著(zhù)魔的NPSHA

原標題：NPSHA的逐步計算，作者：Jim Elsey

來(lái)源：榮格國際泵閥技術(shù)商情，泵友圈整理。

 

在心理學(xué)中，特別是涉及到內省問(wèn)題時(shí)，有種說(shuō)法：“你抵制什么，什么就會(huì )持續下去。” 以前聽(tīng)過(guò)的，還會(huì )再次聽(tīng)到。據稱(chēng)，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(shù)人員、工程師及所謂的專(zhuān)家寫(xiě)了很多此類(lèi)文章。

 

NPSH這個(gè)縮寫(xiě)，其名稱(chēng)本身讓大多數泵的新手產(chǎn)生了混淆。它所關(guān)注的主題、所需的計算讓眾多行業(yè)新手、外圍人士（運營(yíng)商或管理者）和專(zhuān)業(yè)人士感到困惑，甚至在業(yè)內工作25年之久后， 還錯誤地相信，他們完全理解NPSH意味著(zhù)什么。

 

建議大家對這個(gè)問(wèn)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(lái)也很昂貴。

 

由于作者每年都會(huì )在幾所泵學(xué)校教書(shū)，課程內容相當部分在于幫助學(xué)生理解NPSH的概念以及如何完成計算。 在教學(xué)過(guò)程中，作者會(huì )介紹在正常的行業(yè)應用中可能遇到的五個(gè)主要問(wèn)題。這 些實(shí)例改編自“Cameron Hydraulic Data Book”的第1章。

 

作者會(huì )逐步介紹這5個(gè)實(shí)例，希望幫助讀者通過(guò)學(xué)習，掌握這幾個(gè)實(shí)際案例以及現實(shí)中可能碰到的類(lèi)似的問(wèn)題。

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(xiàn)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(méi)有足夠的NPSHa，液體會(huì )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(gè)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(huán)境條件以及吸入系統設計和幾何結構的函數。本質(zhì)而言，計算與吸入系統本身有關(guān)，應由系統所有者、最終用戶(hù)和 /或其工程師或顧問(wèn)完成，與泵無(wú)關(guān)。出于責任方面的原因，制造商通常不參與客戶(hù)的計算。但隨著(zhù)時(shí)間的推移，制造商會(huì )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(jīng)驗方法、液壓協(xié)會(huì )（HI） 的標準和規范確定。NPSHr值通常報告在泵的性能曲線(xiàn)上。

 

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

 

NPSH余量是指NPSHa值超過(guò)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(jiàn)ANSI/HI 9.6.1-2012部分關(guān)于本話(huà)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(jiǎn) 單地按照公式的要求填上相應的數據、條 件，完成數學(xué)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(fā)生了什么。

 

 

在圖1中，有一個(gè)處于環(huán)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(xiàn)10 英尺，稱(chēng)之為“灌注吸入”，因為液體來(lái) 源于泵葉輪的上方。歡迎關(guān)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(kāi)的隔離閥。假設水位在10英尺處保持 不變，但現實(shí)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(diǎn)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(gè)實(shí)例中，將 計算摩擦壓頭以使問(wèn)題簡(jiǎn)單化。忽略速度 水頭，因為它的值通常很小。

 

在后續的實(shí)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(huì )對 結果產(chǎn)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(xiàn)）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(guò)，本例建議設為3.2英尺。

•速度水頭，通?？梢院雎圆挥?，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，先跳過(guò)，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(lái)說(shuō)，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(tài)高度為負值（該情況稱(chēng)為 “提升”），方程式中的這個(gè)數據對您 不利。

5.不需要關(guān)心泵或系統的排放側，以 便進(jìn)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(kāi)始理解為什 么吸入源需要升高、淹沒(méi)、在大氣中敞開(kāi) 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(shí)際數據填充公式中四個(gè)部分的信息，完成計算，確定 NPSHa。

方程中的第一個(gè)變量(ha)表示敞口水箱上方的絕對壓力值。上面已提到過(guò)，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(huì )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(gè)變量的值為34英尺。

 

方程式中的第二個(gè)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(shū)“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(lèi)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(gè)值是： 0.783英尺。

 

方程中的第三個(gè)變量是靜壓頭 （hst）。這是從液體表面到泵中心線(xiàn) （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(tài)高度為10英尺，不需要轉換，因為已經(jīng)使用了正確的單位?，F在，方程中第三個(gè)變量的值已經(jīng)計算出來(lái)，為10英尺。

 

方程式中的第四個(gè)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(jīng)有了四個(gè)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(jiǎn)單而言，對于給定的液體流速，會(huì )因管道長(cháng)度、彎管、閥門(mén)、水箱出口損失（從大到小的過(guò)渡段） 和泵的入口損失（從管道到泵噴嘴的直徑變化）而產(chǎn)生摩擦損失。

 

最后還要記住，并沒(méi)有討論公式中的第五個(gè)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(gè)所需的值來(lái)填充進(jìn)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。

 

參考：Cameron Hydraulic Data Book，第16版