NPSHA的逐步计算

来源:荣格国际泵阀技术商情

发布时间:2019年5月10日下午 03:05:59

在心理学中,特别是涉及到内省问题时,有种说法:“你抵制 什么,什么就会持续下去。” 以前听过的,还会再次听到。据称,在泵的世界,被误解最多的概念是净正吸入压 头(NPSH)。有很多泵技术人员、工程 师及所谓的专家写了很多此类文章。

在心理学中,特别是涉及到内省问题时,有种说法:“你抵制 什么,什么就会持续下去。” 以前听过的,还会再次听到。据称,在泵的世界,被误解最多的概念是净正吸入压 头(NPSH)。有很多泵技术人员、工程 师及所谓的专家写了很多此类文章。

NPSH这个缩写,其名称本身让大多数泵的新手产生了混淆。它所关注的主题、所需的计算让众多行业新手、外围人士(运营商或管理者)和专业人士感到困惑,甚至在业内工作25年之久后, 还错误地相信,他们完全理解NPSH意味 着什么。

建议大家对这个问题予以重视,因为有效汽蚀余量(NPSHA)的计算出错非常频繁,纠正起来也很昂贵。

由于作者每年都会在几所泵学校教书,课程内容相当部分在于帮助学生理解NPSH的概念以及如何完成计算。 在教学过程中,作者会介绍在正常的行业应用中可能遇到的五个主要问题。这 些实例改编自“Cameron Hydraulic Data Book”的第1章。

作者会逐步介绍这5个实例,希望帮助读者通过学习,掌握这几个实际案例以及现实中可能碰到的类似的问题。

NPSH、NPSHa及NPSHr的定义

净正吸入压头是以英尺(或米)为单位的总吸入压头,减去被泵送液体的蒸汽压力(以英尺或米为单位)。把压头想象成能量等级,而不是像压力一样的力。 所有值均为绝对值。

NPSHa在泵中心线或叶轮孔处测量。 两者可以在不同的地方或高度测量。把 NPSHa看作是泵入口或叶轮孔处液体的可用能量水平。如果没有足够的NPSHa,液体会闪蒸成蒸汽。不要将NPSHa与吸入压力混淆。虽然吸入压力在某种程度上是混合物的一个组成部分,但更为复杂。

NPSHa是系统在泵叶轮孔处所具有的 NPSH水平。该NPSHa值完全是液体及其特性、环境条件以及吸入系统设计和几何结构的函数。本质而言,计算与吸入系统本身有关,应由系统所有者、最终用户和 /或其工程师或顾问完成,与泵无关。出于责任方面的原因,制造商通常不参与客户的计算。但随着时间的推移,制造商会更多参与其中,以提供维护保养支持。

所需净正吸入压头(NPSHr)通常由泵制造商参照经验方法、液压协会(HI) 的标准和规范确定。NPSHr值通常报告在泵的性能曲线上。

注意,NPSHr和NPSH3本质上是相同的。在给定的压头和流量工作点,由于NPSH不足,泵已经出现轻微的气蚀现象,压头下降了3%,而流量固定在某个值上。

NPSH余量是指NPSHa值超过NPSHr 的水平。有一些建议或适当余量的指南认为余量越高越好。更多信息请见ANSI/HI 9.6.1-2012部分关于本话题的内容。

NPSHa:公式还是数字?

公式可以被视作我们的“朋友”, 因为一旦知道了正确的公式,就可以简 单地按照公式的要求填上相应的数据、条 件,完成数学步骤,并得出正确的答案。 如果不喜欢公式,也许应该研究一下图 1,看看在用公式之前发生了什么。

图片1:水处于环境温度时的开放式灌注系统 (图片由作者提供)

在图1中,有一个处于环境温度(68 华氏度,比重为1.0)、承受大气压的清 水罐。此处的水箱和泵系统的高度接近 海平面。水箱中水位顶面高于泵中心线10 英尺,称之为“灌注吸入”,因为液体来 源于泵叶轮的上方。从水箱到泵吸入口有 尺寸合适的管道,带有一只弯管和一只 全开的隔离阀。假设水位在10英尺处保持 不变,但现实中需要为更糟的情况计算 NPSHA,因为水位很可能在较低处。

在这一点上,根据图中给出的信 息,可以得到除了摩擦压头外所有计算 NPSHa所需的数据。在第一个实例中,将 计算摩擦压头以使问题简单化。忽略速度 水头,因为它的值通常很小。

在后续的实例中,将讨论摩擦压头 的计算方法,并计算和演示速度水头会对 结果产生怎样的影响。

要计算NPSHa值,需要知道:

•液体表面上方或液体表面的绝对压力

•静压头,即从水面顶部到泵叶轮孔(如果相同,则为泵中心线)的垂直距离。

•泵送液体的蒸汽压力,可根据温度轻松计算,且比较容易找出该值。

•摩擦压头,已计算过,本例建议设为3.2英尺。

•速度水头,通常可以忽略不计,为简单起见,先跳过,在本系列后面的文章中予以讨论。

计算灌注吸入的NPSHa

1.对于使用公制的读者来说,这些部 件也可以米为单位,但单位要保持一致。

2.蒸汽压和摩擦总是负值,因此总是 不利的。

3.绝对压力可以为零,但根据定义不 能为负。

4.假设液体源头位于泵的下方而不是 上方,在“提升”的情况下,如果液位 低于泵的吸入口(而不是“灌注”的情 况),则静态高度为负值(该情况称为 “提升”),方程式中的这个数据对您 不利。

5.不需要关心泵或系统的排放侧,以 便进行NPSHa的计算。

6.综上所述,NPSHa公式中的大多数 组成部分都对您不利。现在开始理解为什 么吸入源需要升高、淹没、在大气中敞开 和/或在较低温度下用液体加压。

计算公式:

NPSHa=绝对压力-绝对蒸汽压力+静水压头-摩擦压头,或者NPSHa=A-V+S-F

或NPSHa=ha-hvpa+hst-hf

NPSHa=34-0.783+10-3.2=40.017英尺,或四舍五入为40英尺。式中,绝对压力= ha,绝对蒸汽压力= hvpa,静水压头= hst,摩擦压头= hf,单位为英尺。

如前所述,我们拥有实际数据填充公式中四个部分的信息,完成计算,确定 NPSHa。

方程中的第一个变量(ha)表示敞口水箱上方的绝对压力值。上面已提到过,该系统处于海平面位置。

敞口水箱中的液体受大气压力影响。在海平面位置,可以假定大气压力接近14.7磅/平方英寸的绝对压力(psia), 或0磅/平方英寸(psig)。注意,大气压 力的变化会影响NPSHa值。

现在只需把大气压从psia换算成英尺压头。将14.7乘以2.31,结果是33.957英尺,四舍五入为34英尺。方程中第一个变量的值为34英尺。

方程式中的第二个变量是hvpa,也即在给定温度68 F下液体的蒸汽压力。要得到蒸汽压力值,只需在参考书“Cameron Hydraulic Data Book”(《卡麦隆液压数据手册》)中查找。该值(饱和蒸汽绝对压力)通常以psia为单位,将直接随温度而变化,液体类型不同,hvpa也不同。

查找得到的值应为0.33889 psia。将该数字乘以2.31,将压头转换为以英尺为单位。所得值为0.7828英尺。四舍五入到 0.783英尺。现在方程中的第二个值是: 0.783英尺。

方程中的第三个变量是静压头 (hst)。这是从液体表面到泵中心线 (叶轮孔)的垂直距离。记住要测量最坏的情况(最低期望水平)。本例标明的静态高度为10英尺,不需要转换,因为已经使用了正确的单位。现在,方程中第三个变量的值已经计算出来,为10英尺。

方程式中的第四个变量为(hf)是管道中的摩擦损失,之前提供的值为3.2英 尺。现在已经有了四个计算值的答案。

请注意,给定的3.2英尺的摩擦系数是液体特性、流速、管道(吸入系统)材 料和几何结构的函数。简单而言,对于给定的液体流速,会因管道长度、弯管、阀门、水箱出口损失(从大到小的过渡段) 和泵的入口损失(从管道到泵喷嘴的直径变化)而产生摩擦损失。

最后还要记住,并没有讨论公式中的第五个变量,即速度水头(hvel)。在 适当设计的系统(牛顿液体在非泥浆工况)中,速度水头的值通常小于1英尺。

速度水头部分的值为正值。现在有四个所需的值来填充进公式,并计算出 NPSHA的答案。

所有单位均以英尺为单位。压力为绝对值。

请仔细阅读本例,看看是否能得到相同或相似的值。

参考:Cameron Hydraulic Data Book,第16版

 

 

 

作者:Jim Elsey

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