在这里，我再次谈到净正吸头(NPSH)这个乏味的主题。我知道这似乎是我最喜欢的主题，但在你翻开这一页之前，NPSH是我工作中每天都会出现的一个重要主题。(郑重声明，任何了解我的人都会告诉你，我最喜欢的话题是最大化小块雪佛兰发动机。)
本专栏将讨论可能采取的缓解措施，以纠正现有的NPSH余量不足的情况。我的评论是基于抽水。
有好消息也有坏消息。好消息是，有几种潜在的方法可以纠正NPSH不足的问题。坏消息是，大多数缓解措施的成本过高，设备所有者会反对。最好在一开始就避免这个问题，因为纠正性的解决方案(如果有的话)通常是痛苦的。
汽蚀余量保证金
泵系统的吸入端必须以某种方式提供泵所需的能量(高于蒸汽压)，以避免汽蚀问题。与都市神话相反，泵无法伸出并将液体拉入叶轮的眼。能量通常来自重力(静态头)或大气压力，但也可能由外部压力源诱导。
方程1:
NPSH Margin = NPSHa/NPSHr
系统所有者或其代理有责任确定可用NPSH (NPSHa)的数量。泵制造商将测试泵并公布所需的汽蚀余量(NPSHr)。为了避免/减轻空化问题，NPSHa必须大于NPSHr。NPSHa与NPHSr的比值称为NPSH余量。
一般的经验法则是让系统提供至少比泵所需的3到5英尺的可用空间。按照这个拇指规则设计最终会让你陷入麻烦，我建议你阅读并遵循液压学会9.6.1的指导方针和标准，以获得适当的余量。有时甚至30英尺的空间(比例为1.5)也不够。此外，要认识到即使利润率很高，也没有真正消除气蚀，只是希望将气蚀降低到不会导致泵性能或材料退化问题的水平。
提示:如果您还没有意识到，请理解已发布的泵的NPSHr数字(也称为NPSH3)可能对外行略有误导。在确定NPSHr的测试过程中，将运行的泵保持在恒定的流量和扬程，同时通过降低NPSHa迫使泵达到空化点。当头部下降3%时，该NPSH点将成为NPSHr的公布数据点。也就是说，在NPSHa等于NPSHr的条件下，泵将发生空化。或者另一种说法是泵已经在释放点空化了。
这并不是什么肮脏的小秘密——汽车行业从1903年就开始这样做了(1932年正式采用)，但有时原始设备制造商需要更好地与最终用户沟通。为泵制造商辩护，没有简单的方法可以准确地进行这些测试。
公式是你的朋友
我最初是在大学里学到这句格言的，后来在美国海军的核动力训练中，这句话就刻在了我的脑海里:“遇到麻烦时，从公式开始寻找解决方案。”所以，直到今天，我仍然告诉我的学生，“公式是你的朋友。”
计算NPSHa的简单公式见式2。一次一个，检查公式中的因子。请参阅我在2021年10月号上的上一篇专栏文章，或参阅“卡梅隆液压数据”一书第1章，了解各个术语的详细定义和条件。你应该总是在最坏的情况下计算NPSHa(智库/污水池水平和最高温度下的最大流量)。同时，查看并添加系统年龄和污垢因素。公式中所有的因子都应表示为绝对值。
另一种方法是在现场测量NPSHa。我建议使用液压学会9.6.1中规定的公式。注意汽蚀余量的计算和测量之间的区别。
方程2:
NPSHa = h一个- - - - - - hvpa+ / - h圣- - - - - - hfs
地点:
•h一个绝对压力
•hvpa蒸汽压
•h圣=静态磁头(如果进水则为阳性;如果是举重则为负)
•hfs摩擦头
注:未显示速度头(h韦尔)，在大多数情况下可以忽略。但是，如果您正在进行测量(实地的实证测试)，则应该考虑该因子并注意到它具有正号。如果您只是使用上述公式计算NPSHa，则不需要包含。如果吸入管道系统尺寸过小，就会出现这种情况
一个因素。
绝对压力
这是压在液体源上的绝对压强。如果它是一个开放的系统，它是大气压力(气压)压在表面。注意，气压随海拔高度的变化而变化，因此气压必须根据海拔高度进行调整，并转换为绝对值。如果系统是关闭的，则需要查看压力并将其转换为绝对扬程。如果系统是在真空中，首先要意识到真空中仍然存在一些压力——它只是一个比大气低的压力。
现在，让我们看看在NPSHa不足的情况下，我们可以做些什么来改变第一个因素。
在开放式系统中，业主很有可能不会改变天气，也不会将电厂移到大气压力较高(海拔较低)的地区。对于这种情况，我们没有任何商业上可行的办法。在封闭系统的情况下，压力增加的可能性很小，但现实世界的问题和工艺要求通常会排除任何变化。然而，提出这个问题，并期待一些负面的批评。闭式水循环系统通常可以稍微增加压力，几乎没有问题。
蒸汽压
下一个是蒸汽压。如果你不熟悉，请阅读我2018年4月的专栏《压力下:蒸汽压力的危险》。
蒸汽压与所抽液体的温度有关。温度越高，蒸汽压越高。因为这个系数总是负的，所以蒸汽压永远不会成为你争取更多NPSHa的朋友。为了提高NPSHa，缓解措施是尽可能降低液体温度。同样，系统所有者会在这个问题上和你争论因为在几乎所有情况下都有一个好的系统设计来解释为什么温度是这样的。降低一个过程中的温度通常意味着需要在系统的其他地方提高温度(增加热量)，从而降低整个循环效率。在我从事这一行50年的时间里，我只遇到过一个用户默认降低流程温度的例子。
静压头
如前所述，如果吸力被淹没，静态扬程系数将为正，如果泵处于提升状态，则为负。
在工业和加工工厂中，有很好的理由你会看到这么多泵的吸入源升高和/或泵的位置在较低的楼层或地下室。BETVICTOR体育官网原因是为了获得/最大化静态头。在我做过的无数次NPSHa计算中，静态头是允许系统正确工作的唯一因素。去任何有蒸汽系统的工厂，寻找冷凝水泵——可能除了包装锅炉，冷凝水泵总是在最低的水平。BETVICTOR体育官网电厂业主不想要最初的建设费用(高架塔和挖掘)，但这是一个明智的妥协，可以提高设备的可靠性，降低电厂生命周期内的运营和维护成本。
在您的任务中，增加系统的NPSHa的泛滥吸入，您可以增加供应源的高度和/或降低泵。这两种选择都成本高昂，而且会破坏工厂的运营。在我的职业生涯中，我遇到过两个泵主接受这些变化之一的例子。
注:在吸力提升的情况下，如果可能/可行，您可以设置更高的水池水位以降低升力。根据我的经验，这种做法要么行不通，要么收效甚微。
摩擦头
NPSHa公式中的最后一个因素是摩擦力。这是一个有时可以被操纵的因素。近年来，我曾多次目睹客户对管道进行更改。管道更改与其他因素一样，代价昂贵且具有破坏性。在这种情况下，经常出现的另一个问题是对设备规模和厂房占地面积的人为财务限制。高层管理部门会要求较小的工厂占地面积以降低成本，但这些决定往往是在缺乏从总体拥有成本(TCO)的长期角度考虑可靠性的情况下做出的。
计算摩擦头，看吸力速度。寻找减少摩擦和速度的方法和手段。我见过设计和构造非常糟糕的系统，我们可以通过简单地安装适当尺寸的通畅直管来轻松纠正NPSHa问题。是的，有一些与项目相关的停机时间和成本，但从整体来看，投资回报率(ROI)在不到一年的时间内就实现了。
公式很有趣，但我的任务失败了
正如我在本专栏开始时预测的那样，大多数情况下，所需的修正要么成本高昂，要么不可行的。现在的问题是，我还能做什么?我提供以下可能的缓解方法。
1.在需要较少NPSHr的区域运行泵。并非总是如此，但我也曾惊讶于客户没有意识到泵在曲线上运行得太右或太左的次数。
2.非常少量的空气或气体引入系统的吸力侧将减轻空化损害的负面影响。泵的性能会略有下降。
3.请注意，1%的空气夹带量通常是最大限度，超过1%会产生负面影响。
4.研究不同类型的叶轮。许多制造商将为给定的泵型号和尺寸提供交替叶轮。询问制造商是否有需要更少NPSHr的叶轮。注意，可选叶轮很可能具有更高的吸速(Nss)，并且在关闭和最佳效率点(BEP)之间的操作区域可能存在再循环问题。有些选择会，有些不会，但你需要问一问。
5.调查另一种泵型号或不同的制造商。任何一项决定都至少涉及管道更换，可能还包括地基、底板和电力供应的更换。
6.您可以通过消除管道中突出的部件(如仪表，甚至穿孔本身)来提高NPSHa和/或降低NPSHr。伟德体育娱乐此外，还应考虑改变叶轮前缘叶片型线和泵的表面光洁度，特别是叶轮。
7.改变泵的速度，以较慢，这将通常发挥出的变化，以不同的泵。NPSHr的变化近似于速度比的平方。例如，如果您当前的泵运行速度为3550转/分钟(rpm)，则可以选择运行速度为1750转/分钟的泵，并期望NPSHr在50%的范围内降低。需要注意的是，新泵的物理尺寸大约是原来泵的两倍。好消息是，增加的成本最终会减少维护和延长平均故障间隔时间(MTBF)。
8.换一种不同风格的泵/叶轮可能会有所帮助。水平分体式泵具有双吸入叶轮，可将NPSHr降BETVICTOR体育官网低约50%。一些原始设备制造商提供带有双吸一级叶轮的立式泵，这BETVICTOR体育官网是冷凝系统的真正赢家，因为泵可以延伸(进一步向下)到坑/罐中，以获得更多的静态压头，同时使用双眼叶轮可降低50%的NPSHr。
9.解决NPSHr问题的一个经常被忽视的补救措施是串联增加一个增压泵。与其试图在一步中完成所有的液压头要求，不如考虑分两步完成。增压泵也可以是一个较慢的速度，以减少更多的NPHSr要求。如果空间要求不允许增加增压泵，可以考虑将基础泵改为两级泵，这在本质上是相同的事情，只是在一个壳体/蜗壳中。
10.添加增压泵和/或两级泵的另一个子集是更改为可以包含诱导器的泵。我警告最终用户不要自行添加诱导剂。诱导器必须与叶轮配套。
11.我的下一个建议是忍受汽蚀，但通过更换叶轮材料来治疗症状。我没有空间讲细节，但您的泵制造商将能够告诉您比其他材料更好地抵抗汽蚀损伤。
12.我知道至少有十几个客户只是忍受NPSH不足的结果。他们的成本分析和商业决策是，在一些定期维护计划中更换叶轮、机械密封和轴承，这样做更简单。
最后，首先计算并考虑适当的汽蚀余量，然后选择正确的泵总是更简单、成本更低。