水泵NPSHA技術解析
2020-09-22 13:31:45力士霸泵業(yè)
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NPSH這個縮寫，其名稱本身讓大多數(shù)泵的新手產(chǎn)生了混淆,。它所關注的主題,、所需的計算讓眾多行業(yè)新手、外圍人士（運營商或管理者）和專業(yè)人士感到困惑,，甚至在業(yè)內(nèi)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。
由于作者每年都會在幾所泵學校教書,，課程內(nèi)容相當部分在于幫助學生理解NPSH的概念以及如何完成計算,。 在教學過程中，作者會介紹在正常的行業(yè)應用中可能遇到的五個主要問題,。這 些實例改編自“Cameron Hydraulic Data Book”的第1章,。
作者會逐步介紹這5個實例，希望幫助讀者通過學習,，掌握這幾個實際案例以及現(xiàn)實中可能碰到的類似的問題,。
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(tǒng)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(tǒng)設計和幾何結構的函數(shù),。本質(zhì)而言，計算與吸入系統(tǒng)本身有關,，應由系統(tǒng)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(yǎng)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（HI） 的標準和規(guī)范確定,。NPSHr值通常報告在泵的性能曲線上,。
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,，由于NPSH不足，泵已經(jīng)出現(xiàn)輕微的氣蝕現(xiàn)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(nèi)容。
NPSHa：公式還是數(shù)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(shù)據(jù),、條 件,，完成數(shù)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(fā)生了什么,。
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(jù)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（該情況稱為 “提升”）,，方程式中的這個數(shù)據(jù)對您 不利,。
5.不需要關心泵或系統(tǒng)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(shù) 組成部分都對您不利。現(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)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(xiàn)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(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。現(xiàn)在,，方程中第三個變量的值已經(jīng)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(xiàn)在已經(jīng)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(shù)是液體特性,、流速、管道（吸入系統(tǒng)）材 料和幾何結構的函數(shù),。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(chǎn)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(tǒng)（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(xiàn)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,。
參考：Cameron Hydraulic Data Book,，第16版