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配管之管损与粘度, 跟表面处理业者有何关系?

2017-2-1 10:18:30      点击:
管损是什么?
如果水龙头只接一段1米长的水管, 将水管末端朝天, 则水会有力地往上喷出一段高度, 然后才四散坠落. 但是若接一段100米长的水管, 则在相同来源的水压之下, 水管末端的水只能缓缓流出, 无法往上喷出. 这就是因为水管壁与水的附着力, 以及水管内扰流冲撞的效果, 对于水流产生了阻力, 使水管内的水压逐渐降低, 称之为管损

管损是随长度而等比例增加的. 100米直管的管损, 会是10米直管的10倍. 但是除了长度之外, 尚有其他几种因素会增加管损.
1.     水管的直径: 管径对于管损的影响非常剧烈, 例如在流量100L/分 的情况下, 1”管径的管损, 会是2”管径的20倍以上.
2.     各种阀门弯头: 这些会对水流的压力产生管损, 但是为了计算上的方便, 所有的阀门弯头产生之管损都会化成相当于多少米的直管长度所产生的管损来看. 例如2”之开关阀, 就相当于16.5米的直管所产生的管损.
3.     液体的流量: 同一种口径的水管, 流量愈大, 管损就愈大. 例如2”之水管 流量 300L/分, 所产生的管损, 会是流量100L/分 之时的6倍以上.
4.     水管的材料: 不同材质的水管, 其内部的粗糙度及与液体的附着力, 所产生的管损就不同. 例如就清水而言, PVC管的管损, 就只有钢管的75%而已.
液体的黏度: 黏度愈高, 则管损愈大. 数种液体黏度如下, 可做参考的依据.

黏度单位: CP = CPS = mPa.S
水: 1 CP
血液: 10 CP
橄榄油: 100 CP
蓖麻油: 1000 CP
蜂蜜: 10000CP
在表面处理业者而言, 使用比重较清水高之高温药水作为处理的方式, 就需要担心泵浦气蚀的问题. 气蚀的不良影响如下:
1.     泵浦及管线激烈的震动, 提早损坏整个设备以及泵浦轴承.
2.     产生大量的气泡, 造成表面处理的效果不良.
3.     泵头内部流道受气蚀的的气泡强烈撞击, 而造成其表面受损.
4.     气蚀产生的气泡, 取代了应该吸入的水流量, 使有效流量降低, 也造成吐出压力的不稳定及震荡.
泵浦之所以能输送液体, 是因为其叶轮入口会产生一定强度的负压区, 造成入口水槽水面的大气压力(正常的大气压力为每平方公分1.0336Kg, 相当于10.336米的水柱所产生的压力)将液体压入泵浦入口之故. 若是大气压力受到各种原因而抵销, 造成于泵浦入口时, 大气压力已经被抵消光了, 该区域的极少量水就会像处于真空区域一样, 持续地炸成1,700倍体积的水蒸气, 气蚀就发生了! 而抵销大气压力, 造成气蚀的原因有下列数点:
1.     液体的温度: 愈高温的液体, 其抵销大气压力的饱和蒸汽压愈强. 例如清水于60度C的时候, 可以抵销2.0316米的大气压力; 于80度C的时候, 可以抵销4.8297米的大气压力; 于100度C的时候, 可以抵销10.3323米的大气压力.
2.     泵浦的NPSHr: 流量愈大时, 其值愈大, 依泵头内部流道及叶轮的设计而不同. 离心泵的NPSHr大约可抵销大气压力的范围为1~3米.
3.     液体的比重: 大气压力换算成水柱高度, 与液体的比重成反比. 例如比重1.2的液体, 其大气压力换算的液体高度为8.6133米, 而非10.336米的水柱高度.
4.     入口水槽液面高度与泵浦入口的高度差米数: 若是液面低于入口, 就会抵消大气压力, 若是液面高于入口, 反而形同增加 大气压力的值. 因此若是容易产生气蚀现象时, 就可以将药水槽设计成高一些, 加大与泵浦入口的高度差.
5.     入口槽与泵浦入口之间的管损: 若是容易产生气蚀现象 时, 可以加大入口管径, 并减少阀门弯头的数量, 以减少管损对 大气压力的抵销量.