Чиста положителна смукателна височина (NPSH) и как да решим кавитационни проблеми

Дата: 01.08.2018

До началото на 17-ти век, физичните свойства на въздуха са били доста слабо (и грешно) разбрани. Еванджелиста Торичели – италиански учен – е бил сред първите, които открили, че въздухът (точно както водата) има измерима тежест. Той казва „Живеем на дъното на огромен океан от елемента въздух“. Теглото на този „океан“ упражнява налягане върху земната повърхност, което се нарича атмосферично налягане.

Атмосферично налягане

До началото на 17-ти век, физичните свойства на въздуха са били доста слабо (и грешно) разбрани. Еванджелиста Торичели – италиански учен – е бил сред първите, които открили, че въздухът (точно както водата) има измерима тежест. Той казва „Живеем на дъното на огромен океан от елемента въздух“. Теглото на този „океан“ упражнява налягане върху земната повърхност, което се нарича атмосферично налягане. То ни позволява да дишаме, контролира климатичните условия и е в основата на работата на всяка помпа. Не случайно, Торичели изобретява живачния барометър – инструмент, който използваме и до днес за фини измервания на това налягане.  

Как работи помпата.

С една дума – смуче. Флуидите се придвижват от място с високо налягане към място с ниско такова. Помпите създават точно такъв поток като имат ниско налягане на входа, а флуидът постъпва вътре заради атмосферното налягане или собствения си напор. Но все пак всички имат проблеми с правилното използване на помпи. Това е поради зависимостта им от външното налягане – колкото и лека да е една течност, има физично ограничение относно това колко високо една помпа може да я всмуче. Това е основният допринасящ фактор при определянето на чистата положителна смукателна височина (Net Positive Suction Head – NPSH).  

Как определяме чистата положителна смукателна височина

ЧПСВ (NPSH) може да бъде изразена по два начина:

• Налична (NPSH Available) – Абсолютното налягане на входа на помпата
• Нужна (NPSH Required) – Минималното налягане на входа на помпата, което не позволява на помпата да кавитира

Докато NPSH-A е функция на самата помпена система и трябва да се изчисли, NPSH-R е функция на помпата и се предоставя като стойност от производителя. NPSH-A трябва да има по-голяма стойност от NSPH-R за да може помпата да работи без кавитация. Повече за това в следващия абзац.  

Налягане на пари/газ и кавитация

Точката на изпаряване на което и да е вещество зависи от два фактора – налягане и температура. При по-ниско налягане е нужна по-висока температура и обратното. Кавитацията е един от основните недостатъци при помпи, в които флуиди постъпват при налягане по-ниско от атмосферното. Тя се изразява в бързото и бурно оформяне на газови мехурчета, тъй като изпомпваната течност се изпарява заради ниското налягане и повишената температура. Това води до захабяване на частите на помпата и често се определя с:

• Силен шум, който звучи сякаш помпата смила нещо твърдо
• Загуба на капацитет (мехурчетата заемат мястото, където трябва да е течността)
• Вдлъбнатини в контактните части, където мехурчетата се образуват

 

Как да решим проблемите с кавитация като изчислим позитивната смукателна височина

Нека първо ви покажем как да изчислите стойността NPSH-A или наличната смукателна височина:  

NPSH_A = H_A ± H_Z - H_F + H_V - H_VP

 

Символ	Определeние
HA	Налягането на повърхността на течността в захранващия резервоар
HZ	Вертикалното разстояние между повърхността на течността и центърлинията на помпата
HF	Загуби от триене в тръбопровода към входа на помпата
HV	Скорост на напора на входа на помпата
HVP	Абсолютното налягане на парите на изпомпваната течност при температура на изпомпване

  Тук е нужно да сме много внимателни с това в какви мерни единици пресмятаме всяка величина. Всеки производител дава своите по различен начин, така че може да ви се наложи да конвертирате. При достатъчна разлика в NPSH-A и NPSH-R можете да потвърдите, че това е кавитационен проблем. Но това е лесната част Отстраняването на проблеми от този тип изисква, казано на прост език, да „докараме сметката до по-добро положение“. С други думи – има начин да променим фактори от формулата, които да намалим или увеличим. Ето как:

Символ	Подобрение
HA	·         Дори и да използвате външно налягане, за да захранвате помпата, тази височина най-често представлява атмосферното налягане, което е извън ваш контрол (надяваме се)
HZ	·         Ако помпата започва да кавитира когато резервоара се изпразва, можете да оставяте повече течност в него. ·         Повдигането на резервоара или свалянето на помпата по-ниско също може да помогне.
HF	Този фактор се променя най-лесно: ·         Увеличете диаметъра на тръбопровода или намалете дължината ·         За гъсти течности нагряването на потока ще помогне с вискозността ·         Намалете препятствия като цедки, клапани и други ·         Захабените маркучи и тръби водят до по-големи загуби. Заменете ги с нови
HVP	·         Контролирайте температурата, за да подсигурите по-ниското налягане на парите. Често помпи с високо налягане на парите се боядисват в светли цветове, за да не привличат топлината на слънцето.

  Ако промените в помпената система не са възможни, може да попитате производителя как да намалите NPSH-R. При зъбните помпи това може да се случи с преминаването към по-голям модел или забавянето на оборотите на помпата.