Как да изчислим NPSH на водна помпа?

Как да изчислим NPSH на водна помпа?

Като доставчик на водни помпи, разбирането на нетната положителна смукателна височина (NPSH) на водна помпа е от решаващо значение. NPSH играе важна роля в работата и надеждността на водните помпи. В този блог ще обясня какво е NPSH, защо е важно и как да го изчисля.

Какво е NPSH?

NPSH е разликата между абсолютното налягане на смукателния отвор на помпата и налягането на парите на течността при работната температура. По-просто казано, това представлява количеството налично налягане при засмукване на помпата, за да се предотврати изпаряването на течността. Когато налягането при засмукване на помпата падне под налягането на парите на течността, се образуват мехурчета от пара. След това тези мехурчета се свиват, когато навлязат в зона с по-високо налягане в помпата, причинявайки феномен, известен като кавитация.

Кавитацията може да доведе до няколко проблема, включително намалена ефективност на помпата, повишен шум и вибрации и повреда на работното колело и корпуса на помпата. Следователно осигуряването на достатъчно NPSH на помпата е от съществено значение за нейната правилна работа.

Защо NPSH е важно?

Адекватният NPSH е жизненоважен за надеждната работа на водните помпи. Ето причините:

1. Предотвратяване на кавитация: Както споменахме по-рано, недостатъчният NPSH може да причини кавитация. Кавитацията може да ерозира компонентите на помпата, което води до преждевременна повреда. Като поддържаме подходящ NPSH марж, можем да избегнем отрицателните ефекти от кавитацията и да удължим експлоатационния живот на помпата.
2. Поддържайте производителността на помпата: Когато възникне кавитация, работата на помпата е значително засегната. Напорът и дебитът на помпата може да намалеят и консумацията на енергия може да се увеличи. Осигурявайки достатъчно NPSH, можем да поддържаме проектираната производителност и ефективност на помпата.
3. Надеждност на системата: Помпа, която работи с подходящ NPSH, е по-малко вероятно да претърпи повреди. Това е важно за цялостната надеждност на водоснабдителната система. Например, в пречиствателна станция за вода е необходима надеждна помпа, за да се осигури непрекъснато снабдяване с чиста вода.

Видове НПШ

Има два типа NPSH: NPSH Required (NPSHR) и NPSH Available (NPSHA).

• Изисква се NPSH (NPSHR): Това е минималният NPSH, необходим на помпата, за да работи без кавитация. Определя се от производителя на помпата чрез тестване и обикновено се предоставя в кривата на работата на помпата. Стойността на NPSHR зависи от фактори като конструкцията на помпата, дебита и скоростта на работното колело.
• Наличен NPSH (NPSHA): Това е действителният NPSH, наличен при засмукване на помпата при специфичните работни условия на системата. Изчислява се въз основа на характеристиките на системата, като надморската височина на източника на течност, налягането на повърхността на течността и загубите от триене в смукателния тръбопровод.

Как да изчислим наличния NPSH (NPSHA)

Общата формула за изчисляване на NPSHA е следната:

[NPSHA = \frac{P_{a}}{\rho g}+\frac{V_{a}^{2}}{2g}+Z_{a}-h_{f}-P_{v}/\rho g]

където:

• (P_{a}) е абсолютното налягане на повърхността на течността (Pa). Това може да е атмосферно налягане, ако течността е в отворен резервоар.
• (\rho) е плътността на течността ((kg/m^{3})). За вода при стандартни условия (\rho = 1000 kg/m^{3}).
• (g) е ускорението, дължащо се на гравитацията ((9,81 m/s^{2})).
• (V_{a}) е скоростта на течността при смукателната дюза ((m/s)).
• (Z_{a}) е денивелацията между повърхността на течността и централната линия на помпата (m). Ако повърхността на течността е над централната линия на помпата, (Z_{a}) е положителен; ако е под, (Z_{a}) е отрицателно.
• (h_{f}) е загубата на напор при триене в смукателния тръбопровод (m). Това включва загуби, дължащи се на триене на тръби, фитинги и клапани.
• (P_{v}) е налягането на парите на течността при работна температура (Pa).

Нека разбием стъпките за изчисление:

1. Определете абсолютното налягане на повърхността на течността ((P_{a})):

   • Ако течността е в отворен резервоар, (P_{a}) е атмосферното налягане. На морското равнище стандартното атмосферно налягане е приблизително (101325 Pa). Атмосферното налягане обаче варира в зависимост от надморската височина. Можете да използвате барометър, за да измерите местното атмосферно налягане или да се обърнете към таблиците за надморска височина - налягане.
   • Ако резервоарът е под налягане, трябва да добавите манометричното налягане към атмосферното налягане, за да получите абсолютното налягане.

2. Изчислете напора на скоростта ((\frac{V_{a}^{2}}{2g})):

   • Първо изчислете скоростта на течността при смукателната дюза ((V_{a})). Скоростта може да се изчисли с помощта на формулата (V_{a}=\frac{Q}{A}), където (Q) е дебитът ((m^{3}/s)), а (A) е площта на напречното сечение на смукателната тръба ((m^{2})).
   • След това заместете (V_{a}) във формулата за скоростен напор.

3. Определете денивелацията ((Z_{a})):

   • Измерете вертикалното разстояние между повърхността на течността и централната линия на помпата. Уверете се, че използвате правилния знак в зависимост от това дали повърхността на течността е над или под централната линия на помпата.

4. Изчислете загубата на напор при триене ((h_{f})):

   • Загубата на напор от триене в смукателния тръбопровод може да се изчисли с помощта на уравнението на Дарси - Вайсбах: (h_{f}=f\frac{L}{D}\frac{V^{2}}{2g}), където (f) е факторът на триене, (L) е дължината на смукателната тръба (m), (D) е диаметърът на смукателната тръба (m) и (V) е средната скорост на течността в тръбата ((m/s)).
   • Коефициентът на триене (f) зависи от числото на Рейнолдс ((Re)) и относителната грапавост на тръбата. За ламинарен поток ((Re < 2000)), (f=\frac{64}{Re}). За турбулентен поток можете да използвате диаграмата на Муди или емпирични уравнения, за да определите (f).
   • В допълнение към триенето на тръбата, трябва да имате предвид и загубите, дължащи се на фитинги и клапани. Тези загуби могат да бъдат оценени с помощта на методи за еквивалентна дължина. Всеки фитинг или вентил има еквивалентна дължина, която може да се добави към действителната дължина на тръбата при изчисляване на загубата на напор при триене.

5. Определете налягането на парите на течността ((P_{v})):

   • Парното налягане на водата варира в зависимост от температурата. Можете да се обърнете към таблиците за пара, за да намерите налягането на парите на водата при работната температура. Например при (20^{\circ}C) налягането на парите на водата е приблизително (2339 Pa).

Пример за изчисляване на NPSHA

Да приемем, че имаме следната система:

• Водата се съхранява в отворен резервоар на морско ниво, така че (P_{a}=101325 Pa).
• Скоростта на потока (Q = 0,1 m^{3}/s) и диаметърът на смукателната тръба (D = 0,2 m).
• Повърхността на течността е (2 m) над централната линия на помпата, така че (Z_{a}=2 m).
• Дължината на смукателната тръба (L = 5 m), а тръбата е изработена от гладка стомана с относителна грапавост (0,000045 m). Има две 90-градусови колена и един шибър в смукателния тръбопровод.
• Температурата на водата е (20^{\circ}C), така че (P_{v}=2339 Pa).

Първо изчислете скоростта на течността при смукателната дюза:

[A=\frac{\pi D^{2}}{4}=\frac{\pi\times(0,2)^{2}}{4}=0,0314 m^{2}]

[V_{a}=\frac{Q}{A}=\frac{0,1}{0,0314}\приблизително 3,18 m/s]

Главата на скоростта е:

[\frac{V_{a}^{2}}{2g}=\frac{(3,18)^{2}}{2\times9,81}\приблизително 0,51 m]

Числото на Рейнолдс е:

[Re=\frac{V_{a}D}{\nu}]

За вода при (20^{\circ}C), кинематичният вискозитет (\nu = 1\times10^{- 6}m^{2}/s)

[Re=\frac{3.18\times0.2}{1\times10^{-6}} = 636000]

Използвайки диаграмата на Муди или емпирично уравнение за турбулентен поток, намираме, че коефициентът на триене (f\приблизително 0,015)

Еквивалентната дължина на две 90-градусови колена и един шибър е приблизително (2\times30\times D+1\times7\times D=(60 + 7)\times0.2 = 13.4 m)

Общата еквивалентна дължина на смукателната тръба е (L_{eq}=5 + 13,4=18,4 m)

Загубата на главата от триене е:

[h_{f}=f\frac{L_{eq}}{D}\frac{V_{a}^{2}}{2g}=0.015\times\frac{18.4}{0.2}\times0.51\approx0.7 m]

Сега изчислете NPSHA:

[NPSHA=\frac{P_{a}}{\rho g}+\frac{V_{a}^{2}}{2g}+Z_{a}-h_{f}-\frac{P_{v}}{\rho g}]

[NPSHA=\frac{101325}{1000\times9.81}+0.51 + 2-0.7-\frac{2339}{1000\times9.81}]

[NPSHA = 10,33+0,51 + 2-0,7 - 0,24=12,9 m]

Избор на правилната помпа въз основа на NPSH

След като изчислите NPSHA, трябва да го сравните с NPSHR на помпата. NPSHA трябва да бъде по-голям от NPSHR, за да се гарантира, че помпата работи без кавитация. Общото правило е да имате марж на NPSH от поне 1 - 2 m.

Като доставчик на водни помпи, ние предлагаме широка гама от помпи, включителноМногостепенна центробежна помпа,Помпа с аксиален разделен корпус, иДвойна смукателна помпа. Когато избирате помпа за вашето приложение, не забравяйте да проверите стойностите на NPSHR, предоставени в кривата на производителността на помпата, и се уверете, че изчисленото от вас NPSHA отговаря на изискванията.

Ако не сте сигурни за изчислението на NPSH или се нуждаете от помощ при избора на правилната помпа, нашият екип от експерти е тук, за да ви помогне. Можем да ви предоставим подробна техническа поддръжка и насоки, за да сме сигурни, че ще изберете най-подходящата помпа за вашата система.

В заключение, изчисляването на NPSH на водна помпа е критична стъпка при избора на помпа и проектирането на системата. Като разберете концепцията за NPSH, извършите точни изчисления и изберете правилната помпа, можете да осигурите надеждната и ефективна работа на вашата водоснабдителна система. Ако се интересувате от закупуване на водни помпи или имате нужда от допълнителен съвет относно NPSH и избора на помпа, моля свържете се с нас за подробна дискусия.

Референции

• Компания за кранове. "Поток на течности през клапани, фитинги и тръби." Технически документ № 410.
• Perry, RH, & Green, DW "Наръчник на инженерите-химици на Perry." McGraw - Hill Education.
• Streeter, VL, & Wylie, EB "Механика на флуидите." McGraw - Hill Education.