着魔的NPSHA

原标题：NPSHA的逐步计算，作者：Jim Elsey

来源：荣格国际泵阀技术商情，泵友圈整理。

 

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。

 

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。欢迎关注泵友圈微信公众号。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