NPSH Visualiserat

Om du någonsin har somnat när du har läst pumptexter om NPSH är du inte ensam. Men här är en lättförståelig, grafisk metod för att säkerställa att din NPSHa>NPSHr.

 

För nybörjare gäller att tillgängligt positivt nettosughuvud (NPSHa, en funktion av pumpsystemets sugsida) måste överstiga erforderligt positivt nettosughuvud (NPSHr, en funktion av pumpen) för att undvika kavitation, vilket leder till pumpskador. Vi kommer också att diskutera olika sätt att justera variablerna för att maximera NPSHa för både nya och befintliga installationer.

 

 

Traditionellt använder vi ekvationen NPSHa = Ha ± Hz - Hf - Hvp , där

• Ha = absolut tryck på vätskeytan i försörjningstanken (även kallat atmosfärstryck på platsens höjd över havet).
• Hz = vertikalt avstånd från vätskeytan i försörjningstanken till pumpens sugöppnings mittlinje. Om vätskan befinner sig under pumpens mittlinje är Hz negativ.
• Hf = friktionsförluster i sugröret.
• Hvp = vätskans absoluta ångtryck vid pumpningstemperatur.
•  

Kom ihåg! Alla H-värden (Head) måste uttryckas i samma enheter, oavsett om det gäller fot eller meter pumpad vätska.

 

Ett annat mer visuellt sätt att se på saken är att plotta det absoluta trycket Ha mot summan av de andra fyra variablerna, i de grafiska lösningar som visas nedan i Fig. 1 & 6. I det första exemplet vill vi topplossa tankbilar med varm toluen med en pump monterad ovanför lastbilen, så vi försöker bestämma det maximalt tillåtna suglyftet Hz. Samma grafiska lösning kan också användas för att hitta maxvärden för någon av de andra variablerna: sugfriktionsförluster Hf, ångtryck Hvp eller för att välja en pump med ett tillåtet NPSHr-värde . Ta en minut för att titta på grafiken och läs sedan vidare för att få mer information om var siffrorna kommer ifrån.

 

I det här fallet börjar vi till vänster med den variabel som är svårast att ändra: Ha, eller absolut tryck, eftersom pumpen är placerad där den är. Ett annat sätt att tänka på Ha är att det är den maximala vattenhöjd som kan tvingas upp i ett långt vertikalt rör av atmosfärstrycket i källreservoaren, med ett perfekt vakuum i toppen av röret. Det här projektet är beläget på en plats 457 m (1 500 fot) över havet med källtanken öppen mot atmosfären, vilket ger 9,78 m (32,1 fot) tryckhöjd från atmosfärstrycket för att tvinga vätska in i pumpens sug när den är fylld. För din plats, se tabellen i fig. 2 för att få fram fot eller meter av tryckhöjd för Ha.

Tryck mot höjd över havet
Altitud		Barometriskt tryck		Huvud
Fötter	Meter	PSI	Bar	Fötter	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

Fig. 2 - Tabell över absolut tryck (och tryckhöjdsekvivalent) vs. höjd över havet

 

Tillbaka i fig. 1, titta längst ned till höger för NPSHr. Detta är en funktion av vilken pump du väljer, vid önskat varvtal. Med Viking-pumpar kan du hitta NPSHr i fot eller meter tryckhöjd på Viking Curve Generator, som visas i fig. 3. För andra pumpar, kontakta pumptillverkaren.

 

En unik fördel med Viking-pumpar, och PD-pumpar i allmänhet, är att man i en kavitationssituation kan minska en befintlig pumps NPSHr genom att helt enkelt minska varvtalet, antingen genom en Variabel frekvensomriktare (VFD) eller genom att ändra utväxlingen på reduceringsväxeln. Effekterna av denna varvtalsminskning framgår av fig. 4, där en minskning av varvtalet med några hundra varv/minut kan minska NPSHr med flera meter. Detta minskar naturligtvis flödet, som är proportionellt mot varvtalet, men kan vara en bra tillfällig lösning tills andra variabler kan åtgärdas.

 

Detta stöder också den vanliga metoden att välja en större pump och köra den långsammare för att maximera livslängden. För att få de 80 GPM (18 m3/h) vi vill ha kunde vi ha valt den nästa större pumpen, en L4124A som går på 390 RPM med en NPSHr på endast 4,5' (1,37 m), eller till och med den nästa större modellen, en LL4124A på 313 RPM med 3,3' (1,01 m) NPSHr, båda betydligt mindre än KK.

 

Som en funktion av den vätska som pumpas kan ångtrycket Hvp tyckas vara fast, men för många flyktiga vätskor kan Hvp minskas genom att sänka temperaturen. Detta kan ses i fig. 5:s graf över ångtryck vs. temperatur. Detta bidrar också till att förklara varför vissa pumpar får kavitation på sommaren men inte på vintern, om deras NPSHa och NPSHr är nästan lika stora.

 

 

Friktionsförlusterna i sugledningen, Hf, kan minskas, även i befintliga system, genom att antingen öka sugrörets storlek, byta ut standardböjar mot långa svepböjar, öka maskstorleken i sugsilar eller byta ut ventiler till konstruktioner med lägre friktionsförluster (t.ex. från sätesventil till grindventil). Att flytta pumpen närmare källtanken kan vara en sista utväg.

 

Slutligen kommer Hz, det vertikala avståndet från vätskeytan i försörjningstanken till pumpens centrumlinje, att berätta hur mycket suglyft, om något, som är tillåtet för att möjliggöra att en pump placeras ovanför vätskenivån i tanken.

 

Som en kontroll kan vi sätta in våra värden från den grafiska lösningen i den ursprungliga NPSHa-ekvationen NPSHa = Ha ± Hz - Hf - Hvp. Vi får NPSHa = 32,1' - 9,5' - 12,1' - 3,8' = 6,7', eller 9,78m - 2,89m -3,69m - 1,16m = 2,04m, vilket råkar vara lika med NPSHr-värdena för den pump vi valde, så i båda fallen är NPSHa=NPSHr. Observera att eftersom det är en suglyft subtraherar vi Hz. Om det vore ett positivt sughuvud skulle vi lägga till det.

De flesta pumpanvändare vill att NPSHa ska överstiga NPSHr med en buffert på minst några meter för att möjliggöra ändrade förhållanden, och även om bufferten inte visas i dessa diagram eller beräkningar är det helt klart bästa praxis att ta hänsyn till den. Så även om vi kan få en suglyft Hz på upp till 2,93 m (9,5 fot) är det optimalt att minska den med några meter eller en meter, eller att göra andra justeringar för att förbättra NPSHa, som att välja en större pump i storlek L eller LL.

 

Hur vet man om det inte är möjligt med suglyft? Om summan av NPSHr + Hvp + Hf överstiger Ha måste skillnaden, Hz, vara en positiv tryckhöjd på pumpens sug. Ett exempel på när detta kan inträffa är om du vill spola samma pumpsystem med varmvatten mellan satserna. På 82 °C (180 °F) vatten är Hvp 5,43 m (17,8'). Titta på det grafiskt nedan.

 

 

 

 

I det här fallet kräver varmvattnets höga ångtryck en positiv tryckhöjd på minst 1,38 m (4,5') på pumpens sugsida för att förhindra kavitation. I detta fall måste en varmvattenkälla placeras ovanför pumpen för spolcykeln.

Två sista varningar 1) denna korta diskussion tar inte hänsyn till applikationer som drar från kärl under tryck eller vakuum, och 2) den tar inte hänsyn till Hv, hastighetshöjden vid sugporten, eftersom den vanligtvis är försumbar. Hv-värden för Viking-pumpar finns i Vikings publikation AD-19 ”Net Positive Suction Head”.

Som du har sett är det inte så svårt att visualisera NPSH och det kan antingen förhindra eller lösa kavitationsproblem som skulle leda till oplanerade driftstopp och höga underhållskostnader. Kontakta din lokala auktoriserade Viking Pump-distributör för hjälp med val av ny pump och strategier för att undvika kavitation.