NPSH-Wert

Wenn Sie beim Lesen der Pumpenspezifikationen über NPSH schon einmal eingenickt sind, sind Sie nicht allein. Aber hier ist ein leicht verständlicher, grafischer Ansatz, um sicherzustellen, dass Ihr NPSHa > NPSHr ist.

 

Für die Uneingeweihten: Die verfügbare verfügbare positive Netto-Saughöhe (NPSHa, eine Funktion der Saugseite des Pumpensystems) muss die erforderliche positive Netto-Saughöhe (NPSHr, eine Funktion der Pumpe) übersteigen, um Kavitation zu vermeiden, die zu Pumpenschäden führt. Wir werden auch Möglichkeiten zur Anpassung der Variablen zur Maximierung von NPSHa für neue und bestehende Installationen besprechen.

 

Traditionell verwenden wir die Gleichung NPSHa = Ha ± Hz – Hf – Hvp, wobei

• Ha = Absolutdruck auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Vorratstank (auch bekannt als atmosphärischer Druck auf der Höhe des Standorts über dem Meeresspiegel).
• Hz = vertikale Entfernung von der Oberfläche der Flüssigkeit im Vorratstank zur Mittellinie des Pumpen-Sauganschlusses. Wenn sich die Flüssigkeit unterhalb der Pumpenmittellinie befindet, ist Hz negativ.
• Hf = Reibungsverluste in der Saugleitung.
• Hvp = absoluter Dampfdruck der Flüssigkeit bei der Pumpentemperatur.

 

Nicht vergessen! Alle H (Head)-Werte müssen in denselben Einheiten ausgedrückt werden, unabhängig davon, ob es sich um Fuß oder Meter gepumpte Flüssigkeit handelt.

 

Eine weitere, anschaulichere Möglichkeit, dies zu betrachten, besteht darin, den absoluten Druck Ha gegen die Summe der anderen vier Variablen in den unten in Abb. 1 und 6 gezeigten grafischen Lösungen darzustellen. Im ersten Beispiel wollen wir Tanklastwagen mit heißem Toluol mit einer über dem LKW montierten Pumpe von oben entladen, also versuchen wir, die maximal zulässige Saughöhe Hz zu bestimmen. Dieselbe grafische Lösung kann auch verwendet werden, um die Maximalwerte für andere Variablen zu ermitteln: Saugreibungsverluste Hf, Dampfdruck Hvp oder zur Unterstützung bei der Auswahl einer Pumpe mit einem zulässigen NPSHr-Wert. Nehmen Sie sich eine Minute Zeit, um sich die Grafik anzusehen, und lesen Sie dann weiter, um mehr darüber zu erfahren, woher die Zahlen stammen.

 

In diesem Fall beginnen wir links mit der Variable, die am schwierigsten zu ändern ist: Ha, oder absoluter Druck, da der Standort der Pumpe dort ist, wo er ist. Man kann sich Ha auch als die maximale Höhe des Wassers vorstellen, das durch den atmosphärischen Druck auf das Quellreservoir in ein langes vertikales Rohr gedrückt werden könnte, wobei am oberen Ende des Rohrs ein perfektes Vakuum herrscht. Dieses Projekt befindet sich an einem Standort 457 m (1.500 Fuß) über dem Meeresspiegel mit einem zur Atmosphäre hin offenen Quelltank, der eine Förderhöhe von 9,78 m (32,1 Fuß) vom atmosphärischen Druck bietet, um Flüssigkeit in den Saugbereich der Pumpe zu drücken, wenn diese angesaugt wird. Für Ihren Standort entnehmen Sie die Förderhöhe in Fuß oder Metern für Ha der Tabelle in Abb. 2.

 

Druck in Abhängigkeit von der Höhe
Höhe		Luftdruck		Förderhöhe
Fuß	Meter	PSI	Bar	Fuß	Meter
0	0	14.7	1.00	33.92	10.34
500	152	14.43	0.98	33.29	10.15
1,000	305	14.16	0.96	32.67	9.96
1,500	457	13.91	0.95	32.09	9.78
2,000	610	13.66	0.93	31.52	9.61
2,500	762	13.41	0.91	30.94	9.43
3,000	914	13.17	0.90	30.39	9.26
3,500	1,067	12.93	0.88	29.83	9.09
4,000	1,219	12.69	0.86	29.28	8.92
4,500	1,372	12.46	0.85	28.75	8.76
5,000	1,524	12.23	0.83	28.22	8.60
6,000	1,829	11.78	0.80	27.18	8.28
7,000	2,134	11.34	0.77	26.16	7.97
8,000	2,438	10.91	0.74	25.17	7.67
9,000	2,743	10.5	0.71	24.23	7.38
10,000	3,048	10.1	0.69	23.30	7.10
15,000	4,572	8.3	0.56	19.15	5.84
20,000	6,096	6.76	0.46	15.60	4.75

Abb. 2. – Absoluter Druck (und Förderhöhenäquivalent) in Abhängigkeit von der Höhe

 

Zurück zu Abb. 1: Schauen Sie unten rechts nach NPSHr. Dies ist eine Funktion der von Ihnen gewählten Pumpe bei der gewünschten Drehzahl. Bei Viking-Pumpen finden Sie NPSHr in Fuß oder Metern Förderhöhe im Viking Curve Generator, wie in Abb. 3 dargestellt. Bei anderen wenden Sie sich bitte an den Pumpenhersteller.

 

 

 

Ein einzigartiger Vorteil von Viking-Pumpen und PD-Pumpen im Allgemeinen besteht darin, dass man in einer Kavitationssituation den NPSHr einer vorhandenen Pumpe durch eine einfache Reduzierung der Drehzahl verringern kann, entweder durch einen VFD (variablen Frequenzantrieb) oder durch eine Änderung des Untersetzungsverhältnisses des Getriebes. Die Auswirkungen dieser Geschwindigkeitsreduzierung sind in Abb. 4 zu sehen, wo eine Reduzierung der Geschwindigkeit um einige hundert U/min den NPSHr um mehrere Fuß reduzieren kann. Dadurch wird natürlich die Durchflussrate reduziert, die proportional zur Geschwindigkeit ist, aber es kann eine gute vorübergehende Lösung sein, bis andere Variablen angegangen werden können.

 

Dies unterstützt auch die gängige Praxis, eine größere Pumpe auszuwählen und diese langsamer laufen zu lassen, um die Lebensdauer zu maximieren. Um die gewünschten 80 GPM (18 m3/h) zu erreichen, hätten wir die nächstgrößere Pumpe auswählen können, eine L4124A mit 390 U/min und einem NPSHr von nur 4,5 ' (1,37 m) oder sogar das nächstgrößere Modell, eine LL4124A mit 313 U/min und 3,3' (1,01 m) NPSHr, beide deutlich weniger als die KK, wählen können.

 

 

In Abhängigkeit von der gepumpten Flüssigkeit mag der Dampfdruck Hvp feststehend erscheinen, aber bei vielen flüchtigen Flüssigkeiten kann Hvp durch eine Verringerung der Temperatur reduziert werden. Dies ist in der Grafik in Abb. 5 zum Dampfdruck im Vergleich zur Temperatur zu sehen. Dies erklärt auch, warum einige Pumpen im Sommer kavitieren, im Winter jedoch nicht, wenn ihr NPSHa und NPSHr nahezu gleich sind.

 

Reibungsverluste in der Saugleitung, Hf, können auch in bestehenden Systemen reduziert werden, indem entweder die Saugleitung vergrößert, Standard-Bögen durch lange Bögen ersetzt, die Maschenweite in Saugsieben vergrößert oder Ventile durch Konstruktionen mit geringerem Reibungsverlust (z. B. Kugelventil durch Schieberventil) ersetzt werden. Als letzte Möglichkeit kann die Pumpe näher an den Quelltank herangeführt werden.

 

Schließlich gibt Hz, der vertikale Abstand von der Oberfläche der Flüssigkeit im Vorratstank zur Mittellinie der Pumpe, Aufschluss darüber, wie viel Saughöhe, wenn überhaupt, zulässig ist, damit eine Pumpe über dem Flüssigkeitsspiegel im Tank platziert werden kann.

 

Zur Überprüfung geben wir unsere Werte aus der grafischen Lösung in die ursprüngliche NPSHa-Gleichung ein NPSHa = Ha ± Hz – Hf – Hvp. Wir erhalten NPSHa = 32,1' – 9,5' – 12,1' – 3,8' = 6,7' oder 9,78 m – 2,89 m - 3,69 m - 1,16 m = 2,04 m, was zufällig den NPSHr-Werten für die von uns ausgewählte Pumpe entspricht, sodass NPSHa und NPSHr bei beiden Ansätzen gleich sind. Beachten Sie, dass wir Hz subtrahieren, da es sich um eine Saughöhe handelt. Bei einer positiven Saughöhe würden wir sie addieren.

 

Die meisten Pumpenbenutzer möchten, dass NPSHa NPSHr um einen Puffer von mindestens mehreren Fuß übersteigt, um sich ändernden Bedingungen Rechnung zu tragen. Obwohl der Puffer in diesen Diagrammen oder Berechnungen nicht dargestellt ist, ist es eindeutig eine bewährte Methode, ihn zu berücksichtigen. Wir können also eine Saughöhe Hz von bis zu 2,93 m (9,5 Fuß) erreichen, eine Reduzierung um ein paar Meter oder Fuß wäre optimal, oder es können andere Anpassungen vorgenommen werden, um NPSHa zu verbessern, wie z. B. die Wahl der größeren Pumpenbaugröße L oder LL.

 

Wie können Sie feststellen, ob eine Saughöhe nicht möglich ist? Wenn die Summe von NPSHr + Hvp + Hf Ha übersteigt, muss die Differenz, Hz, eine positive Förderhöhe an der Pumpenansaugung sein. Ein Beispiel, bei dem dies auftreten könnte, ist, wenn Sie dasselbe Pumpensystem zwischen den Chargen mit heißem Wasser spülen möchten. Bei 82 °C (180 °F) Wasser beträgt Hvp 5,43 m (17,8'). Sehen Sie sich das unten grafisch an.

 

 

 

In diesem Fall erfordert der hohe Dampfdruck des heißen Wassers eine positive Förderhöhe von mindestens 1,38 m (4,5 Fuß) auf der Saugseite der Pumpe, um Kavitation zu verhindern. In diesem Fall muss sich für den Spülzyklus eine Heißwasserquelle über der Pumpe befinden.

Zwei letzte Vorbehalte: 1) In dieser kurzen Diskussion werden keine Anwendungen berücksichtigt, die aus Behältern unter Druck oder Vakuum schöpfen, und 2) es wird kein Hv, keine Geschwindigkeitshöhe am Sauganschluss berücksichtigt, da dies normalerweise vernachlässigbar ist. Hv-Werte für Viking-Pumpen finden Sie in der Viking-Publikation AD-19 „Net Positive Suction Head“.

Wie Sie gesehen haben, ist die Visualisierung von NPSH nicht so schwierig und kann Kavitationsprobleme, die zu ungeplanten Ausfallzeiten und übermäßigen Wartungskosten führen würden, entweder verhindern oder lösen. Wenden Sie sich an Ihren örtlichen autorisierten Viking Pump-Händler, um Unterstützung bei der Auswahl neuer Pumpen und Strategien zur Vermeidung von Kavitation zu erhalten.