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水泵NPSHA技術解析

來源:小編  |  發布時間: 2021-04-17  |   次瀏覽

在心理學中,特別是涉及到內省問題時,有種說法:“你抵制什么,什么就會持續下去?!?以前聽過的,還會再次聽到。據稱,在泵的世界,被誤解最多的概念是凈正吸入壓頭(NPSH)。有很多泵技術人員、工程師及所謂的專家寫了很多此類文章。


NPSH這個縮寫,其名稱本身讓大多數泵的新手產生了混淆。它所關注的主題、所需的計算讓眾多行業新手、外圍人士(運營商或管理者)和專業人士感到困惑,甚至在業內工作25年之久后, 還錯誤地相信,他們完全理解NPSH意味著什么。


建議大家對這個問題予以重視,因為有效汽蝕余量(NPSHA)的計算出錯非常頻繁,糾正起來也很昂貴。

NPSH、NPSHa及NPSHr的定義


凈正吸入壓頭是以英尺(或米)為單位的總吸入壓頭,減去被泵送液體的蒸汽壓力(以英尺或米為單位)。把壓頭想象成能量等級,而不是像壓力一樣的力。 所有值均為絕對值。


NPSHa在泵中心線或葉輪孔處測量。 兩者可以在不同的地方或高度測量。把 NPSHa看作是泵入口或葉輪孔處液體的可用能量水平。如果沒有足夠的NPSHa,液體會閃蒸成蒸汽。


不要將NPSHa與吸入壓力混淆。雖然吸入壓力在某種程度上是混合物的一個組成部分,但更為復雜。


NPSHa是系統在泵葉輪孔處所具有的 NPSH水平。該NPSHa值完全是液體及其特性、環境條件以及吸入系統設計和幾何結構的函數。本質而言,計算與吸入系統本身有關,應由系統所有者、最終用戶和 /或其工程師或顧問完成,與泵無關。出于責任方面的原因,制造商通常不參與客戶的計算。但隨著時間的推移,制造商會更多參與其中,以提供維護保養支持。


所需凈正吸入壓頭(NPSHr)通常由泵制造商參照經驗方法、液壓協會(HI) 的標準和規范確定。NPSHr值通常報告在泵的性能曲線上。


注意,NPSHr和NPSH3本質上是相同的。在給定的壓頭和流量工作點,由于NPSH不足,泵已經出現輕微的氣蝕現象,壓頭下降了3%,而流量固定在某個值上。


NPSH余量是指NPSHa值超過NPSHr 的水平。有一些建議或適當余量的指南認為余量越高越好。更多信息請見ANSI/HI 9.6.1-2012部分關于本話題的內容。


NPSHa:公式還是數字?


公式可以被視作我們的“朋友”, 因為一旦知道了正確的公式,就可以簡 單地按照公式的要求填上相應的數據、條 件,完成數學步驟,并得出正確的答案。 如果不喜歡公式,也許應該研究一下圖 1,看看在用公式之前發生了什么。



在圖1中,有一個處于環境溫度(68 華氏度,比重為1.0)、承受大氣壓的清 水罐。此處的水箱和泵系統的高度接近 海平面。水箱中水位頂面高于泵中心線10 英尺,稱之為“灌注吸入”,因為液體來 源于泵葉輪的上方。歡迎關注泵友圈微信公眾號。從水箱到泵吸入口有 尺寸合適的管道,帶有一只彎管和一只 全開的隔離閥。假設水位在10英尺處保持 不變,但現實中需要為更糟的情況計算 NPSHA,因為水位很可能在較低處。


在這一點上,根據圖中給出的信 息,可以得到除了摩擦壓頭外所有計算 NPSHa所需的數據。在第一個實例中,將 計算摩擦壓頭以使問題簡單化。忽略速度 水頭,因為它的值通常很小。


在后續的實例中,將討論摩擦壓頭 的計算方法,并計算和演示速度水頭會對 結果產生怎樣的影響。


要計算NPSHa值,需要知道:
?液體表面上方或液體表面的絕對壓力
?靜壓頭,即從水面頂部到泵葉輪孔(如果相同,則為泵中心線)的垂直距離。
?泵送液體的蒸汽壓力,可根據溫度輕松計算,且比較容易找出該值。
?摩擦壓頭,已計算過,本例建議設為3.2英尺。
?速度水頭,通??梢院雎圆挥?,為簡單起見,先跳過,在本系列后面的文章中予以討論。


計算灌注吸入的NPSHa


1.對于使用公制的讀者來說,這些部 件也可以米為單位,但單位要保持一致。

2.蒸汽壓和摩擦總是負值,因此總是 不利的。

3.絕對壓力可以為零,但根據定義不 能為負。

4.假設液體源頭位于泵的下方而不是 上方,在“提升”的情況下,如果液位 低于泵的吸入口(而不是“灌注”的情 況),則靜態高度為負值(該情況稱為 “提升”),方程式中的這個數據對您 不利。

5.不需要關心泵或系統的排放側,以 便進行NPSHa的計算。

6.綜上所述,NPSHa公式中的大多數 組成部分都對您不利?,F在開始理解為什 么吸入源需要升高、淹沒、在大氣中敞開 和/或在較低溫度下用液體加壓。


計算公式:


NPSHa=絕對壓力-絕對蒸汽壓力+靜水壓頭-摩擦壓頭,或者NPSHa=A-V+S-F

或NPSHa=ha-hvpa+hst-hf


NPSHa=34-0.783+10-3.2=40.017英尺,或四舍五入為40英尺。式中,絕對壓力= ha,絕對蒸汽壓力= hvpa,靜水壓頭= hst,摩擦壓頭= hf,單位為英尺。


如前所述,我們擁有實際數據填充公式中四個部分的信息,完成計算,確定 NPSHa。


方程中的第一個變量(ha)表示敞口水箱上方的絕對壓力值。上面已提到過,該系統處于海平面位置。


敞口水箱中的液體受大氣壓力影響。在海平面位置,可以假定大氣壓力接近14.7磅/平方英寸的絕對壓力(psia), 或0磅/平方英寸(psig)。注意,大氣壓 力的變化會影響NPSHa值。


現在只需把大氣壓從psia換算成英尺壓頭。將14.7乘以2.31,結果是33.957英尺,四舍五入為34英尺。方程中第一個變量的值為34英尺。


方程式中的第二個變量是hvpa,也即在給定溫度68 F下液體的蒸汽壓力。要得到蒸汽壓力值,只需在參考書“Cameron Hydraulic Data Book”(《卡麥隆液壓數據手冊》)中查找。該值(飽和蒸汽絕對壓力)通常以psia為單位,將直接隨溫度而變化,液體類型不同,hvpa也不同。


查找得到的值應為0.33889 psia。將該數字乘以2.31,將壓頭轉換為以英尺為單位。所得值為0.7828英尺。四舍五入到 0.783英尺?,F在方程中的第二個值是: 0.783英尺。


方程中的第三個變量是靜壓頭 (hst)。這是從液體表面到泵中心線 (葉輪孔)的垂直距離。記住要測量最壞的情況(最低期望水平)。本例標明的靜態高度為10英尺,不需要轉換,因為已經使用了正確的單位?,F在,方程中第三個變量的值已經計算出來,為10英尺。


方程式中的第四個變量為(hf)是管道中的摩擦損失,之前提供的值為3.2英 尺?,F在已經有了四個計算值的答案。


請注意,給定的3.2英尺的摩擦系數是液體特性、流速、管道(吸入系統)材 料和幾何結構的函數。簡單而言,對于給定的液體流速,會因管道長度、彎管、閥門、水箱出口損失(從大到小的過渡段) 和泵的入口損失(從管道到泵噴嘴的直徑變化)而產生摩擦損失。


最后還要記住,并沒有討論公式中的第五個變量,即速度水頭(hvel)。在 適當設計的系統(牛頓液體在非泥漿工況)中,速度水頭的值通常小于1英尺。


速度水頭部分的值為正值?,F在有四個所需的值來填充進公式,并計算出 NPSHA的答案。

所有單位均以英尺為單位。壓力為絕對值。


請仔細閱讀本例,看看是否能得到相同或相似的值。



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