Как решить проблемы с NPSHa
В большинстве реальных проблем с кавитационным запасом мы не являемся лицом, которое проводит первоначальный расчет кавитационного запаса для системы и первоначально выбирает насос. Более вероятный сценарий заключается в том, что мы застряли с существующей системной проблемой, и связанный с ней насос движется к короткому и очень дорогому окончанию срока службы. Виновные ушли или не говорят.
Почему кавитация — это плохо
При недостаточном NPSha насос будет кавитировать. Кавитация вызывает повреждение насоса и снижение производительности. Повреждение насоса проявляется в виде повреждения механического уплотнения и подшипника. На более поздних стадиях он также может разрушить крыльчатку. Все повреждения дороги.
Большинство читателей знают, что кавитация (классика) — это образование пузырьков пара в жидкости. Эти пузырьки образуются из-за того, что давление жидкости упало ниже давления пара (требуемый NPSH [NPSHr] превышает NPSHa). Эта проблема обычно возникает возле проушины крыльчатки, так как это область самого низкого давления во всасывающей системе. Пузырьки впоследствии схлопываются, когда они достигают области более высокого давления примерно от одной трети до половины расстояния вдоль нижней стороны лопасти рабочего колеса. Образование пузырьков наносит небольшой физический ущерб. Кавитация влияет на гидравлические характеристики насоса. Схлопывание пузырьков потенциально может привести к серьезному повреждению крыльчатки.
У меня будет статья, объясняющая, как кавитация вызывает повреждения, в будущем выпуске.
Маржа NPSH
Чтобы предотвратить или смягчить кавитацию, вы должны иметь больше NPSha, чем требуется насосу.
Уравнение 1
NPSha ÷ NPSHr = запас NPSH
Где:
NPSHr также равен NPSH3
Требуемый запас NPSH для предотвращения кавитации зависит от конкретного применения. Чем больше маржа, тем лучше. Указания и эмпирические правила многочисленны и надежны, как городские мифы. Я рекомендую вам прочитать спецификацию 9.6.1 Американского национального института стандартов/гидравлического института (ANSI/HI) для лучшего понимания. Отличительными факторами являются свойства жидкости и уровень энергии всасывания.
Как починить кавитационный насос
Мне часто задают этот вопрос, и я обычно предлагаю взглянуть на формулу NPSHa и ее четыре компонента для решения.
Используя каждый из четырех компонентов формулы, вы можете отобразить потенциальные решения для решения проблемы NPSHa.
Уравнение 2
NPШа = ча – чвпа + чул. – чф
Где:
часа = абсолютное давление. Абсолютное давление, измеренное в футах напора перекачиваемой жидкости на поверхности жидкости. Это будет барометрическое давление, если всасывание осуществляется из открытого резервуара, или абсолютное давление, существующее в закрытом резервуаре, таком как колодец конденсатора или деаэратор.
часвпа = давление пара. Напор в футах, соответствующий давлению паров жидкости при перекачиваемой температуре.
часул. = статический напор жидкости над осевой линией насоса или отверстием рабочего колеса для затопленного всасывания в футах (положительное значение для затопленного всасывания). Не все осевые линии рабочего колеса совпадают с осевыми линиями насоса.
часф = общие потери на трение в футах напора для системы на стороне всасывания.
Первым фактором в формуле является абсолютное давление (hа). Этот фактор всегда положителен. Если источник всасывания уже открыт для атмосферы, вы мало что можете сделать, поскольку маловероятно и нереально изменить что-либо, находящееся под вашим контролем. Вы не можете изменить атмосферное давление или переместить насос/систему на более низкую высоту относительно уровня моря. Однако, если есть проблема, это поможет вам понять, почему в насосе возникает кавитация. Если система закрыта и находится под давлением, есть вероятность, что вы можете увеличить давление (следовательно, абсолютный напор [hа]) каким-то образом. Мой опыт работы с владельцами и операторами предприятий показывает, что повышение давления всасывания в системе почти никогда не произойдет из-за ограничений, нарушающих приоритет и/или имеющих более высокий приоритет.
Вторым фактором в формуле является давление пара (hвпа). Чем выше температура, тем выше давление пара и выше отрицательный эффект. По моему опыту, я был свидетелем только одного случая, когда клиент хотел или мог снизить температуру системы, но это все же вопрос, который необходимо задать. Даже несколько градусов могут иметь значительный эффект.
Третьей составляющей в формуле является статический напор (hул.). Иногда вы можете убедить владельца системы держать расходный бак (ситуация затопления) или отстойник (состояние подъема) на более высоком уровне. Если вам повезет, увеличение статического напора на несколько футов может иметь большое значение. Я участвовал в нескольких случаях, когда насос был перемещен на более низкий уровень, а в одном случае для насоса был создан более низкий уровень. Эти растворы дорогие.
Четвертая составляющая в формуле – коэффициент трения (hф). Из всех факторов в формуле мне больше «повезло», убедив владельца системы заменить или модифицировать всасывающий трубопровод, чтобы уменьшить трение. Вы можете увеличить размер трубы и, возможно, уменьшить количество колен, тройников и других компонентов в системе всасывания, чтобы минимизировать трение.
Другие возможности вне формулы
Если вы не можете увеличить NPSH, возможно, вы можете уменьшить NPSHr.
Ищите другие варианты насосов или крыльчаток, которые требуют меньшего кавитационного запаса. Нередко производители используют разные рабочие колеса для одного и того же насоса с разными требованиями к кавитационному запасу. Некоторые производители предлагают индуктор, который работает вместе с рабочим колесом, чтобы уменьшить NPSHr. Не добавляйте индуктор без консультации с производителем, потому что индукторы должны соответствовать рабочему колесу. Иногда требуется совсем другой насос.
Переход на рабочее колесо двойного всасывания (два отверстия) окажет значительное влияние на проблему, поскольку кавитационный запас кавитационного запаса уменьшится на 50 процентов.
Уменьшите скорость насоса либо путем включения переменной скорости, либо просто используя насос, который будет выполнять работу (расход [Q] и напор [TH]) при более низкой скорости. Предостережение заключается в том, что насос, вероятно, будет в два раза больше (физически), чем первоначальный насос, и связан с этим более высокой стоимостью.
Во многих случаях решение состоит в том, чтобы добавить бустерный насос на всасывание начального насоса. На электростанциях и других паровых системах нередко используется конденсатный насос, который перекачивает питательный насос до того, как жидкость попадет в фактический питательный насос.
Материалы
Иногда вы ничего не можете сделать, чтобы предотвратить кавитацию насоса, поэтому вы можете лечить симптом, а не проблему. Различные материалы обладают различной устойчивостью к кавитационному повреждению. Кроме того, некоторые материалы обеспечивают лучшую защиту, чем другие, в ходе явления, называемого кавитационной эрозией-коррозией.
Сопротивление кавитационному повреждению определяется как величина, обратная скорости потери объема для данного металла. Механические свойства материала, которые являются частью этого уравнения, включают предел прочности при растяжении, предел текучести, предельное удлинение, твердость по Бринеллю, модуль упругости и энергию деформации.
Наиболее важным свойством из этого списка является энергия деформации разрушения металлов. Именно по этой причине варианты алюминиевой бронзы и дуплексных нержавеющих сталей обладают большей устойчивостью, чем другие материалы, такие как обычная углеродистая сталь и железо. Обратите внимание, что в качестве исправления производителя оригинального оборудования (OEM) также можно нанести несколько покрытий. При использовании покрытий я рекомендую решающую фразу и совет на этот день: «осторожно, покупатель», что в переводе с латыни означает «покупатель, берегись».
Что касается покрытий, то они бывают хорошие и плохие, а также хорошие плохо нанесенные.
Близость к точке максимальной эффективности (BEP)
Посмотрите, где вы работаете на кривой насоса (напор и подача). Если слишком далеко вправо, имеется несоответствие системы и насоса. NPSHr экспоненциально увеличивается при движении вправо. Аналогичные проблемы могут возникнуть при движении слишком далеко влево по кривой. NPSHr фактически увеличивается по мере приближения к областям с низкой и минимальной скоростью потока. Это не публикуется на большинстве кривых насосов.
Удельная скорость всасывания (NSS)
Еще в 1970-х годах новые заводы или системы проектировались с постоянно растущим строгим требованием экономии денег (иногда из-за надежности), особенно на начальных затратах на строительство и материалы. В качестве меры по сокращению затрат был уменьшен NPSha систем (представьте себе меньшие и более низкие резервуары и насосы на более высоких уровнях). Впоследствии владельцы/покупатели системы оказывали все большее давление на производителей насосов, чтобы те проектировали насосы с более низкими требованиями к кавитационному запасу. Самым простым и быстрым решением для производителей насосов было увеличение размера проушины рабочего колеса. Хорошая новость заключалась в том, что NPSHr был снижен, но плохая новость заключалась в том, что гидравлическая стабильность насоса также заметно снижалась, если рабочая точка отклонялась от BEP. У меня будет больше на этом в более поздней статье.
Примечание: Также не обсуждается «Поправочный коэффициент на углеводороды», предмет будущей статьи.
Вывод
Несмотря ни на что, вы будете участвовать в применении насосов, будь то новых или существующих, в каком-то аспекте, где важным фактором будет NPSH. По крайней мере, теперь вы будете знать, почему у крыльчаток большие глаза, у баков длинные ноги, а у насосов болтаются в низинах.
Советы по расчету NPSha
1. Всегда рассчитывайте NPSha при выборе, применении или устранении неисправностей насоса.
2. Всегда работайте с абсолютными значениями.
3. Поддерживайте последовательность единиц. Я рекомендую работать в футах головы, если вы работаете в единицах измерения, принятых в США (USC), или в метрах головы, если используете метрические единицы СИ.
4. Используйте формулу NPSHa. Это твой друг.
5. Всегда рассчитывайте для наихудшего условия (наиболее ограничительного) в системе.
6. Давление всасывания не равно НПШа.
7. Не путайте погружение с НПШа. Вам нужно рассчитать и то, и другое.
8. Почти каждая проблема с насосом связана со стороной всасывания.
9. Давление паров вам не друг. Всегда знайте свойства жидкости.
10. В вакууме все еще есть некоторое давление. Это как раз на уровне ниже атмосферного давления.
11. Для данного насоса тот же расход (Q) с меньшим рабочим колесом потребует большего NPSH. Рассмотрите возможность использования более крупного рабочего колеса, если это возможно. Обратите внимание, что общий динамический напор (TDH или TH) будет другим.
12. Если вы сомневаетесь, вернитесь к этой серии статей или позвоните своему «насосному телефону» другу.