Как рассчитать ЭПНВ
Расчет ЭПНВ (NPSH) – для многих один из самых сложных и непонятных вопросов. Между тем этот параметр очень важен для успешного проектирования и эксплуатации насосов, а рассчитать его не так сложно, как кажется. Делать это необходимо и при проектировании насосной системы, и при пересмотре существующей.
Рассмотрим, что же такое ЭПНВ, как его рассчитать, как недостаточный ЭПНВ влияет на насосы и системы и что можно сделать, когда ЭПНВ является ограничивающим фактором.
Определения
Эффективный положительный напор на всасывании (ЭПНВ) — измеряемое значение давления жидкости на стороне насоса всасывающей системы, включая конструкцию насоса.
Эффективный положительный напор на всасывании насоса, существующий в рассматриваемой системе (NPSHa) — разность между стандартным атмосферным давлением и комбинацией атмосферного давления на высоте, общей динамической высоты всасывания, давления пара и запаса прочности. Результат должен быть больше или равен NPSHr.
Требуемый эффективный положительный напор на всасывании(NPSHr) — это величина атмосферного давления, необходимая для перемещения жидкости через всасывающую сторону насоса. NPSHr напрямую зависит от конструкции насоса.
Атмосферное давление окружающей среды — вес атмосферы в заданное время и в заданном месте.
Стандартное атмосферное давление — вес атмосферы на уровне моря при нормальных атмосферныхусловиях (14,7 PSI, или 10,3 метра (33,9 фута) водяного столба, или 29,9дюйма ртутного столба).
Полная динамическая высота всасывания (TDSL) — это комбинация гидростатической подъемной силы или напора и потерь на трение во время работы во всасывающей трубе. На высоте всасывания общая динамическая высота всасывания рассчитывается путем сложения статической высоты всасывания и потерь на трение при скорости потока. В системе с уровнем воды выше, чем в насосе, общая динамическая высота всасывания рассчитывается путем вычитания потерь на трение из положительного давления на входе или статического напора. В любом случае значение полной динамической высоты всасывания или общего динамического напора всасывания системы является показанием манометра на всасывании во время работы насоса.
Давление пара (VP) — давление, при котором жидкость будет испаряться. Это давление зависит от температуры жидкости.
Удельный вес (SG) — вес любой жидкости по отношению к весу воды.
Коэффициент безопасности — это значение используется при расчете ЭПНВ для учета колебаний атмосферного давления.
Что такое ЭПНВ?
ЭПНВ — это величина атмосферного давления на стороне насоса всасывающей системы, включая насос.
Мы живем на дне «атмосферного моря». Именно давление, которое оказывает на нас это «море»,заставляет жидкость попадать в насос. Сила этого давления равна 14,7 psi, 10,3 метров (33,9 фута) водяного столба, или 29,9 дюймов ртутного столба (на уровне моря). Представьте себе трубу длиной около 10 м, запечатанную с одного конца. Наполним эту трубу водой, запечатав после заполнения. Перевернем трубу вверх дном в ведро и откроем конец, погруженный в воду. Вода начнет стекать из верхней части трубы до тех пор, пока высота водяного столба не начнет соответствовать атмосферному давлению на воду в ведре. По этому же принципу работает барометр, отражающий изменение атмосферного давления.
Теперь, когда стало понятно, какая внешняя сила помогает толкать воду вверх по всасывающей трубе во время заливки и работы насоса, посмотрим, как рассчитать эту силу вовремя работы насоса, чтобы убедиться, что ее достаточно для адекватной подачи жидкости. Как мы упоминали ранее, стандартное атмосферное давление на уровне моря при нормальных атмосферных условиях составляет 33,9 фута (10,3 метра) водяного столба.Необходимо иметь в виду, что это значение должно быть пересчитано в соответствии с удельным весом перекачиваемой жидкости. Из этого давления необходимо сделать пять вычетов в зависимости от местоположения, конструкции насоса и системы, температуры и перекачиваемого продукта. Вычеты в связи с поправкой на высоту, давление пара перекачиваемой жидкости, общую динамическую высоту всасывания и коэффициент безопасности определяют значение того, что называется эффективным положительным напором на всасывании насоса, существующим в рассматриваемой системе (NPSHa). Из этого значения вычитается пятая поправка— требуемый эффективный положительный напор на всасывании (NPSHr). Это действие завершает расчет значения, известного как эффективный положительный напор на всасывании (NPSH). Чтобы насос и система функционировали успешно, это значение должно быть больше или равно нулю. Если оно меньше нуля, результатом будет кавитация на всасывании внутри насоса. Это не означает, что насос не будет заливаться, а значит только то, что насос будет подвергаться кавитации, когда достигнет динамической работы. Если уменьшение из-за высоты над уровнем моря даст отрицательное число, только тогда насос не сможет перезалиться. Это означает, что насос предполагается разместить на высоте настолько большой, что атмосферное давление не будет поддерживать статическую высоту всасывания. В этом случае вода не будет нагнетаться во всасывающей трубе достаточно высоко, чтобы достичь насоса, из-за нехватки атмосферного давления.
При положительном значении насос будет функционировать должным образом. Следует иметь в виду, что значение 5 не работает лучше, чем значение 2, а значение 10 лучше, чем 1. Положительная величина просто означает, что величина атмосферного давления достаточна, чтобы протолкнуть жидкость в насос и поддерживать ее в жидком состоянии во время работы.
Эффективный положительный напор на всасе рассчитывают на этапах проектирования насоса исистемы. По завершении проектирования про ЭПНВ обычно забывают. Однако следует помнить, что ЭПНВ может меняться в зависимости от скорости из-за повышенного расхода или из-за процессов во всасывающем трубопроводе. Следовательно, увеличение скорости увеличит скорость жидкости во всасывающей трубе и повысит потери на трение. Вместе с тем вырастет общая динамическая высота всасывания.Дополнительная скорость потока также увеличит вычет NPSHr.
Как рассчитать ЭПНВ (NPSH)?
Как упоминалось ранее, мы начинаем наш расчет со стандартным атмосферным давлением.Расчет начинается с водяного столба 33,9 фута (10,3 метра). Следует иметь в виду, что это значение необходимо преобразовать для жидкостей, удельный вес которых отличается от удельного веса воды, равного 1,0. Чтобы начать расчет, разделите стандартное атмосферное давление на удельный вес перекачиваемой жидкости. Ниже приводится преобразование для корректировки стандартного атмосферного давления для жидкостей, которые легче или тяжелее воды.
33,9 ÷ удельный вес = Х футов воды
Например: для бензина с удельным весом 0,75 формула будет такой: 33,9 ÷ 0,75 = 45,2 фута
Для промышленных отходов удельным весом 1,2 - 33,9 ÷ 1,2 = 28,25 фута
Тем не менее, для этого расчета мы будем использовать воду с удельным весом 1,0, начиная с 33,9 футов (10,3 метра).
Ниже приводятся пять вычетов из стандартного атмосферного давления.
Пример:
- Высота над уровнем моря или превышение на рабочей площадке.
- Давление паров перекачиваемой жидкости.
- Общая динамическая высота всасывания.
- Коэффициент безопасности (2 фута для воды и водоподобных жидкостей, 3 фута для топлива и топливоподобных жидкостей).
- Чистая положительная высота всасывания, необходимая для насоса.
Это все необходимые вычеты.
Приведенная ниже информация представляет собой минимально необходимую информацию для расчета ЭПНВ.
Расход: 1800 галлонов в минуту (GPM)
Жидкость: вода
Температура: 100º по Фаренгейту.
Высота над уровнем моря на рабочей площадке: 2000 футов.
Общий динамический подъем всасывания (показания манометра):15 футов.
Предположим, что насос был выбран на основе вышеуказанных критериев. Может быть предоставлена дополнительная информация, такая как высота заливки, общий динамический напор, требования к перемещению твердых частиц, расположение привода и т. д.
Таблица расчетов на рисунке 1 отражает расчет в следующих шагах. В конце этой статьи вы найдете калькуляционный лист для расчета ЭПНВ.
Шаг 1
Вставить стандартное атмосферное давление. Не забыть внести поправку на жидкости, удельный вес которых отличается от удельного веса воды. Вставить значение 33,9.
Шаг 2
Высота на рабочей площадке составляет 2000 футов. Чтобы преобразовать эту высоту, см. рис. 2: «Условия атмосферного давления», «Высота над уровнем моря (футы)». В этой таблице в левом столбце указана высота над уровнем моря. Найдите значение 2000 футов. Для вычета используется значение, указанное в столбце «Снижение до практического динамического подъема всасывания». Высоте над уровнем моря 2000 футов соответствует поправка в 2,3 фута. Вставить указанное значение 2.3.
Шаг 3
Температура воды — 100 градусов по Фаренгейту. Чтобы преобразовать эту температуру в вычитаемое значение, см. рис. 3: «Давление пара, характеристики воды». В этой таблице в левом столбце указано «Температура в градусах Фаренгейта». Найти в таблице значение 100 градусов по Фаренгейту. Для этого вычета используется значение, указанное в столбце «Давление пара, футы». Температуре 100 градусов по Фаренгейту соответствует поправка 2.19. Вставить значение, указанное в 2.19.
Шаг 4
Общая динамическая высота всасывания — это комбинация гидростатического напора и потерь на трение во всасывающем трубопроводе. Это значение также является показанием манометра во время работы с расчетным расходом. Вставить значение 15 футов.
Шаг 5
Вставить соответствующий коэффициент безопасности. Как упоминалось ранее, это значение вычитается для учета колебаний атмосферного давления. Опять же, коэффициент безопасности 2 предназначен для воды и водоподобных жидкостей, а 3 — для топлива и топливоподобных жидкостей. Вставить значение 2 фута.
Шаг 6
Суммирование значений, отмеченных на шагах 2, 3, 4 и 5.
Шаг 7
Вычесть суммарное значение, полученное на шаге 6, из стандартного атмосферного давления на шаге 1. Это значение определяется как эффективный положительный напор на всасывании насоса, существующий в рассматриваемой системе (NPSHa).
Шаг 8
Найти требуемый эффективный положительный напор на всасывании насоса (NPSHr) из кривой производительности насоса на рис. 4. Обратите внимание на кривую, начинающуюся в нижнем левом углу графика. Она обозначена как «ЭПНВ при 1350 об/мин». Чтобы определить значение NPSHr, следует найти расход в галлонах в минуту в нижней части кривой. При расходе 1800 GPM проведите вертикальную линию до тех пор, пока линия 1800 GPM не пересечет линию NPSH. Затем – горизонтальную прямую линию направо от пересечения. В столбцах в правом нижнем углу кривой указано «ЭПНВ, футы, метры». В столбце Feet («Футы») слева значение прямо напротив пересечения должно быть 8 футов.
Шаг 9
Вычесть NPSHr (шаг 8) из NPSHa (шаг 7). В результате получим значение ЭПНВ.
Расчет в приведенном выше примере дает положительное число. Это означает, что рассчитанная система будет корректно работать на стороне всасывания в точке проектных условий. Если бы при расчете ЭПНВ мы получили отрицательное число, это означало бы, что атмосферного давления не хватит для поддержания жидкости в жидком состоянии во время эксплуатации в точке проектных условий. Таким образом, возникнет кавитация всасывания.
Как увеличить ЭПНВ?
Если при проектировании насоса и системы получается отрицательное значение ЭПНВ, как правило, с помощью простых изменений в конструкции площадки можно привести к получению положительного расчетного значения ЭПНВ. Но что, если изменения в системе приведут к отрицательному расчетному значению ЭПНВ? В этом случае необходимо обратиться к листу расчетов, в котором получено отрицательное число, и задавать вопросы на каждом шаге. Например, на шаге 1 стандартное атмосферное давление на уровне моря составляет 33,9 фута водяного столба. Понятно, что это число нельзя изменить, а в данном случае увеличить. Можно ли снизить коэффициент безопасности? Мы рекомендуем никогда не изменять коэффициент безопасности. Это часть уравнения, которое учитывает колебания атмосферного давления. Следует проверить каждый шаг. Вы обнаружите, что проще всего изменить шаг 4 — общий динамический подъем всасывания. Итак, что можно изменить в конструкции стороны всасывания, чтобы уменьшить полную динамическую высоту всасывания (TDSL)? Рассмотрим два примера.
Статическая высота всасывания. Простое повышение уровня воды в отстойнике уменьшит напор и, следовательно, уменьшит полную динамическую высоту всасывания (TDSL).
Диаметр трубы. При увеличении диаметра всасывающей трубы замедлится скорость воды через всасывающую трубу, тем самым снизятся потери на трение. Уменьшение потерь на трение уменьшит TDSL.
Не следует забывать, что каждое изменение может иметь дополнительные последствия, влияющие на работу насоса и системы. Например, при увеличении диаметра всасывающей трубы увеличится время заливки. Больший диаметр трубы означает, что во время цикла заливки придется удалять больше воздуха. Меньшая высота всасывания может привести к попаданию ценных материалов в отстойник или вызывать септические состояния. В любом случае, при попытке увеличить ЭПНВ необходимо помнить о возможных неблагоприятных последствиях.
