چگونه مشکلات NPSHa را حل کنیم
در بیشتر مسائل واقعی NPSH، ما فردی نیستیم که محاسبه اولیه NPSHa را برای یک سیستم انجام دهیم و در ابتدا پمپ را انتخاب کنیم. سناریوی محتمل‌تر این است که ما در یک مشکل سیستم موجود گیر کرده‌ایم و پمپ مرتبط به سمت پایان عمر کوتاه و بسیار گران می‌رود. طرف های مقصر رفته اند یا حرف نمی زنند.
چرا کاویتاسیون چیز بدی است؟
اگر NPSHa کافی وجود نداشته باشد، پمپ کاویت می شود. کاویتاسیون باعث آسیب پمپ و کاهش عملکرد می شود. آسیب پمپ به صورت آسیب مکانیکی آب بندی و یاتاقان ظاهر می شود. در مراحل بعدی می تواند یک پروانه را نیز از بین ببرد. همه آسیب ها گران است.
اکثر خوانندگان می دانند که کاویتاسیون (کلاسیک) تشکیل حباب های بخار در مایع است. این حباب ها به این دلیل تشکیل می شوند که فشار روی مایع به زیر فشار بخار کاهش یافته است (NPSH مورد نیاز [NPSHr] از NPSHa بیشتر است). این مشکل معمولاً در نزدیکی چشم پروانه رخ می دهد زیرا این ناحیه کمترین فشار در سیستم مکش است. حباب‌ها متعاقباً وقتی به ناحیه‌ای با فشار بالاتر در حدود یک سوم تا نصف فاصله در امتداد سطح زیرین پره پروانه می‌رسند، فرو می‌ریزند. تشکیل حباب ها آسیب فیزیکی کمی وارد می کند. کاویتاسیون بر عملکرد هیدرولیک پمپ تأثیر می گذارد. فروپاشی حباب ها به طور بالقوه آسیب جدی به پروانه وارد می کند.
من مقاله ای خواهم داشت که توضیح می دهد چگونه کاویتاسیون باعث آسیب در شماره آینده می شود.
حاشیه NPSH
برای جلوگیری یا کاهش کاویتاسیون، باید NPSHa بیشتری نسبت به نیاز پمپ داشته باشید.
معادله 1
NPSHa ÷ NPSHr = حاشیه NPSH
جایی که:
NPSHr نیز برابر با NPSH3 است
اینکه چه مقدار حاشیه NPSH برای جلوگیری از کاویتاسیون نیاز دارید در هر کاربرد متفاوت است. هر چه حاشیه بیشتر باشد، بهتر است. دستورالعمل ها و قوانین سرانگشتی به اندازه اسطوره های شهری فراوان و قابل اعتماد هستند. توصیه می کنم برای درک بهتر، مشخصات 9.6.1 مؤسسه استانداردهای ملی آمریکا/موسسه هیدرولیک (ANSI/HI) را مطالعه کنید. خواص مایع و سطح انرژی مکش عوامل متمایز کننده هستند.
چگونه یک پمپ کاویت کننده را تعمیر کنیم
این سوال اغلب از من پرسیده می‌شود و من معمولاً پیشنهاد می‌کنم به فرمول NPSHa و چهار جزء آن برای راه‌حل نگاه کنم.
با استفاده از هر یک از چهار مؤلفه فرمول، می توانید راه حل های بالقوه را برای حل مسئله NPSHa ترسیم کنید.
معادله 2
NPSHa = hآ - hvpa + hخیابان - hf
جایی که:
ساعتآ = فشار مطلق فشار مطلق که بر حسب فوت سر مایع پمپاژ شده در سطح مایع اندازه گیری می شود. اگر مکش از یک مخزن باز باشد، یا فشار مطلق موجود در یک مخزن بسته مانند یک چاه گرم کندانسور یا هواگیر، این فشار هوا خواهد بود.
ساعتvpa = فشار بخار هد در پا مطابق با فشار بخار مایع در دمای پمپاژ شده است.
ساعتخیابان = سر استاتیک مایع روی خط مرکزی پمپ یا چشمی پروانه برای مکش سیلابی در پا (مقدار مثبت برای مکش غرقابی). همه خطوط مرکزی پروانه با خط مرکزی پمپ مطابقت ندارند.
ساعتf = مجموع تلفات اصطکاک در پاهای سر برای سیستم سمت مکش.
اولین عامل در فرمول فشار مطلق (hآ). این عامل همیشه مثبت است. اگر منبع مکش در حال حاضر به اتمسفر باز است، نمی‌توانید کاری انجام دهید، زیرا تغییر چیزی در کنترل شما بعید و غیر واقعی است. شما نمی توانید فشار اتمسفر را تغییر دهید یا مکان پمپ/سیستم را نسبت به سطح دریا به ارتفاع کمتری منتقل کنید. با این حال، اگر مشکلی وجود داشته باشد، به شما کمک می کند تا متوجه شوید که چرا پمپ حفره می کند. اگر سیستم بسته و تحت فشار باشد، امکان افزایش فشار وجود دارد (در نتیجه هد مطلق [hآ]) به نوعی. تجربه من با صاحبان و اپراتورهای نیروگاه این است که افزایش فشار مکش سیستم به دلیل محدودیت‌های برتر و/یا اولویت بالاتر تقریباً هرگز اتفاق نمی‌افتد.
دومین عامل در فرمول فشار بخار (hvpa). هر چه دما بیشتر باشد، فشار بخار بیشتر و اثر منفی بیشتر می شود. در تجربه خود من فقط یک مورد را شاهد بوده ام که مشتری مایل یا قادر به کاهش دمای سیستم بوده است، اما هنوز این سوالی است که باید پرسیده شود. حتی چند درجه هم می تواند تاثیر قابل توجهی داشته باشد.
سومین جزء در فرمول سر استاتیک (hخیابان). گاهی اوقات می توانید صاحب سیستم را متقاعد کنید که مخزن تامین (وضعیت آبگرفتگی) یا سامپ (شرایط بالابر) را در سطح بالاتری نگه دارد. اگر خوش شانس باشید، چند فوت افزایش سر استاتیک می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند. من در چند مورد درگیر بودم که پمپ به سطح پایین تر منتقل شد و در یک مورد سطح پایین تر برای پمپ ایجاد شد. این راه حل ها گران هستند.
چهارمین جزء در فرمول ضریب اصطکاک (hf). از بین همه عوامل موجود در فرمول، من "شانس" بیشتری داشتم که مالک سیستم را متقاعد کردم که لوله مکش را در تلاش برای کاهش اصطکاک جایگزین یا اصلاح کند. می توانید اندازه لوله را افزایش دهید و احتمالاً تعداد زانوها، سه راهی ها و سایر اجزای سیستم مکش را کاهش دهید تا اصطکاک را به حداقل برسانید.
سایر امکانات خارج از فرمول
اگر نمی توانید NPSHa را افزایش دهید، شاید بتوانید NPSHr را کاهش دهید.
به دنبال گزینه های مختلف پمپ یا پروانه ای باشید که به NPSH کمتری نیاز دارند. این غیر معمول نیست که یک سازنده برای یک پمپ پروانه های مختلف با نیازهای مختلف NPSH داشته باشد. برخی از تولیدکنندگان یک القایی ارائه می‌دهند که در ارتباط با پروانه برای کاهش NPSHr کار می‌کند. بدون مشورت با سازنده، القا کننده اضافه نکنید، زیرا القاگرها باید با پروانه مطابقت داشته باشند. گاهی اوقات به پمپ متفاوتی نیاز است.
حرکت به یک پروانه مکش دوبل (دو چشمی) تأثیر قابل توجهی در این موضوع خواهد داشت زیرا NPSHr تا 50 درصد کاهش می یابد.
سرعت پمپ را با استفاده از سرعت متغیر یا صرفاً با استفاده از پمپی که سرویس را تکمیل می کند (جریان [Q] و هد [TH]) با سرعت کمتر کاهش دهید. احتیاط این است که پمپ احتمالاً دو برابر (از نظر فیزیکی) بزرگتر از پمپ اولیه با هزینه بالاتر خواهد بود.
در بسیاری از موارد، راه حل اضافه کردن یک بوستر پمپ روی مکش پمپ اولیه است. در نیروگاه ها و سایر سیستم های بخار، وجود یک پمپ میعانات گازی که قبل از رسیدن مایع به پمپ تغذیه واقعی به پمپ تقویت کننده تغذیه پمپ می شود، غیر معمول نیست.
مواد
گاهی اوقات کاری نمی توانید برای جلوگیری از حفره شدن پمپ انجام دهید، بنابراین گزینه شما این است که به جای مشکل، علائم را درمان کنید. مواد مختلف محدوده های متفاوتی از مقاومت در برابر آسیب حفره را ارائه می دهند. علاوه بر این، برخی از مواد محافظت بهتری نسبت به سایرین در جریان پدیده ای به نام خوردگی فرسایش ناشی از حفره ارائه می دهند.
مقاومت در برابر آسیب کاویتاسیون به عنوان متقابل نرخ کاهش حجم برای یک فلز معین تعریف می شود. خواص مکانیکی ماده که بخشی از این معادله است عبارتند از: استحکام کششی نهایی، استحکام تسلیم، ازدیاد طول نهایی، سختی برینل، مدول الاستیسیته و کرنش-انرژی.
مهمترین ویژگی از این لیست انرژی کرنش شکست فلزات است. به همین دلیل است که انواع برنز آلومینیومی و فولادهای ضد زنگ دوبلکس مقاومت بهتری نسبت به سایر مواد مانند فولاد کربن معمولی و آهن دارند. توجه داشته باشید، به عنوان تعمیر تجهیزات پس از اورجینال (OEM)، چندین پوشش نیز وجود دارد که می تواند اعمال شود. هنگام استفاده از روکش‌ها، من توصیه می‌کنم که عبارت تعیین‌کننده و توصیه‌ای برای آن روز «Caveat Emptor» از لاتین برای «خریدار مراقب باشید» باشد.
در مورد پوشش ها، موارد خوب و بد وجود دارد و موارد خوب بد اعمال می شوند.
نزدیکی به بهترین نقطه کارایی (BEP)
به محل کار روی منحنی پمپ (هد و جریان) نگاه کنید. اگر بیش از حد به سمت راست فاصله داشته باشید، عدم تطابق با سیستم و پمپ وجود دارد. با حرکت سمت راست NPSHr به صورت تصاعدی افزایش می یابد. عمل بیش از حد به سمت چپ روی منحنی می تواند مشکلات مشابهی داشته باشد. NPSHr در واقع با نزدیک شدن به مناطقی با نرخ جریان کم و حداقل افزایش می یابد. این در اکثر منحنی های پمپ منتشر نشده است.
سرعت ویژه مکش (NSS)
در دهه 1970، نیروگاه‌ها یا سیستم‌های جدید با دستورات سختگیرانه روزافزون برای صرفه‌جویی در هزینه (گاهی بیش از قابلیت اطمینان)، به ویژه در هزینه‌های ساخت و ساز اولیه و مصالح، طراحی شدند. به عنوان یک اقدام کاهش هزینه، NPSHa سیستم‌ها کاهش یافت (مخزن‌ها و پمپ‌های کوچکتر و پایین‌تر را در سطوح بالاتر در نظر بگیرید). صاحبان/خریداران سیستم متعاقباً فشار فزاینده ای را بر تولیدکنندگان پمپ وارد کردند تا پمپ هایی با نیازهای NPSH کمتر طراحی کنند. ساده ترین و سریع ترین راه حل برای سازندگان پمپ افزایش اندازه چشمی پروانه بود. خبر خوب این بود که NPSHr کاهش یافته بود، اما خبر بد این بود که پایداری هیدرولیک پمپ نیز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد، اگر نقطه کار از BEP خارج شود. در مقاله بعدی بیشتر در این مورد خواهم داشت.
توجه داشته باشید: همچنین درباره «عامل تصحیح هیدروکربن» موضوع مقاله آینده بحث نشده است.
نتیجه
مهم نیست که چه، شما درگیر برنامه های پمپ خواهید بود، چه جدید چه موجود، از جنبه هایی که NPSH یک عامل خواهد بود. حداقل اکنون می‌دانید که چرا پروانه‌ها چشم‌های بزرگ دارند، تانک‌ها پاهای بلند دارند و پمپ‌ها در مکان‌های پایین آویزان هستند.
نکاتی برای محاسبه NPSHa
1. همیشه هنگام انتخاب، استفاده یا عیب یابی پمپ، NPSHa را محاسبه کنید.
2. همیشه در مقادیر مطلق کار کنید.
3. واحدها را ثابت نگه دارید. اگر در واحدهای معمولی ایالات متحده (USC) کار می کنید یا اگر از واحدهای SI متریک استفاده می کنید، توصیه می کنم با فوت سر کار کنید.
4. از فرمول NPSHa استفاده کنید. دوست شماست.
5. همیشه برای بدترین شرایط (محدود کننده ترین) در سیستم محاسبه کنید.
6. فشار مکش NPSHa نیست.
7. غوطه وری را با NPSHa اشتباه نگیرید. شما باید برای هر دو محاسبه کنید.
8. تقریباً هر مشکل پمپ در سمت مکش است.
9. فشار بخار دوست شما نیست. همیشه خواص مایع را بدانید.
10. در خلاء، هنوز مقداری فشار وجود دارد. فقط در سطحی زیر فشار اتمسفر قرار دارد.
11. برای یک پمپ معین، دبی یکسان (Q) با استفاده از یک پروانه کوچکتر به NPSH بیشتری نیاز دارد. در صورت امکان به استفاده از پروانه بزرگتر نگاه کنید. توجه داشته باشید کل هد دینامیکی (TDH یا TH) متفاوت خواهد بود.
12. در صورت شک، به این سری از مقالات برگردید یا با "تلفن پمپ یک دوست" تماس بگیرید.