Slurry flows in progressive cavity and in hose pumps

The aim of this thesis was to research how slurry’s viscosity and rheology affect to pumping in peristaltic hose pump and in eccentric progressive cavity pump. In addition, it was researched the formed pressure pulsation in hose pump. Pressure pulsation was studied by pumping different slurries and by using different pipe materials. Pressure and power curves were determined for both used pumps. It was also determined NPSHR curve for the progressive cavity pump. Literature part of the thesis considered to distribute fluids to different rheology types, as well as theories and models to identify different rheology types. Special attention was paid to non-Newtonian fluids, which were also used in experimental part of this thesis. In addition, the literature part discusses about pumps, parameters for pump sizing, and pressure pulsation in hose pump. Starch, bentonite, and carboxymethyl cellulose slurries were used in the experimental part of this thesis. The slurries were pumped with Flowrox peristaltic hose pump (LPP-T32) and eccentric progressive cavity pump (C10/10). From the each slurry was taken a sample, and the samples were analyzed for concentration, viscosity and rheology type. The used pipe materials in pressure pulsation experiments were steel and elastic, and it was also used a prototype of pulsation dampener. The pulsation experiments indicated that the elastic pipe and the prototype of pulsation dampener attenuated pressure pulsation better than the steel pipe at low pressure levels. The differences between different materials disappeared when pressure level and pump rotation speed increased. In slurry experiments, pulsation was different depending on rheology and viscosity of the slurry. According to experiments, the rheology did not significantly affect to pump power consumption or efficiency.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia, kuinka pumpattavan lietteen viskositeetti ja reologia vaikuttavat pumppaukseen peristalttisessa letkupumpussa sekä epäkeskoruuvipumpussa. Lisäksi työssä tutkittiin letkupumpun aiheuttamia painepiikkejä. Painepiikkejä tutkittiin pumppaamalla erilaisia lietteitä sekä käyttämällä erilaisia putkimateriaaleja. Työssä käytetyille pumpuille määritettiin paine- ja tehokäyrät. Epäkeskoruuvipumpulle määritettiin myös NPSHR-käyrä. Kirjallisuusosa keskittyi käsittelemään fluidien jaottelua eri reologia-tyyppeihin sekä teorioihin ja malleihin, joilla eri reologia-tyypit voidaan tunnistaa. Erityishuomio diplomityössä kiinnitettiin ei-newtonisiin fluideihin, joita käytettiin myös työn kokeellisessa osassa. Lisäksi kirjallisuusosa käsitteli työssä käytettyjä pumppuja, pumppujen mitoitukseen käytettäviä parametreja sekä painepiikkejä. Diplomityön kokeellisessa osassa käytettiin tärkkelys-, bentoniitti- ja karboksimetyyliselluloosa-lietteitä. Lietteitä pumpattiin Flowroxin peristalttisella letkupumpulla (LPP-T32) sekä epäkeskoruuvipumpulla (C10/10). Jokaisesta pumpatusta lietteestä otettiin näyte, josta määritettiin lietteen konsentraatio, viskositeetti ja reologia-tyyppi. Käytetyt putkistomateriaalit painepiikki-kokeissa olivat teräs- ja kumiputki sekä pulsaation vaimentimen prototyyppi. Pulsaatio kokeet osoittivat, että alhaisella painetasolla kumiputki ja pulsaation vaimentimen prototyyppi vaimensivat pulsaatiota selvästi paremmin kuin teräsputki. Painetason ja pumpun pyörimisnopeuden kasvaessa erot eri materiaalien välillä hävisivät. Liete-kokeissa painepiikit olivat erilaisia riippuen lietteen reologiasta ja viskositeetista. Kokeiden perusteella lietteiden reologia ei kuitenkaan merkittävästi vaikuttanut pumppujen tehon kulutukseen tai hyötysuhteeseen.