著魔的NPSHA

原標題：NPSHA的逐步計算，作者：Jim Elsey

來源：榮格國際泵閥技術(shù)商情，泵友圈整理。

在心理學中，特別是涉及到內(nèi)省問題時，有種說法：“你抵制什么，什么就會持續(xù)下去。” 以前聽過的，還會再次聽到。據(jù)稱，在泵的世界，被誤解最多的概念是凈正吸入壓頭（NPSH）。有很多泵技術(shù)人員、工程師及所謂的專家寫了很多此類文章。

NPSH這個縮寫，其名稱本身讓大多數(shù)泵的新手產(chǎn)生了混淆。它所關(guān)注的主題、所需的計算讓眾多行業(yè)新手、外圍人士（運營商或管理者）和專業(yè)人士感到困惑，甚至在業(yè)內(nèi)工作25 年之久后， 還錯誤地相信，他們完全理解NPSH意味著什么。

建議大家對這個問題予以重視，因為有效汽蝕余量（NPSHA）的計算出錯非常頻繁，糾正起來也很昂貴。

由于作者每年都會在幾所泵學校教書，課程內(nèi)容相當部分在于幫助學生理解NPSH的概念以及如何完成計算。  在教學過程中，作者會介紹在正常的行業(yè)應用中可能遇到的五個主要問題。這 些實例改編自“Cameron Hydraulic Data Book” 的第1章。

作者會逐步介紹這5個實例，希望幫助讀者通過學習，掌握這幾個實際案例以及現(xiàn)實中可能碰到的類似的問題。

NPSH、NPSHa及NPSHr的定義

凈正吸入壓頭是以英尺（或米）為單位的總吸入壓頭，減去被泵送液體的蒸汽壓力（以英尺或米為單位）。把壓頭想象成能量等級，而不是像壓力一樣的力。 所有值均為絕對值。

NPSHa在泵中心線或葉輪孔處測量。 兩者可以在不同的地方或高度測量。把 NPSHa 看作是泵入口或葉輪孔處液體的可用能量水平。如果沒有足夠的NPSHa，液體會閃蒸成蒸汽。

不要將NPSHa與吸入壓力混淆。雖然吸入壓力在某種程度上是混合物的一個組成部分，但更為復雜。

NPSHa是系統(tǒng)在泵葉輪孔處所具有的 NPSH水平。該 NPSHa值完全是液體及其特性、環(huán)境條件以及吸入系統(tǒng)設計和幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。本質(zhì)而言，計算與吸入系統(tǒng)本身有關(guān)，應由系統(tǒng)所有者、最終用戶和 /或其工程師或顧問完成，與泵無關(guān)。出于責任方面的原因，制造商通常不參與客戶的計算。但隨著時間的推移，制造商會更多參與其中，以提供維護保養(yǎng)支持。

所需凈正吸入壓頭（NPSHr）通常由泵制造商參照經(jīng)驗方法、液壓協(xié)會（HI ） 的標準和規(guī)范確定。NPSHr值通常報告在泵的性能曲線上。

注意，NPSHr和NPSH3 本質(zhì)上是相同的。在給定的壓頭和流量工作點，由于NPSH 不足，泵已經(jīng)出現(xiàn)輕微的氣蝕現(xiàn)象，壓頭下降了3% ，而流量固定在某個值上。

NPSH余量是指NPSHa值超過 NPSHr 的水平。有一些建議或適當余量的指南認為余量越高越好。更多信息請見 ANSI/HI 9.6.1-2012部分關(guān)于本話題的內(nèi)容。

NPSHa：公式還是數(shù)字？

公式可以被視作我們的“朋友” ， 因為一旦知道了正確的公式，就可以簡 單地按照公式的要求填上相應的數(shù)據(jù)、條 件，完成數(shù)學步驟，并得出正確的答案。  如果不喜歡公式，也許應該研究一下圖 1，看看在用公式之前發(fā)生了什么。

在圖1中，有一個處于環(huán)境溫度（68 華氏度，比重為 1.0 ）、承受大氣壓的清 水罐。此處的水箱和泵系統(tǒng)的高度接近 海平面。水箱中水位頂面高于泵中心線 10 英尺，稱之為“灌注吸入”，因為液體來 源于泵葉輪的上方。歡迎關(guān)注泵友圈微信公眾號。從水箱到泵吸入口有 尺寸合適的管道，帶有一只彎管和一只 全開的隔離閥。假設水位在10英尺處保持 不變，但現(xiàn)實中需要為更糟的情況計算 NPSHA，因為水位很可能在較低處。

在這一點上，根據(jù)圖中給出的信 息，可以得到除了摩擦壓頭外所有計算 NPSHa所需的數(shù)據(jù)。在第一個實例中，將 計算摩擦壓頭以使問題簡單化。忽略速度 水頭，因為它的值通常很小。

在后續(xù)的實例中，將討論摩擦壓頭 的計算方法，并計算和演示速度水頭會對 結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響。

要計算NPSHa值，需要知道：?液體表面上方或液體表面的絕對壓力 ? 靜壓頭，即從水面頂部到泵葉輪孔（如果相同，則為泵中心線）的垂直距離。?泵送液體的蒸汽壓力，可根據(jù)溫度輕松計算，且比較容易找出該值。? 摩擦壓頭，已計算過，本例建議設為 3.2英尺。?速度水頭，通?？梢院雎圆挥嫞瑸楹唵纹鹨?，先跳過，在本系列后面的文章中予以討論。

計算灌注吸入的NPSHa

1.對于使用公制的讀者來說，這些部 件也可以米為單位，但單位要保持一致。

2.蒸汽壓和摩擦總是負值，因此總是 不利的。

3.絕對壓力可以為零，但根據(jù)定義不 能為負。

4.假設液體源頭位于泵的下方而不是 上方，在 “提升 ”的情況下，如果液位 低于泵的吸入口（而不是“灌注 ”的情 況），則靜態(tài)高度為負值（該情況稱為 “提升 ” ），方程式中的這個數(shù)據(jù)對您 不利。

5.不需要關(guān)心泵或系統(tǒng)的排放側(cè)，以 便進行 NPSHa 的計算。

6.綜上所述，NPSHa公式中的大多數(shù) 組成部分都對您不利。現(xiàn)在開始理解為什 么吸入源需要升高、淹沒、在大氣中敞開 和/或在較低溫度下用液體加壓。

計算公式：

NPSHa=絕對壓力-絕對蒸汽壓力 +靜水壓頭 -摩擦壓頭，或者NPSHa=A-V+S-F

或NPSHa=ha-hvpa+hst-hf

NPSHa=34-0.783+10-3.2=40.017英尺，或四舍五入為40 英尺。式中，絕對壓力= ha ，絕對蒸汽壓力= hvpa ，靜水壓頭= hst，摩擦壓頭= hf ，單位為英尺。

如前所述，我們擁有實際數(shù)據(jù)填充公式中四個部分的信息，完成計算，確定 NPSHa。

方程中的第一個變量(ha)表示敞口水箱上方的絕對壓力值。上面已提到過，該系統(tǒng)處于海平面位置。

敞口水箱中的液體受大氣壓力影響。在海平面位置，可以假定大氣壓力接近14.7磅 /平方英寸的絕對壓力（ psia）， 或0磅/ 平方英寸（psig）。注意，大氣壓 力的變化會影響 NPSHa值。

現(xiàn)在只需把大氣壓從psia換算成英尺壓頭。將14.7 乘以2.31 ，結(jié)果是33.957 英尺，四舍五入為34英尺。方程中第一個變量的值為34 英尺。

方程式中的第二個變量是hvpa，也即在給定溫度 68 F下液體的蒸汽壓力。要得到蒸汽壓力值，只需在參考書 “Cameron Hydraulic Data Book”（《卡麥隆液壓數(shù)據(jù)手冊》）中查找。該值（飽和蒸汽絕對壓力）通常以 psia為單位，將直接隨溫度而變化，液體類型不同，hvpa 也不同。

查找得到的值應為0.33889 psia。將該數(shù)字乘以 2.31，將壓頭轉(zhuǎn)換為以英尺為單位。所得值為 0.7828英尺。四舍五入到 0.783英尺。現(xiàn)在方程中的第二個值是： 0.783英尺。

方程中的第三個變量是靜壓頭 （hst ）。這是從液體表面到泵中心線 （葉輪孔）的垂直距離。記住要測量最壞的情況（最低期望水平）。本例標明的靜態(tài)高度為10 英尺，不需要轉(zhuǎn)換，因為已經(jīng)使用了正確的單位?，F(xiàn)在，方程中第三個變量的值已經(jīng)計算出來，為10 英尺。

方程式中的第四個變量為（hf）是管道中的摩擦損失，之前提供的值為 3.2英 尺?，F(xiàn)在已經(jīng)有了四個計算值的答案。

請注意，給定的3.2英尺的摩擦系數(shù)是液體特性、流速、管道（吸入系統(tǒng)）材 料和幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。簡單而言，對于給定的液體流速，會因管道長度、彎管、閥門、水箱出口損失（從大到小的過渡段） 和泵的入口損失（從管道到泵噴嘴的直徑變化）而產(chǎn)生摩擦損失。

最后還要記住，并沒有討論公式中的第五個變量，即速度水頭（hvel）。在 適當設計的系統(tǒng)（牛頓液體在非泥漿工況）中，速度水頭的值通常小于 1英尺。

速度水頭部分的值為正值?，F(xiàn)在有四個所需的值來填充進公式，并計算出 NPSHA的答案。

所有單位均以英尺為單位。壓力為絕對值。

請仔細閱讀本例，看看是否能得到相同或相似的值。

參考：Cameron Hydraulic Data Book，第 16版