重新思考NPSH矩阵

受最近事件的启发，我希望澄清关于净正吸头(NPSH)的持续困惑，特别是因为它与升降应用中的自吸泵有关。BETVICTOR体育官网

是的，我写了很多关于NPSH的文章，我预测在这篇文章之后会有更多的文章。这个月我想谈两个方面的问题。首先，我们将看看为什么获得足够NPSH的乏味而难以捉摸的游戏看起来像打地鼠游戏，试图避开物理定律。其次，一些关于延长系统“启动时间”的负面影响的见解，以及为什么你不想要一个太大或太长的泵吸入线。

重要的事情先做

本专栏将重点介绍可用NPSH (NPSHa)。在我们继续之前，重要的是回顾和理解计算吸升情况下NPSHa的方程/公式。正如我告诉我的学生们的，“公式是你的朋友。”

为了简单起见，我们将研究对大气压力开放的系统，并假设液体是水。在升力条件下的系统的简单定义是被泵送液体的上层(表面)位于泵叶轮中心线以下的水平面上。

如果你对计算公式感到不舒服，或者对如何确定和填写特定情况下的因素感到困惑，我建议你看看我以前关于这个主题的文章，特别是2018年7月和8月的文章。

方程1

NPSHa = h_腹肌- - - - - - h_vpa- - - - - - h_静态- - - - - - h_摩擦

地点:

h_腹肌=绝对压头= A

h_vpa=蒸汽压头= V

h_静态=静吸升降机= S

h_摩擦=摩擦头= F

简化

为简单起见，我将公式1中的四个因子重命名为A、V、S和F(分配项的定义见公式1)。简化的公式现在可以用方程2为:

NPSHa = A - V - S - F

请注意，A总是正的，通常小于33英尺，其他三个因素都是负的。请注意，如果这三个负面因素加起来是任何一个数字，甚至接近33，你就没有NPSHa。

作为一种范式转换，让我们稍微改变一下我们通常进行计算的方式。通常我们确定方程中的四个因素并计算得到NPSHa的值。通常在现场，我们已经知道泵所需的汽蚀余量(NPSHr)。此外，我们还将确定我们需要/希望在NPSHr之上有多少额外的水头，以获得合理的NPSH安全边际。

接下来，我建议我们从泵取NPSHr值，加上所需的NPSH余量，并在方程的一边设置这个总数等于方程/公式另一边的四个未知数。

例如，如果泵需要10英尺的汽蚀余量，而我们想要5英尺的余量，那么汽蚀余量至少需要15英尺，而不是10英尺。我们将把这个新因素命名为期望的NPSH或NPSHd。在这个例子中，NPSHd是NPSHr(10英尺)和期望的15英尺NPSH的边际(5英尺)的总和。

之前的公式现在是这样的方程3：

NPSHd = A - V - S - F

也许A - V - S - F≥15英尺可能是更好的思考方程的方式，因为15英尺是期望的最小值，更多是可以接受的。方程中四个因素(A, V, S, F)的绝对和必须达到15英尺或更高，泵才能正常工作(满足方程)。

接下来，我们将逐一研究这四个因素，以研究可能的结果。

绝对压头(A)

A项是基于大气施加的绝对压力。我们已经说过该系统对大气开放，但我们没有说明海平面以上的场地高度。

为了便于解决问题，假设我们靠近海平面，并将正常海平面值33.9英尺(绝对值)四舍六入到33英尺(14.7磅每平方英寸[psi] x 2.31 = 33.9英尺)。我喜欢保守计算，这就是我四舍五入的原因。

剩下的三项(V, S, F)都是负的，它们的总和将从A项(33英尺)中减去，我们也可以推断剩下的三项之和必须≤18英尺，否则泵将无法正常工作。假设这三项的绝对值为X，求出X方程(4)．

(33 - X = 15)求X的收益率

33 - 18 = 15

方程4

从这一步，你可以推测V, S和F的总(绝对)值一定小于18英尺。

升降或(负)静水头(S)

对于示例中的下一步，我们将建立负静态头(升降机)为8英尺。请注意，这一项是实际测量，而不是计算。因此，简化方程5中的S项现在有8英尺的值。如果S是8英尺，那么摩擦F和蒸汽压V之和必须小于10英尺。

18 = v + s + f

S的测量高度为8英尺，因此:
18 = v + 8 + f
因此:10 = V + F

方程5

我们需要把它看成是10≤V + F，我们用绝对值来表示这些项，而不是公式中的负项。你可以从数学上看这个问题，但我认为更重要的是看这个问题因为你对摩擦和蒸汽压的存在有限制。如果超过该值，泵将不能正常运行或根本无法运行。

摩擦系数(F)

在我们讨论蒸汽压之前，我想跳过摩擦因子f。总摩擦头计算为3.86英尺，但为了保守起见，也考虑到系统的“老化”，我们将摩擦头四舍五入为4英尺。现在我们把4英尺的值赋给方程中的F项。由此，我们可以计算出在我们计算蒸汽压项的值之前，我们现在有6英尺的可能余量方程(6)．

10 = V + 4，或者V = 6，我们应该把这个看做V≤6

方程6

蒸汽压(V)

在US-C体系中，蒸汽压通常以磅每平方英寸的绝对值(psia)表示，因此您需要将其转换为人头([psi X 2.31] ÷[比重]=人头蒸汽压绝对值)。

V项(蒸汽压)似乎是环境附近液体温度的一个几乎不重要的因素，这可能会误导你，让你误以为它不重要。有关蒸汽压的更详细解释，请参阅我在2018年4月号的详细专栏。

意识到随着液体温度的升高，蒸汽压(V)也会增加，而且是以指数速率增加的。在华氏68度左右，V的绝对值只有0.78英尺，但在华氏90度时，V的绝对值会增加到1.62英尺，在华氏160度时，V的绝对值会增加到11.21英尺，在华氏200度时，V的绝对值会增加到27.65英尺。提示:这是你在液体温度超过145华氏度的应用中看不到自底漆的主要原因(带有静态提升)。你不需要计算蒸汽压的值，你只需要在一个方便可靠的图表中查找它。我喜欢用《卡梅隆水力数据》这本书。

对于我们的例子，让我们假设水是80华氏度，所以对应的V将是1.1745英尺的绝对值，我将其四舍五入为1.2英尺的绝对值。

当蒸气压值为1.2英尺时，我们可以确定/满足我们的方程方程(7)．

V≤6?是的，1.2比6小。

方程7

我们可以推测，这个应用程序将工作，我们甚至有一个额外的4英尺的边缘。

启动时间——不要等太久

在前面的例子中，水接近环境温度，泵靠近水池(吸入源)，并有适当大小的吸入管。我最近目睹了两个独立装置的性能问题，泵被放置在离水池很远的地方，在一个实例中，吸入管比需要的尺寸大了几个尺寸。BETVICTOR体育官网

较大的管道尺寸减小了摩擦系数，但显著增加了要排出的风量。这两个因素(管道长度和直径)都增加了风量，并要求泵更努力地“工作”，在空气排出过程中花费更多的时间。

在引液过程中，引液腔/腔内的水由叶轮进行再循环和搅拌。这种剪切作用增加了热量，很快地提高了液体的温度。由于涉及到许多因素，很难准确计算出安装时液体温度上升的速度有多快，但请注意，制动马力和速度是两个主要因素。请注意，每分钟3550转(rpm)的单位将比1750转单位加热液体的速度快8到10倍。

在高速泵的腔室中，液体以每分钟40至50度的速度加热是很常见的。BETVICTOR体育官网一些热量会散发到周围的环境中，但我的观点是液体加热得很快，这改变了蒸汽压。随着温度和蒸汽压的增加，启动室中液体闪烁的风险/概率也增加了。此外，机械密封周围的液体也会升温并瞬间蒸发(并非所有的机械密封都适用于这种密封腔的情况，这取决于制造商、型号和设计)。

在任何带有自吸泵举升应用的开放系统中，蒸汽压、摩擦和静态举升都不是你的朋友。你没有无限的正能量来对抗它们。你唯一的朋友就是绝对的压力。通过将泵放置在源附近，并适当调整吸入管的尺寸，设计系统以缩短引液时间。

额外的笔记

1. 式1适用于吸升条件。如果系统处于淹水状态，静水头项为正。
2. 在NPSHa计算中只考虑系统的吸力侧。
3. 公式中的所有因子都必须表示为绝对值。
4. 所有的因素都需要保持一致。也就是说，它们都应该以美国习惯的英尺为单位，或者以米为单位进行公制计算。
5. 因为我们处理的是一个负的静态头部，所以它被指定为“提升”的情况。
6. 计算最坏情况下的系统NPSHa。将经历的最低液面是多少?
7. 记住，临界淹没也必须计算。泵的性能很容易因空气夹带而降低。
8. 由蒸汽压引起的水头是液体温度的直接函数，总是一个负项。
9. 摩擦力引起的头总是一个负的项。
10. 绝对压力的头，本质上是大气压/气压，必须根据现场海拔高度进行校正。
11. 绝对压力(水头)理论上可以低至零，但它不可能是负数。由于我们是在升降条件下使用开放式系统，因此绝对压力不太可能小于12英尺。