Что такое NPSH, NPSHa, NPSHr и кавитация

NPSH (Net Positive Suction Head) – высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса. Параметр используется для оценки работы насосной установки без кавитации.

Допустимый NPSH (NPSHa)

Допустимый NPSH (NPSHa) - является характеристикой системы, в которой работает насос. Это разница между атмосферным давлением, высоты всасывания насоса и давления насыщенных паров. На рисунке изображены 4 типа систем, для каждой приведены формулы расчета NPSHa системы. Очень важно также учесть плотность жидкости и привести все величины к одной единице измерения.

Pb = атмосферное давление, в метрах;

Vp = Давление насыщенных паров жидкости при максимальной рабочей температуре жидкости;

p=Давление на поверхности жидкости в закрытой емкости, в метрах;

Ls =Максимальная высота всасывания, в метрах;

Lh =Максимальная высота подпора, в метрах;

hf= Потери на трение во всасывающем трубопроводе при требуемой производительности насоса, в метрах.

В реальной системе NPSHa определяется с помощью показаний манометра, установленного на стороне всасывания насоса. Применяется следующая формула:

NPSHa= Pb – Vp ± Gr + hv, где

Gr = Показания манометра на всасывании насоса, выраженные в метрах, взятые с плюсом (+) , если давление выше атмосферного и с минусом (-), если ниже, с поправкой на осевую линию насоса;

hv = Динамический напор во всасывающем трубопроводе, выраженный в метрах.

Требуемое значение NPSH (NPSHr)

Требуемое значение NPSH (NPSHr) - зависит от конструкции насоса. Когда жидкость проходит через всасывающий патрубок насоса и попадает на направляющий аппарат рабочего колеса, скорость жидкости увеличивается, а давление падает. Также возникают потери давления из-за турбулентности и неровности потока жидкости, т.к. жидкость бьет по колесу.

Центробежная сила лопаток рабочего колеса также увеличивает скорость и уменьшает давление жидкости. NPSHr - необходимый подпор на всасывающем патрубке насоса, чтобы компенсировать все потери давления в насосе и удержать жидкость выше уровня давления насыщенных паров, и ограничить потери напора, возникающие в результате кавитации на уровне 3%. Трехпроцентный запас на падение напора – общепринятый критерий NPSHr, принятый для облегчения расчета. Большинство насосов с низкой всасывающей способностью могут работать с низким или минимальным запасом по NPSHr, что серьезно не сказывается на сроке их эксплуатации. NPSHr зависит от скорости и производительности насосов. Обычно производители насосов предоставляют информацию о характеристике NPSHr.

Кавитация

Кавитация – это термин, применяющийся для описания явления, возникающего в насосе при недостаточном NPSHa. Давление жидкости при этом ниже значения давления насыщенных паров, и мельчайшие пузырьки пара жидкости двигаются вдоль лопаток рабочего колеса, в области высокого давления пузырьки быстро разрушаются.

Разрушение или «взрыв» на столько быстрое, что на слух это может казаться рокотом, как будто в насос насыпали гравий. В насосах с высокой всасывающей способностью взрывы пузырьков на столько сильные, что лопатки рабочего колеса разрушаются всего в течение нескольких минут. Это воздействие может увеличиваться и при некоторых условиях (очень высокая всасывающая способность) может привести к серьезной эрозии рабочего колеса.

Возникшую в насосе кавитацию очень легко распознать по характерному шуму. Кроме повреждений рабочего колеса кавитация может привести к снижению производительности насоса из-за происходящего в насосе испарения жидкости. При кавитации может снизиться напор насоса и /или стать неустойчивым, также непостоянным может стать и энергопотребление насоса. Вибрации и механические повреждения такие как, например, повреждение подшипников, также могут стать результатом работы насоса с высокой или очень высокой всасывающей способностью при кавитации.

Чтобы предотвратить нежелательный эффект кавитации для стандартных насосов с низкой всасывающей способностью, необходимо обеспечить, чтобы NPSHa системы был выше, чем NPSHr насоса