Что такое NPSH и как этот параметр влияет на выбор и настройку насоса

Одним из наиболее важных факторов при выборе модели центробежного насоса является запас чистого положительного напора всасывания (NPSH). Правильный расчет доступного NPSH (NPSHa) и поддержание достаточного запаса относительно требуемого NPSH (NPSHr) помогает предотвратить разрушительную кавитацию и обеспечить успешную работу насоса.

Кавитация возникает, когда давление в любом месте внутри насоса меньше давления паров жидкости. Это может привести к шумной работе насоса, потере производительности, снижению эффективности, повреждению рабочего колеса, вибрации, которая приводит к повреждению вала, механических уплотнений и подшипников и, в конечном итоге, к отказу насоса.

Существует два основных типа кавитации центробежных насосов: кавитация на всасывании и кавитация на нагнетании. Проблемы с NPSH обычно приводят к кавитации на всасывании, которая влияет на область вокруг рабочего колеса насоса.

Как определить запас NPSH

Запас NPSH — это разница между этими двумя значениями:

• NPSHa: давление стагнации, превышающее давление паров жидкости на всасывающем отверстии насоса и
• NPSHr: минимальное давление при указанной скорости потока и скорости для указанной перекачиваемой жидкости, которое вызывает падение напора насоса на 3%.

NPSHr указывается в спецификации производителем насоса. Когда разница между NPSHa и NPSHr равна нулю, насос подвергается значительной кавитации, что приводит к потере производительности и повреждению насоса.

Существуют способы определения NPSHr при различных уровнях кавитации, например, при падении напора на 0% или 1%, однако в рекомендациях специалистов при определении запаса NPSH используется критерий падения напора в 3% с целью предотвращения значительной кавитации, а не полного ее устранения.

Как рассчитать NPSHa

Основная формула для расчета NPSHa выглядит следующим образом:

Атмосферное давление на месте (если источник всасывания открыт для атмосферного давления, или абсолютное давление всасывания, если это не так) + статический напор (положительный для затопленных всасывающих установок и отрицательный для всасывающих установок) - трение + скоростной напор во всасывающем отверстии - давление паров при температуре откачки.

В некоторых случаях, например, в объемных насосах, где происходит резкое ускорение жидкости, необходимо также учитывать компонент напора ускорения.

Поскольку запасы NPSH обычно малы, небольшая ошибка в расчетах может привести к серьезным проблемам с насосом и его настройкой.

Факторы, которые могут повлиять на NPSHa

Некоторые факторы играют большую роль в определенных системах и меньшую роль в других. Эти факторы включают:     

Атмосферное давление: Изменения высоты и погоды могут влиять на атмосферное давление. Более низкое давление уменьшает NPSHa.

Статический напор: Увеличение статического напора (высота жидкости над осевой линией насоса) приводит к повышению. NPSHa. В установках со значимой высотой всасывания необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что расчет NPSHa действителен для всех рабочих условий.

Скорость жидкости: Скорость зависит от расхода и диаметра всасывающей трубы. Более высокая скорость приводит к высоким потерям на трение и снижению NPSHa. Кроме того, характеристики NPSHr центробежных насосов обычно указывают на увеличение параметра с увеличением расхода.

Температура жидкости: Изменения температуры жидкости влияют на давление пара. Для воды применение при более высокой температуре приведет к более низкому NPSHa.

Длина трубопровода и количество фитингов: они влияют на потери на трение и снижают NPSHa.

Высота всасывания: Когда уровень жидкости ниже осевой линии насоса, насос должен работать активнее, чтобы поднять жидкость. Слишком большая высота всасывания снижает NPSHa и может привести к кавитации.

История кавитации: повреждение насоса из-за предыдущей кавитации может повлиять на NPSHa и должно быть устранено для предотвращения развития кавитационных повреждений.

Свойства жидкости: Вязкость, удельный вес и другие свойства жидкости могут увеличить потери на трение и повлиять на NPSHa. Захваченный в жидкости газ также может повлиять на уровень кавитационного повреждения.

Регулярный мониторинг работы насосов и корректировка настройки насоса необходимы, особенно если в системе или условиях окружающей среды происходят изменения.

Обеспечение достаточного запаса NPSH

NPSHa должен превышать NPSHr на определенный предел. Неспособность поддерживать достаточный предел NPSH является распространенной ошибкой при проектировании насосных систем.

Рекомендуемый запас варьируется в зависимости от области применения, жидкости и свойств насоса. Общее правило заключается в выборе насоса с положительным запасом не менее 3,3 футов или 10% от NPSHa (в зависимости от того, что больше), чтобы учесть изменения в рабочих условиях и не допустить работу насоса слишком близко к его пределу NPSH.

Однако правила являются всего лишь правилами. Запас NPSH может быть выше, если рабочая точка находится за пределами предпочтительного рабочего диапазона. Профессиональный инженер может помочь подрядчикам определить оптимальный запас и размер насоса и спроектировать насосную систему соответствующим образом.

Советы по улучшению запаса NPSH

Любые изменения в рабочей среде или насосной системе могут изменить NPSH. Рассмотрите эти корректировки, если запас NPSH недостаточен:

• Работа насоса на более низкой скорости может снизить NPSHr для некоторых моделей насосов. Для временных насосных систем работа двух насосов вместо одного может снизить NPSHr за счет снижения скорости и расхода на насос.
• Уменьшите трение, увеличив диаметр всасывающего трубопровода или используя более короткие трубы и шланги с минимальным количеством фитингов. Фитинги, такие как тройники, колена и донные клапаны, как правило, следует избегать в конструкциях всасывающих трубопроводов. Замените корродированные трубы и шланги.
• Уменьшите статический напор, повысив уровень жидкости в источнике всасывания или понизив производительность насосов.
• Следите за состоянием всасывающей сетки или сетчатого фильтра и регулярно очищайте их, чтобы не допустить попадания мусора во всасывающую линию и предотвратить потерю напора из-за засорения.
• Используйте погружной или другой всасывающий насос, если высота всасывания слишком велика для работы надземного насоса без кавитации.