Розрахунок необхідного NPSH для насосу

Наведено роз’яснення що до NPSH, NPSHr, NPSHa, що це, на що впливає, наслідки. Також наведені приклади розрахунків NPSH для різних умов, розрахунковим шляхом показаний вплив температури води на NPSH системи. Наведені приклади розрахунку гідравлічного опору всмоктувальної лінії насосу.

Головне що потрібно мати на увазі, є те що фактичний тиск підпора для насосу (NPSHa) має бути більше того що вказаний в паспорті насосу (NPSHr). Якщо це не витримати, то є загроза що насос не зможе видати регламентні паспортні характеристики, і крім того можливе руйнування насосу від кавітації. Тепер все по черзі і детально.

Які є NPSH ?

NPSH розділяється на:

NPSHr «required», на українському «потрібний», це паспортні данні насосу.

NPSHa «available» , на українському «достопний», це фактичний розрахунковий.

Головна умова – NPSHa має бути більше ніж NPSHr.

NPSHr та NPSHa вимірюється в метрах (м, англ. m).

Примітка. NPSH розшифровується Net Positive Suction Head

Що таке NPSHr ?

NPSHr це мінімально необхідний тиск води на вході в насос, при якому буде відсутня кавітація всередині насосу. Інакше, це різниця між тиском на вході в насос, та самим низьким тиском в середині насосу.

Найнижчий тиск в насосі утворюється в районі робочого колеса, саме це місце кожний виробник намагається удосконалювати, так як від вказаного місця залежить NPSHr, і відповідно робочі характеристики насосу. Тут потрібно  розуміти, що насоси є різні, на різні NPSHr, тобто потрібно вірно підібрати насос до існуючої системи.

Розрахункове значення NPSHa системи має бути більше того NPSHr, що вказане в QH діаграмі насосу. Наведене NPSHr в паспорті насосу є змінним, і залежить від витрати насосу.

Залежність NPSHr від витрати

Примітка. В паспортах зазвичай NPSHr позначають NPSH. Чому так сказати важко, однак є як є.

З діаграми видно що чим більше витрата для конкретно взятого насосу, тим більше NPSHr. Висновком є те, що при зменшенні потоку води в насосі відбувається більш інтенсивне падіння тиску. Змінна NPSHr на відрізку мінімальна / максимальна витрата є виключно характеристикою конкретно взятого насосу. Тобто при мінімальних витратах насос може входити в кавітацію і вібрувати, (тиск на вході не достатній) а при перекачці максимальної кількості води працювати в регламенті (тиск на вході достатній). Тут поясним – це за умови постійного тиску на вході. Однак зазвичай насос відкачує воду з збірника в якому рівень змінний, в цьому випадку може бути кавітація при низькому рівні, і відсутня при високому. Висновком є те що система має бути розрахована таким чином, що б забезпечити необхідний NPSH при мінімальній витраті і мінімальному рівню води в збірнику.

Іншими словами тиск води на вході в насос має бути завжди більшим ніж тиск в середині насосу. Але для такого формулювання слід враховувати і температуру води на вході в насос. Про вплив температури дивіться нижче (розрахунок NPSHa).

На що впливає NPSHr ?

У разі меншого NPSHa ніж потрібно, тобто при тиску води менше ніж потрібно, в насосі відбувається падіння тиску до рівня тиску випаровування, тобто відбувається само-скипання води. Само-скипання води (кавітація) це утворення бульбашок з паром (умовно бульбашки при кипінні води в чайнику, однак в нашому випадку ці бульбашки в насосі). Далі ці бульбашки лопаються, виникає специфічний шум схожий на кипіння чайника (шум з постукуванням та шелестом), тобто в середині насосу відбуваються постійні міні гідроудари, які власне і призводить до пошкодження чи руйнування як робочого колесу насосу, так і в деяких випадках корпусу насосу. Також при кавітації насос не видає розрахункову витрату та тиск рідини.

Що таке кавітація ?

Кавітація це само-скипання рідини, у нашому випадку само-скипання води. При кавітації в насосі з’являється специфічний шум та вібрації, що утворюються від лапання бульбашок з паром.  Відзначимо що тиск в середини бульбашок менший ніж рідини, тому схлопування бульбашок відбувається з шумом та вібрацією. (при схлопуванні бульбашки відбувається конденсація пари що в ній яка супроводжується зменшенням об’єму, звідси шум і вібрація). Причиною схлопування бульбашок є зміна тиску в середині насосу, а як точніше, то це виглядає наступним чином. Бульбашки що утворились попадають в зони з більшим тиском що в насосі, там і лопаються, тут слід згадати основну логіку роботи насосу - насос перекачує воду піднімаючі тиск робочим колесом, тобто на вихідному патрубку тиск води завжди більший ніж на вхідному патрубку насосу, в противному разі насос не качає…

Розрахунок NPSHa

Визначаєм необхідну висоту підпора для насосу (NPSHa)

NPSHa = Pзбрн +Lпідпору - Pнпв - Hтертя - Pзапас

Pзбрн – тиск в збірнику, одиниця виміру «м» (метр)

  При відритій системі збірник має зв'язок з атмосферою, то слід прийняти атмосферний тиск в метрах ( Pзбрн=10,33 м);

  При закритій системі в збірнику може бути тиск як більше атмосферного, так і менше. Відповідно слід підставити даний тиск в метрах.

Lпідпору – Геометрична висота підпору в метрах (м), тобто це висота між висотою води в збірнику та віссю всмоктування насосу;

  Якщо збірник встановлений вище осі всмоктування насосу, то насос працює з підпором, тобто Lпідпору має бути з плюсом «+»,

  У разі наявності збірника нижче осі всмоктування насосу, то відповідно насос працює в режимі само-всмоктування, тобто підпор від’ємний, і відповідно Lпідпору має бути з мінусом «-».

Pнпв - Тиск насиченої пари при робочій температурі води, одиниця виміру метр, (м);

Hтертя - Загальні втрати на тертя у всмоктуючому трубопроводі, арматурах, тощо. Одиниця виміру метр, (м). Загальні втрати на тертя за звичай рахують на максимальну продуктивність насосу (При робочій, чи мінімальній продуктивності насосу, втрати на тертя будуть менші ніж на максимальну продуктивність).

Pзапас – Це тиск запасу, приймати 0,5 м. Запас в 0,5 м покриває не визначені розрахунком значення, що включає як фактичну геометрію насосу, зміну обертів двигуна, і відповідно оберти робочого колеса насосу так і прийняту шорсткість трубопроводу та арматур, тощо.

Приклад розрахунку NPSHa

Приймем що насос відкачує з збірнику що встановлений вище осі всмоктування насосу. Збірник знаходиться під атмосферним тиском. Тобто тиск над дзеркалом води атмосферний, Pзбрн=10,33 м.

Геометрична висота між віссю насосу, та мінімальним рівнем в збірнику дорівнює 1 м., Lпідпору = 1 м.

Робоча температура води 42оС, по таблиці для насиченої пари знаходимо що для температури 42оС тиск насиченої пари буде становити Pнпв ≈0,8 м (тут увага !, вказаний тиск потрібно перевести в метри водяного стовпа, інакше буде не відповідність одиниць вимірювання).

Hтертя визначаємо заздалегідь, Hтертя = 0,9 м (опис та приклади гідравлічного розрахунку дивіться в статті «Гідравлічний розрахунок трубопроводів та арматур).

Pзапас = 0,5 м. Це тиск підпору як запас на невраховані значення.

NPSHa = 10,33 + 1 – 0,8 – 0,9 – 0,5 = 9,13 м

Тобто це є фактичний тиск підпору насосу, і він має бути більше значення NPSHr насосу

Вплив температури води на NPSHa

Проведемо аналогічний розрахунок, однак змінним температури води.

Приймемо температуру води 42оС, 52оС, 62оС, 72оС, 82оС, 92оС, 98оС.

Для води 42оС Pнпв ≈0,8 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 0,8 – 0,9 – 0,5 = 9,13 м

Для води 52оС Pнпв ≈1,4 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 1,4 – 0,9 – 0,5 = 8,53 м

Для води 62оС Pнпв ≈2,2 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 2,2 – 0,9 – 0,5 = 7,73 м

Для води 72оС Pнпв ≈3,4 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 3,4 – 0,9 – 0,5 = 6,53 м

Для води 82оС Pнпв ≈5,1 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 5,1 – 0,9 – 0,5 = 4,83 м

Для води 92оС Pнпв ≈7,6 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 7,6 – 0,9 – 0,5 = 2,33 м

Для води 98оС Pнпв ≈9,4 м

NPSHa = 10,33 + 1 – 9,4 – 0,9 – 0,5 = 0,53 м

Увага !!, зазвичай кращі насоси мають NPSHr на рівні 1,8..2,2 м !!

Висновок. У розглянутих прикладах цілком легко підібрати насос за умови температури води до 90оС. Температура в 92 оС може бути критична для геометричного підпору в 1,0 м, цілком логічне «підняти» збірник на два метри, тобто Lпідпору = 2 м., тоді

Для води 92оС Pнпв ≈7,6 м

NPSHa = 10,33 + 2 – 7,6 – 0,9 – 0,5 = 3,33 м що дозволить без-проблемно підібрати насос. 

При температурі води в 98 градусів Цельсія збірник має бути на висоті 4 м від осі всмоктування насосу,  Lпідпору = 4 м.

NPSHa = 10,33 + 4 – 9,4 – 0,9 – 0,5 = 3,53 м.

При перекачуванні води що наближається до температури кипіння єдиним діючим аргументом є підняття збірнику до гори.

Зміст
Головна сторінка

Способи регулювання потоку води, яку перекачує насос
Розрахунок необхідного NPSH для насосу

Інші розділи

Ставки, Бризкальні басейни, Градирні, Чіллер, Драйкулер. Головна сторінка
Конденсатор. Конденсація пари