit der Pumpe übersteigt. Um die gewünschte Durchflussrate von 20 gpm zu erreichen, muss der Durchmesser der Saugleitung auf 2 Zoll erhöht werden. Durch diese Erhöhung wird der Saugleitungsverlust von 34 psi auf 2 psi reduziert, was deutlich innerhalb der Betriebskapazitäten der AODD-Pumpe liegt.

Um den TDH des gesamten Systems zu berechnen, müssen sowohl die gesamte statische Förderhöhe als auch der Reibungsleitungsverlust am Auslass bestimmt werden. Siehe das Beispielsystem in Tabelle 1.

Der Reibungsleitungsverlust aufgrund einer 1-Zoll-Leitung übersteigt den maximalen Betriebsdruck der meisten AODD-Pumpen (120 psi). Es ist notwendig, den Durchmesser der Druckleitung zu vergrößern, um die Verluste auf ein Niveau im Bereich der AODD-Pumpe zu reduzieren.

Durch die Vergrößerung des Druckleitungsdurchmessers von 1 Zoll auf 1-1/2 Zoll wird der Druckleitungsverlust von 135 psi auf 24 psi reduziert, ein angenehmer Wert für AODD-Pumpen.

Im Beispielsystem ist die statische Förderhöhe eine einfache Berechnung (10 Fuß-H20 bis 15 Fuß-H20) x 1,2 SG oder 6 Fuß-H20. In psi ausgedrückt beträgt die gesamte statische Förderhöhe etwa -2,6 psi. Daher beträgt der TDH des Systems 31 psi – die Summe aus der statischen Förderhöhe und den Reibungsrohrverlusten.

Der letzte Schritt in der groben Näherung besteht darin, die Leitungsverluste zu berücksichtigen, während sich die Prozessflüssigkeit durch die Pumpe bewegt. AODD-Hersteller veröffentlichen typischerweise Pumpenkurven für Wasser. Viskositätskorrekturkurven verringern die Kapazität der Pumpe für Prozessflüssigkeiten mit höheren Viskositäten. Für das Beispielsystem gibt die Tabelle des Herstellers an, dass die Pumpe bei 1.500 cps mit 88 Prozent ihrer veröffentlichten Kapazität betrieben wird. Beim Lesen der vom Hersteller veröffentlichten Kurven sollte man daher 20 gpm bei 23 gpm (20 gpm/0,88) ablesen.

Bezogen auf das angepasste Beispielsystem wurden zwei Änderungen vorgenommen: Der Durchmesser der Saugleitung wurde auf 2 Zoll und der Durchmesser der Auslassleitung auf 1,5 Zoll erhöht. Schließlich müssen wir den Lufteinlassdruck des AODD bestimmen.

Abbildung 2 ist ein typisches Beispiel einer veröffentlichten Pumpenkurve eines AODD-Herstellers. Die horizontale Achse stellt typischerweise die Durchflussrate in gpm oder Liter pro Minute (lpm) dar, und die vertikale Achse repräsentiert typischerweise sowohl den Systemdruck als auch den Luftbetriebsdruck.

In Abbildung 2 stellen die roten Linien den Luftverbrauch in Standardkubikfuß pro Minute (SCFM) und die blauen Linien den Lufteinlassdruck in psi dar. Das Lesen der Kurve für unser Beispielsystem (23 gpm und 31 psi TDH) zeigt, dass der Lufteinlassdruck auf etwa 55 psi eingestellt werden sollte und die Pumpe während des Betriebs 22 SCFM Luft verbraucht. Es ist wichtig zu beachten, dass ein Überschreiten des erforderlichen Luftdrucks von 55 psi zu Kavitation führen kann, da Verluste in der Saugleitung die Leistungsfähigkeit der Pumpe übersteigen können.

Bei dieser vereinfachten Systemanalyse wurden viele wichtige Faktoren außer Acht gelassen. Dieses Beispiel zeigt jedoch, welchen Einfluss Systemfaktoren auf die Fähigkeit einer AODD-Pumpe haben, viskose Flüssigkeiten zu verarbeiten.

Viskosität und Rohrdurchmesser spielen eine wesentliche Rolle beim Saugleitungsverlust und müssen bei der Bewertung berücksichtigt werden. Die Leistungsfähigkeit des Systems wird durch die Saugleistung der Pumpe und den Lufteinlassdruck begrenzt.

Paul McGarry arbeitet bei All-Flo Pump Co. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter all-flo.com.