關於水泵NPSHA技術解析

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

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

由於作者每年都會在幾所泵學校教書，課程內容相當部分在於幫助學生理解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應用中可能遇到的五個主要問題。這 些例項改編自“Cameron Hydraulic Data Book”的第1章。

作者會逐步介紹這5個例項，希望幫助讀者透過學習，掌握這幾個實際案例以及現實中可能碰到的類似的問題。

NPSH、NPSHa及NPSHr的定義

淨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，但更為複雜。

NPSHa是系統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、環境條件以及吸入系統設計和幾何結構的函式。本質而言，計算與吸入系統本身有關，應由系統所有者、終端使用者和 /或其工程師或顧問完成，與泵無關。出於責任方面的原因，製造商通常不參與客戶的計算。但隨著時間的推移，製造商會更多參與其中，以提供維護保養支援。

所需淨正吸入壓頭（NPSHr）通常由泵製造商參照經驗方法、液壓協會（HI） 的標準和規範確定。NPSHr值通常報告在泵的效能曲線上。

注意，NPSHr和NPSH3本質上是相同的。在給定的壓頭和流量工作點，由於NPSH不足，泵已經出現輕微的氣蝕現象，壓頭下降了3%，而流量固定在某個值上。

NPSH餘量是指NPSHa值超過NPSHr 的水平。有一些建議或適當餘量的指南認為餘量越高越好。更多資訊請見ANSI/HI 9。6。1-2012部分關於本話題的內容。

NPSHa：公式還是數字？

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資料、條 件，完成數學步驟，並得出正確的答案。 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生了什麼。

在圖1中，有一個處於環境溫度（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的高度接近 海平面。水箱中水位頂面高於泵中心線10 英尺，稱之為“灌注吸入”，因為液體來 源於泵葉輪的上方。歡迎關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，帶有一隻彎管和一隻 全開的隔離閥。假設水位在10英尺處保持 不變，但現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所需的資料。在第一個例項中，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。

在後續的例項中，將討論摩擦壓頭 的計算方法，並計算和演示速度水頭會對 結果產生怎樣的影響。

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，可根據溫度輕鬆計算，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，通常可以忽略不計，為簡單起見，先跳過，在本系列後面的文章中予以討論。

計算灌注吸入的NPSHa

1。對於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，但根據定義不 能為負。

4。假設液體源頭位於泵的下方而不是 上方，在“提升”的情況下，如果液位 低於泵的吸入口（而不是“灌注”的情 況），則靜態高度為負值（該情況稱為 “提升”），方程式中的這個資料對您 不利。

5。不需要關心泵或系統的排放側，以 便進行NPSHa的計算。

6。綜上所述，NPSHa公式中的大多數 組成部分都對您不利。現在開始理解為什 麼吸入源需要升高、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，或四捨五入為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，我們擁有實際資料填充公式中四個部分的資訊，完成計算，確定 NPSHa。

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

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。

現在只需把大氣壓從psia換算成英尺壓頭。將14。7乘以2。31，結果是33。957英尺，四捨五入為34英尺。方程中第一個變數的值為34英尺。

方程式中的第二個變數是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”（《卡麥隆液壓資料手冊》）中查詢。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，液體型別不同，hvpa也不同。

查詢得到的值應為0。33889 psia。將該數字乘以2。31，將壓頭轉換為以英尺為單位。所得值為0。7828英尺。四捨五入到 0。783英尺。現在方程中的第二個值是： 0。783英尺。

方程中的第三個變數是靜壓頭 （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）。本例標明的靜態高度為10英尺，不需要轉換，因為已經使用了正確的單位。現在，方程中第三個變數的值已經計算出來，為10英尺。

方程式中的第四個變數為（hf）是管道中的摩擦損失，之前提供的值為3。2英 尺。現在已經有了四個計算值的答案。

請注意，給定的3。2英尺的摩擦係數是液體特性、流速、管道（吸入系統）材 料和幾何結構的函式。簡單而言，對於給定的液體流速，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）而產生摩擦損失。

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

速度水頭部分的值為正值。現在有四個所需的值來填充進公式，並計算出 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