برای انتخاب پمپ ها در مدارهای هیدرولیکی ان پی اس اچ یکی از مهم ترین پارامترهای انتخاب می باشد.

نمودار فشار سیال با فشار بخار اشباع آن در دمای پمپاژ

در این مقاله به توضیح NPSH و راه های افزایش آن می پردازیم.

با توجه به اینکه فشار پایین تر از فشار بخار سیال در مکش پمپ موجب ایجاد کاویتاسیون و در نتیجه آسیب رسیدن به پمپ می گردد، اهمیت NPSH بسیار زیاد می باشد.

محتویات 

1 -NPSH چیست؟
2- هدخالص مثبت در دهانه مکش مورد نیاز
3- هد خالص مثبت در دهانه مکش در دسترس
1-3- چند مثال محاسبه
2-3- نتیجه گیری
4- راه های افزایش NPSH
1-4- راهکارهای کاهش هد خالص مثبت در دهانه مکش موردنیاز یا همان NPSH-R
1-1-4- کاهش دور دورانی پمپ
2-1-4- استفاده از پروانه با چشم بزرگتر
3-1-4- استفاده از پروانه دو مکشه
4-1-4- استفاده از Inducer
2-4- راه کار های افزایش هد خالص مثبت در دهانه مکش در دسترس یا NPSH-A
1-2-4- افزایش فشار خارجی
2-2-4- افزایش ارتفاع سطح سیال مخزن نسبت به تراز مبدا
3-2-4- کاهش افت مسیر (اصطکاکی و موضعی)
4-2-4- کاهش فشار بخار سیال
5-2-4- استفاده از  پمپ بوستر
6-2-4-  استفاده از پمپ VS6

1- NPSH چیست؟

در هنگام ورود سیال به چشم پروانه، کاهش سطح مقطع و در نتیجه کاهش فشار اجتناب ناپذیر است.شماتیک ورود سیال از لوله به پمپ و پروانه
حال اگر فشار سیال به حدی پایین رود که از فشار بخارش پایین تر رود حباب تشکیل می شود (این افت فشار مشابه شرایطی است که در یک کاهنده (Reducer) اتفاق می افتد).
این حباب ها هنگام برخورد به پروانه و با افزایش فشار، نابود می شوند و میکرو جت حاصل از آن به پروانه پمپ آسیب میزند (کاویتاسیون تشکیل می شود).
پس حتی اگر سیال در نازل مکش حاوی حباب نباشد، امکان تشکیل کاویتاسیون در هنگام ورود به چشم پروانه، بدلیل افت فشار یاد شده، وجود دارد.

مضر بودن کاویتاسیون در تمام مدار هیدرولیکی برکسی پوشیده نیست؛
اما در پمپ ها بدلیل اهمیت این مسئله، اصطلاح NPSH ان پی اس اچ یا همان هد خالص مثبت در دهانه مکش تعریف می شود و
بیان کننده میزان هد (Head) یا همان ارتفاع قابل قبولی است که در هنگام پمپاژ سیال تا آن ارتفاع، مطمئنیم در پمپ کاویتاسیون رخ نمی دهد.
(بعبارت دقیق تر کاویتاسیون رخ داده بر عمر پمپ تاثیر چندانی نمی گذارد. در ادامه مقاله به تشریح این مورد می پردازیم).

هدخالص مثبت در دهانه مکش که ترجمه شده Net Positive Suction Head می باشد و به اختصار به آن NPSH ان پی اس اچ می گوییم در برگیرنده دو اصطلاح می باشد:
1- هد خالص مثبت در دهانه مکش مورد نیاز (NPSH-R)
2- هد خالص مثبت در دهانه مکش در دسترس (NPSH-A)
در ادامه به بررسی توضیح هرکدام از این اصطلاحات و راهکارهای افزایش ان پی اس اچ NPSH بوسیله کاهش NPSHR و افزایش NPSHA پرداخته و در انتها در چند مثال NPSH را محاسبه می کنیم.

2- هد خالص مثبت در دهانه مکش مورد نیاز (NPSH_R)

هد خالص مثبت در دهانه مکش موردنیاز عبارت است از مقدار ان پی اس اچ مورد نیاز بمنظور جلوگیری از شروع کاویتاسیون برای عملکرد امن و قابل اطمینان پمپ.

براساس طراحی داخلی پمپ، سرعت دورانی و سایر پارامترهای طراحی، باید مقداری مناسب از تراز انرژی خالص مثبت در دهانه مکش پمپ وجود داشته باشد.
این مقدار مناسب براساس میزان افت ایجاد شده در هد پمپ به موارد
1- کاویتاسیون نداشته باشیم. بعبارتی دیگر حفره سازی در مراحل آغازین باشد. (NPSH-R=NPSH_i)
2- کاویتاسیون داشته باشیم اما در حدی باشد که حداکثر 1% افت در هد پمپ ایجاد کند. (NPSH-R=NPSH1%)
3- کاویتاسیون داشته باشیم اما در حدی باشد که حداکثر 2% افت در هد پمپ ایجاد کند. (NPSH-R=NPSH2%)
4- کاویتاسیون داشته باشیم اما در حدی باشد که حداکثر 3% افت در هد پمپ ایجاد کند. (NPSH-R=NPSH3%)
5- …
و به همین ترتیب و با همین الگو،
دسته بندی می شوند.

اما براساس آزمایشات و مشاهدات تجربی در پمپ های معمولی (به جز پمپ های دور بالا و انرژی بالا) تا حداکثر 3 درصد افت هد در عمر پمپ تاثیر چندانی ندارد.
بنابراین NPSH3% بعنوان معیار مورد پذیرش طراحان پمپ های سانتریفیوژ و استانداردهای مرجع قرار گرفته است.

3- هد خالص مثبت در دهانه مکش در دسترس (NPSH_A)

هد خالص مثبت در دهانه مکش در دسترس عبارت است از مقدار ان پی اس اچ ایجاد شده بوسیله سیستم مکش پمپ.

NPSH-A را می توان در طول طراحی و ساخت سیستم تخمین زد، یا با آزمایش سیستم فیزیکی واقعی تعیین کرد.

NPSH-A موجود را می توان با معادله انرژی تخمین زد.
فرمول NPSH-A بصورت زیر می باشد:

فرمول ان پی اس اچ در دسترس NPSHA

1-3- چند مثال محاسبه NPSH

در چند مثال به محاسبه NPSH در شرایط مختلف می پردازیم:

1-1-3- مثال محسابه NPSH در مداری با مخزن بالا دست تحت فشار

مثال محاسبه NPSH ان پی اس اچ در مداری با مخزن بالا دست تحت فشار

نتیجه حاصل از مثال فوق تاثیر مستقیم حضور فشار خارجی بر روز مخزن حتی در مقادیر اندک را نشان می دهد و این درحالی است که ارتفاع استاتیک سیال بسیار ناچیز گزارش شده است. اما همان گونه که ملاحظه می شود عدد نهایی NPSH برای سیال با دانسیته فوق مقدار قابل قبولی (از نظر نگاه کلان هیدرولیکی) به نظر می آید.

2-1-3- مثال محسابه NPSH در مداری با مخزن بالا دست اتمسفری

مثال محاسبه NPSH ان پی اس اچ در مداری با مخزن بالا دست اتمسفری

2-3- نتیجه گیری

با توجه به مطالب ذکر شده می توان متوجه شد که هد خالص مثبت موجود در مکش پمپ به عوامل ذیل بستگی دارد:

  • فشار خارجی مخزن مبدا یا همان فشار خارجی
  • ارتفاع سطح سیال از تراز مبدا
  • افت مسیر (اصطکاکی، موضعی)
  • فشار بخار سیال در دمای پمپاژ

پس برای افزایش NPSH_A باید مقادیر فشار خارجی و ارتفاع سطح سیال از تراز مبدا را افزایش و مقادیر افت مسیر و فشار بخار سیال در دمای پمپاژ را کاهش داد.
اما اجرای این اقدامات همواره ساده نبوده و محدودیت هایی را نیز به همراه دارد.

4- راه های افزایش NPSH

از آنجا که کارایی پمپ و مقدار ان پی اس اچ NPSH درحقیقت تفاضل بین NPSH-A و NPSH-R می باشد؛ برای افزایش کارایی پمپ می توان NPSH-R را کاهش و NPSH-A افزایش داد.
برای این منظور راهکارهای مختلفی پیش روی مهندسان ماشینری می باشد.

در ادامه به بررسی این راهکارها می پردازیم.

1-4- راهکارهای کاهش هد خالص مثبت در دهانه مکش موردنیاز پمپ یا همان NPSH-R

قبل از پرداختن به راهکارهای NPSH-R لازم به ذکر است که کاهش این نوع از ان پی اس اچ NPSH را نباید از حدی پایین تر ببریم. (چرا؟)

برای کاهش NPSH-R باید سرعت سیال ورودی را کاهش دهیم.
برای رسیدن به این هدف می توان به راهکارهای
– کاهش دور دورانی پمپ
– استفاده از پروانه با چشم بزرگتر
– استفاده از پروانه دو مکشه

– استفاده از Inducer
اشاره کرد که در زیر به توضیحی مختصر درباره هر کدام از این راهکارها می پردازیم.

1-1-4- کاهش دور دورانی پمپ

با کاهش دور دورانی، سرعت سیال در چشم پروانه کاهش یافته و فشار استاتیکی افزایش می یابد.

2-1-4- استفاده از پروانه با چشم بزرگتر

با افزایش مساحت چشم پروانه، سرعت سیال در یک دبی معین کاهش یافته و فشار استاتیکی افزایش خواهد یافت.

Eye چشم پروانه

3-1-4- استفاده از پروانه دو مکشه

با افزایش سطح ورود سیال به چشم پروانه سرعت کاهش یافته و فشار استاتیکی افزایش می یابد.

پروانه دومکشه

4-1-4- استفاده از Inducer

در این شیوه از یک پروانه جریان محوری قبل از ورودی پمپ استفاده می شود تا فشار استاتیکی چشم پروانه تا حدی افزایش یابد.

جانمایی ایندیوسر در پوسته پمپ

ایندیوسر inducer

2-4- راه کار های افزایش هد خالص مثبت در دهانه مکش در دسترس یا NPSH-A

برای این منظور می توان به
– افزایش فشار خارجی
– افزایش ارتفاع سطح سیال مخزن نسبت به تراز مبدا
– کاهش افت مسیر (اصطکاکی و موضعی)
– کاهش فشار بخار سیال
– استفاده از  پمپ بوستر
– استفاده از پمپ
VS6
اشاره کرد.
در ادامه به تشریح هرکدام از این روش ها می پردازیم.

1-2-4- افزایش فشار خارجی

این کار باید در مرحله طراحی پایه ((Basic Engineering Design(BED) و یا حداکثر در مرحله طراحی تفضیلی ((Detail Engineering Design(DED)، یعنی قبل از سفارش گذاری برای خرید مخرن، انجام شود.
رعایت این نکته بدلیل موارد زیر می باشد.

1- احتمال دارد افزایش فشار مورد نیاز، از حد تحمل مخزن خریداری شده خارج باشد.

2- حتی اگر فشار از نظر مکانیکی بلامانع باشد، باید از نظر فرآیندی نیز بررسی شود تا مطمئن شویم که
افزایش فشار باعث انتقال جرم میان گاز و سیال فرآیندی نشود. (گاز استفاده شده معمولا نیتروژن است)

3- باید تنظیمات ملحقات حفاظتی-کنترلی آن (مانند شیرهای اطمینان) نیز دوباره و براساس فشار جدید انتخاب شوند.

2-2-4- افزایش ارتفاع سطح سیال مخزن نسبت به تراز مبدا

با افزایش ارتفاع سطح سیال از تراز مبدا، مقدار NPSH-A افزایش می یابد.

از طرفی می دانیم که ارتفاع سیال می تواند در حین کارکرد مخزن و به دلایل فرآیندی و عملیاتی از بالاترین سطح تا پایین ترین سطح ممکن متغیر باشد.

به همین دلیل و برای پیشگیری از تاثیر مورد عنوان شده مقدار ان پی اس اچ در دسترس را در پایین ترین تراز ممکن ((Low Low Liquid Level(LLLL) محاسبه می کنیم تا بدترین حالت را پوشش داده باشیم.

از طرف دیگر افزایش ارتفاع پایین ترین تراز ممکن مخزن، معادل است با افزایش حجم سیالی که پمپاژ نمی شود (چون به محض رسیدن سیال به این تراز، پمپ خاموش می شود) و
بعنوان سیال مرده و یا غیر استفاده نیز یاد می شود و یا بعبارت دیگر کاهش حجم سیال دردسترس برای پمپاژ.

3-2-4- کاهش افت مسیر (اصطکاکی و موضعی)

باید تا حد امکان سعی کنیم که پمپ را به منبع تغذیه آن (مثلا مخزن بالادست) نزدیک کرده و
از شیرآلات، اتصالات زانویی های کمتری و بعبارت دیگر از مقامت های هیدرولیکی کمتری در سیستم لوله کشی استفاده کنیم.

البته درصورتی که مشکلی برای سیال فرایندی پیش نیاید، می توانیم با افزایش قطر لوله، میزان افت را کاهش دهیم.

4-2-4- کاهش فشار بخار سیال

فشار بخار سیال در یک دمای معین نشانگر میزان توانایی مولکول های آن سیال برای فرار از سطح مایع در آن دما است.

این پارامتر با دما رابطه مستقیم داشته و با افزایش دما، افزایش و با کاهش آن، فشار بخار سیال نیز کاهش می یابد.

فشار بخار بصورت مطلق گزارش می شود، درنتیجه برای کاهش فشار بخار یک سیال، باید دمای آن را کاهش دهیم.

برای این منظور 2 روش:

استفاده از مبدل حرارتی در ورودی پمپ
– تزریق مایع سرد

وجود دارد.

لازم به ذکر است که در استفاده از هر شیوه باید به مزایا و معایب آن توجه نمود و با احتیاط عمل کرد.
در ادامه به بیان این دو روش به اختصار می پردازیم.

1-4-2-4- استفاده از مبدل حرارتی در ورودی پمپ

با استفاده از مبدل حرارتی (آب خنک یا هوا خنک) می‌توان دما را در ورودی پمپ کاهش داد.

باید دقت داشت که فشار بخار باید در حداکثر دمای سیال که در شرایط عادی مورد انتظار نبوده و جز دگرگونی های فرایندی به حساب می آید، محاسبه شود.

2-4-2-4- تزریق مایع سرد

براساس تجربه، استفاده از این روش در صورت امکان حتی در مقادیر کم اختلاط بسیار موثر شناخته شده است.

مایع سرد استفاده شده باید با سیال فرایندی سازگار باشد تا در ترکیب یا ترکیبات سیال اشکال ایجاد نشود.

5-2-4- استفاده از پمپ بوستر

در شرایطی که تراز مثبت خالص فراهم آمده در دهانه مکش پمپ (به دلیل شرایط هیدرولیکی و دور کارکرد) برای برقراری حاشیه لازم و مناسب با مقدار NPSH-R (هد خالص مثبت در دهانه مکش مورد نیاز پمپ) کافی نباشد،

می توان در صورت عدم وجود محدودیت فضا، از یک پمپ سانتریفیوژ دیگری بعنوان پمپ بوستر که مقدار NPSH-R آن متناسب با هیدرولیک مدار بالا دست است قبل از پمپ هدف (پمپ اصلی) استفاده نمود.

مناسب ترین گزینه برای تحقق این هدف هیدرولیکی OH3 شناخته می شود.

پمپ بوستر OH3

6-2-4- استفاده از پمپ VS6

با استفاده از این پمپ در حقیقت فشار استاتیکی سیال بر روی چشم پروانه را افزایش می دهیم.

این پمپ‌ها از نوع پمپ‌های 2پوسته ای هستند.

پوسته اول همواره در محل نصب خود ثابت باقی می ماند.
پوسته دوم نیز که از نوع دیفیوزری است در تولید فشار استاتیکی و هیدرولیک پمپ، شرکت می نماید.

پمپ VS6

 

کارت تخفیف

مجموعه نماتک در حال ضبط و آماده سازی این آموزش جامع است.

اگر علاقه مند به تهیه این بسته هستید، فرم زیر را پر کنید و در زمان رونمایی از بسته 100,000 تومان تخفیف بگیرید.

به محض آماده انتشار شدن بسته جامع از واحد فروش مجموعه با شما تماس گرفته خواهد شد،
شماره موبایل خود را با دقت وارد کنید تا این تخفیف را از دست ندهید.