Aký rozsah viskozity by malo pokrývať jednoskrutkové čerpadlo pri manipulácii s kalom a riedkymi kvapalinami, ako je olej?

Aké sú rozdiely vo viskozite jadra medzi kalom a riedkymi tekutinami, ako je olej?​

Viskozita kvapaliny priamo určuje požadovaný rozsah výkonu jednozávitovkového čerpadla. Kal – zvyčajne hustá, heterogénna zmes (napr. kal z odpadových vôd, priemyselný kal) – má vysokú viskozitu v rozsahu od 1 000 cP (centipoise) do viac ako 1 000 000 cP. Jeho hustá konzistencia často zahŕňa suspendované pevné látky (napr. častice, vlákna) a slabú tekutosť, čo znamená, že čerpadlo musí vytvárať dostatočný tlak, aby pretlačilo tekutinu potrubím. Na rozdiel od toho, riedke tekutiny ako olej (napr. minerálny olej, mazací olej, vykurovací olej) majú nízku viskozitu, zvyčajne medzi 1 cP a 100 cP. Tieto kvapaliny prúdia ľahko, s minimálnym odporom, ale vyžadujú, aby čerpadlo zabránilo úniku a udržalo stabilné prietoky bez nadmerných turbulencií. Tieto výrazné rozdiely vo viskozite znamenajú, že jednozávitovkové čerpadlo musí pokrývať dva rozdielne, neprekrývajúce sa rozsahy viskozity, aby efektívne zvládlo oba typy tekutín.​

Aký rozsah viskozity je ideálny pre jednozávitovkové čerpadlá na manipuláciu s kalom?

Pre kal, a jednozávitovkové čerpadlo potrebuje rozsah viskozity, ktorý vyhovuje jeho vysokej hrúbke a obsahu pevných látok, zvyčajne 500 cP až 1 500 000 cP. Tento široký rozsah zodpovedá za variácie v zložení kalu: napríklad primárny kal z odpadových vôd (s vyšším obsahom vody) môže mať viskozitu 1 000 – 10 000 cP, zatiaľ čo odvodnený kal (s nízkou vlhkosťou) môže presiahnuť 100 000 cP. Konštrukcia čerpadla musí podporovať tento rozsah vytváraním vysokého sacieho tlaku, aby sa prekonal odpor kalu voči prúdeniu a zabránilo sa upchávaniu. Kľúčovým aspektom je, že viskozita kalu sa často zvyšuje s poklesom teploty (napr. chladné priemyselné prostredie), takže menovitý rozsah viskozity čerpadla by mal zahŕňať vyrovnávaciu pamäť pre takéto výkyvy – napríklad čerpadlo s výkonom do 1 000 000 cP dokáže zvládnuť kal, ktorý v chladných podmienkach zahustí na 800 000 cP bez zastavenia. Okrem toho rozsah musí brať do úvahy suspendované pevné látky (až 30 % objemu v niektorých kaloch), pretože pevné látky môžu nepriamo zvýšiť efektívnu viskozitu tým, že bránia pohybu tekutiny.​

Aký rozsah viskozity je vhodný pre jednozávitovkové čerpadlá pre riedke kvapaliny, ako je olej?

Riedke kvapaliny ako olej vyžadujú a jednozávitovkové čerpadlo s oveľa nižším rozsahom viskozity, typicky 0,5 cP až 200 cP. Tento rozsah je v súlade s prietokovými charakteristikami bežných riedkych olejov: ľahký minerálny olej môže mať pri izbovej teplote viskozitu 5–20 cP, zatiaľ čo ťažší mazací olej môže dosiahnuť 100–200 cP. Čerpadlo sa tu nezameriava na vysoký tlak (ako v prípade kalu), ale na presnosť a prevenciu úniku. Príliš široký rozsah viskozity (napr. vrátane hodnôt nad 200 cP) môže viesť k neefektívnosti – napríklad čerpadlo navrhnuté pre vysokú viskozitu môže vytvárať nadmernú šmykovú silu na riedky olej, čo spôsobuje penenie alebo degradáciu. Naopak, príliš úzky rozsah (napr. iba 1 – 50 cP) nemusí zvládnuť mierne hustejšie oleje (napr. 80 cP hydraulický olej) pri nízkych teplotách, kde sa dočasne zvýši viskozita. Ideálny rozsah by mal zohľadňovať aj zmeny viskozity vyvolané teplotou: napríklad viskozita oleja môže pri zahriatí z 20 °C na 40 °C klesnúť o 50 %, takže čerpadlo musí udržiavať stabilný prietok v tomto dynamickom rozsahu.

Ako rozsah viskozity ovplyvňuje dizajn jednozávitovkového čerpadla pre kaly vs. riedke oleje?​

Požadovaný rozsah viskozity formuje kritické konštrukčné prvky jednozávitovkového čerpadla pre každý typ kvapaliny. Pre kal (vysoký rozsah viskozity) čerpadlo potrebuje veľkú vôľu rotor-stator (aby sa zabránilo upchávaniu pevnými látkami) a robustný systém pohonu (napr. motor s vysokým krútiacim momentom) na generovanie sily potrebnej na pohyb hustej kvapaliny. Materiál statora (napr. nitrilový kaučuk, polyuretán) musí byť odolný voči opotrebovaniu, aby odolal časticiam abrazívneho kalu, zatiaľ čo dráha prietoku čerpadla je navrhnutá tak, aby bola široká a hladká, aby sa minimalizoval pokles tlaku. V prípade riedkych olejov (rozsah nízkej viskozity) čerpadlo vyžaduje tesnú vôľu medzi rotorom a statorom (aby sa zabránilo vnútornému úniku, ktorý by znížil prietok) a dizajn s nízkym strihom, aby nedošlo k poškodeniu chemických vlastností oleja. Materiál statora môže byť mäkší (napr. guma EPDM), aby sa zabezpečilo tesné utesnenie, a vstupné/výstupné otvory čerpadla sú dimenzované na udržanie laminárneho prúdenia – turbulencie v riedkych olejoch môžu spôsobiť kavitáciu (vzduchové bubliny), ktoré poškodia čerpadlo a znížia účinnosť. Stručne povedané, rozsah viskozity určuje, či čerpadlo uprednostňuje „tlačný výkon“ (kal) alebo „presnosť tesnenia“ (riedke oleje).​

Ako overiť, že rozsah viskozity jednozávitovkového čerpadla zodpovedá charakteristikám kalu?

Aby ste sa uistili, že rozsah viskozity jedného skrutkového čerpadla je vhodný pre kal, začnite meraním skutočnej viskozity kalu pomocou viskozimetra – test pri prevádzkovej teplote a potenciálnych extrémoch chladu/tepla (napríklad zima vs. leto vo vonkajších zariadeniach). Menovitá maximálna viskozita čerpadla by mala byť aspoň o 20–30 % vyššia ako najvyššia nameraná viskozita kalu, aby sa zohľadnilo neočakávané zahustenie (napr. zo zvýšeného obsahu pevných látok). Ďalej skontrolujte špecifikáciu „kapacity manipulácie s pevnými látkami“ čerpadla: aj keď sa rozsah viskozity zhoduje, čerpadlo, ktoré dokáže zvládnuť iba 10 % pevných látok, zlyhá s kalom obsahujúcim 25 % pevných látok (čo zvyšuje efektívnu viskozitu). Okrem toho otestujte čerpadlo so vzorkou skutočného kalu (nielen podľa viskozitného štandardu), aby ste pozorovali stabilitu prietoku – znaky ako pulzujúci prietok alebo zvýšený hluk naznačujú, že rozsah viskozity je nedostatočný. Napríklad, ak kal s viskozitou 50 000 cP spôsobí zastavenie čerpadla, maximálna hodnota viskozity čerpadla (napr. 30 000 cP) je príliš nízka a je potrebné ho aktualizovať.​

Aké kontroly zabezpečujú, že rozsah viskozity jednozávitovkového čerpadla funguje pre riedke oleje?​

V prípade riedkych olejov overenie rozsahu viskozity čerpadla zahŕňa testovanie konzistencie prietoku a tesnosti. Najprv zmerajte viskozitu oleja pri prevádzkovej teplote čerpadla (napr. 40 °C pre motorový olej) a potvrďte, že spadá do menovitého rozsahu nízkej viskozity čerpadla (napr. 5 – 150 cP). Potom spustite čerpadlo pri zamýšľanom prietoku a skontrolujte netesnosti na rozhraní rotor-stator – dokonca aj malé netesnosti (napríklad kvapky oleja za minútu) naznačujú, že vôľa je príliš veľká pre nízku viskozitu oleja, čím sa znižuje účinnosť. Ďalej sledujte kavitáciu: ak čerpadlo vydáva vysoký zvuk alebo kolíše prietok, rozsah viskozity nemusí zodpovedať (napr. čerpadlo je navrhnuté pre vyššiu viskozitu a vytvára nadmerné nasávanie, vťahuje vzduch do oleja). Nakoniec otestujte degradáciu oleja po čerpaní (napr. zmeny farby, viskozity) — čerpadlo s príliš vysokou šmykovou silou vzhľadom na viskozitu oleja rozloží molekuly oleja, čím sa zníži jeho výkon (napr. mazacia schopnosť).

Ako teplota ovplyvňuje požiadavku na rozsah viskozity pre obe kvapaliny?

Teplota je kritická premenná, ktorá mení viskozitu kvapaliny, čo si vyžaduje, aby bol rozsah jednozávitovkového čerpadla prispôsobiteľný. V prípade kalu nižšie teploty zvyšujú viskozitu – napr. kal s viskozitou 10 000 cP pri 25 °C môže zhustnúť na 50 000 cP pri 5 °C. Rozsah viskozity čerpadla teda musí zahŕňať viskozitu kalu pri nízkej teplote, inak môže systém potrebovať predhrievač na udržanie kalu v menovitom rozsahu čerpadla. V prípade riedkych olejov vyššie teploty znižujú viskozitu – napr. motorový olej s viskozitou 80 cP pri 20 °C môže klesnúť na 20 cP pri 80 °C. Zatiaľ čo nižšia viskozita zlepšuje prietok, zvyšuje riziko úniku; rozsah viskozity čerpadla musí pokrývať hodnoty viskozity oleja za studena (vyššia) aj horúca (nižšia), aby sa zachovala integrita tesnenia. Napríklad čerpadlo dimenzované na 5–150 cP dokáže bez problémov spracovať motorový olej v rozsahu od 60 cP (studený štart) do 15 cP (prevádzková teplota). Ignorovanie teplotných vplyvov môže viesť k poruche čerpadla – napríklad kalové čerpadlo dimenzované na 100 000 cP sa môže v chladnom počasí zastaviť, zatiaľ čo olejové čerpadlo môže nadmerne vytekať, keď je olej horúci a riedky.

Čo sa stane, ak sa rozsah viskozity jednozávitovkového čerpadla nezhoduje s kvapalinou?

Neprispôsobený rozsah viskozity vedie k problémom s výkonom a predčasnému poškodeniu čerpadla pre obe kvapaliny. Čo sa týka kalu, čerpadlo s príliš nízkym rozsahom viskozity (napr. max. 50 000 cP pre kal pri 100 000 cP) bude vystavené preťaženiu motora (keďže má problémy s pohybom hustej kvapaliny), opotrebovaniu statora (nadmerným trením) a upchatiu (pevné látky uviaznu v medzere rotor-stator). V závažných prípadoch môže dôjsť k zadretiu rotora, čo si vyžaduje nákladné opravy. V prípade riedkych olejov bude čerpadlo s príliš vysokým rozsahom viskozity (napr. min 50 cP pre olej pri 10 cP) trpieť vnútorným únikom (olej prekĺzne cez tesnenie rotora a statora), zníženým prietokom (menej oleja sa dostane na výstup) a kavitáciou (vzduchové bubliny sa tvoria na nízkotlakovom vstupe). V priebehu času kavitácia eroduje vnútorné komponenty čerpadla (napr. rotor, stator), zatiaľ čo únik plytvá kvapalinou a zvyšuje prevádzkové náklady. Dokonca aj mierne nesúladný rozsah – napr. čerpadlo na 10 – 200 cP oleja používané pre 5 cP vykurovací olej – zníži účinnosť o 10 – 20 %, čo spôsobí značné straty počas mesiacov prevádzky.​