Was Sie über NPSH wissen müssen

Jun 18, 2023

Der Spielraum zwischen Druck und Dampfdruck an der Saugdüse der Pumpe ist die positive Nettosaughöhe (NPSH). NPSH ist die Differenz zwischen Saugdruck (Stagnation) und Dampfdruck. In Gleichungsform:

Da der Dampfdruck immer absolut ausgedrückt wird, muss auch der Saugdruck absolut angegeben werden. In den in den USA üblichen Einheiten müssen beide Drücke in Pfund pro Quadratzoll absolut (psia) angegeben werden. Der Manometerdruck wird durch Addition des atmosphärischen Drucks in einen absoluten Druck umgewandelt.

Die obige Gleichung liefert eine Antwort in Druckeinheiten (psi). Dies kann mit der folgenden Gleichung in die Einheit Kopf (Fuß) umgerechnet werden:

NPSH ist in allen Pumpsystemen ein Thema von äußerster Wichtigkeit. Schätzungen zufolge sind 80 Prozent aller Pumpenprobleme auf unzureichende Ansaugbedingungen zurückzuführen, und die meisten Ansaugprobleme hängen mit NPSH zusammen. (Entweder liefert das System nicht so viel wie erwartet, oder die Pumpe benötigt mehr als erwartet.) Daher ist es wahrscheinlich, dass es sich bei den meisten Pumpenproblemen um NPSH-Probleme handelt.

Bei Kreiselpumpen werden NPSH-Werte in Einheiten der spezifischen Energie (äquivalente Säulenhöhe) wie Fuß oder Meter ausgedrückt. Bei Verdrängerpumpen (Rotations- und Kolbenpumpen) werden NPSH-Werte normalerweise in Druckeinheiten wie Pfund pro Quadratzoll (psi), Kilopascal oder Bar ausgedrückt.

NPSH-Werte sind weder Überdrücke noch absolute Drücke. Das „g“ in psig bedeutet, dass der Druck über dem Atmosphärendruck gemessen wird. Das „a“ in Psia bedeutet, dass der Druck über dem absoluten Nullpunkt gemessen wird, einem perfekten Vakuum. NPSH ist ein Maß für den Druck über dem Dampfdruck, daher sind die Einheiten von NPSH (in den USA) nur psi oder Fuß.

NPSHa steht für NPSH, das vom System verfügbar ist. Er kann berechnet werden, indem der Saugdruck an der Saugdüse der Pumpe gemessen, auf den Bezugswert korrigiert, der atmosphärische Druck addiert, die Geschwindigkeitshöhe addiert und der Dampfdruck subtrahiert wird. In Gleichungsform:

Bei Bedarf können alle Einheiten vor der Einbeziehung in die Gleichung in Kopf (Fuß) umgerechnet werden.

Wenn das System noch nicht gebaut wurde, ist es notwendig, den NPSHa zu berechnen, indem man mit dem Druck im Saugtank beginnt. Addieren Sie den atmosphärischen Druck, addieren (oder subtrahieren) Sie den Flüssigkeitsstand über (unter) dem Bezugspunkt, subtrahieren Sie alle Verluste vom Tank zur Pumpe und subtrahieren Sie den Dampfdruck.

Die Buchstaben NPSHr stehen für den von der Pumpe benötigten NPSH. Dieses Merkmal muss durch Versuch ermittelt werden.

Für den ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe ist NPSHa > NPSHr erforderlich. Das System muss mehr NPSH liefern, als die Pumpe benötigt.

Eine mögliche Komplikation, wenn NPSHr NPSHa überschreitet, ist Kavitation. Wenn der statische Druck einer Flüssigkeit zu irgendeinem Zeitpunkt unter den Dampfdruck fällt, kocht ein Teil der Flüssigkeit und verdampft zu einem Gas. Diese Bildung von Gasblasen wird Kavitation genannt. (In der Flüssigkeit bilden sich Hohlräume.) Eine solche Gasbildung in einem Saugrohr oder im Inneren einer Pumpe kann zu einer Verringerung der Pumpenkapazität und/oder der Förderhöhe führen. Es kann auch zu Schäden an der Pumpe kommen. Wenn Flüssigkeit in eine Pumpe fließt, verringert sich der Druck. Bei einer Kreiselpumpe beschleunigt die Flüssigkeit in das Auge des Laufrads und führt zu einem Druckabfall. Die Laufradschaufeln schneiden sich dann in die Flüssigkeit ein und erzeugen Zonen mit geringerem Druck.

Wenn am Pumpeneinlass kein ausreichender Druckspielraum über dem Dampfdruck vorhanden ist, strömt ein Teil der Flüssigkeit an der Vorderkante jedes Flügels aus.

Bei Verdrängerpumpen ist die Situation ähnlich. Da der Druck abfällt, wenn sich das Pumpgut in die Pumpkammer bewegt, muss der Saugdruck den Dampfdruck um einiges übersteigen, um Kavitation zu verhindern.

Auch wenn die Flüssigkeit kavitiert, sagen wir normalerweise, dass die Pumpe kavitiert. Mögliche Auswirkungen der Pumpenkavitation sind Lärm, Förderhöhen- und/oder Kapazitätsverlust sowie Geräteschäden. Es ist nicht die Blasenbildung, die den Schaden verursacht. Wenn die Blasen kollabieren oder „implodieren“, entstehen Schäden an Pumpenteilen. Wenn die Blasen auf einer harten Oberfläche kollabieren, entsteht ein hoher Druck.

Wenn sich eine Kreiselpumpe so anhört, als würde sie Kies pumpen, wenn das System dies verträgt und keine andere Lösung verfügbar ist, injizieren Sie etwa ½ Volumenprozent Luft (oder ein anderes Gas) direkt stromaufwärts (in den Einlass) der Kreiselpumpe Pumpe. Experimentieren Sie, wie wenig Luft für einen geräuscharmen Betrieb erforderlich ist. (Versuchen Sie dies nicht mit einer Kolbenpumpe!)

Die saugspezifische Geschwindigkeit ist, ebenso wie die spezifische Geschwindigkeit, überhaupt keine Geschwindigkeit. Es handelt sich um eine Indexzahl oder einen „Maßstab“. Sie basiert auf dem NPSHr einer Kreiselpumpe, normalerweise dem NPSHr mit 3 Prozent Förderhöhenabfall und normalerweise am besten Wirkungsgradpunkt (BEP). Die Gleichung für die spezifische Sauggeschwindigkeit ist dieselbe wie für die spezifische Geschwindigkeit, mit der Ausnahme, dass NPSHr für die Förderhöhe wie folgt ersetzt wird:

Das Symbol Nss wird häufig anstelle von S für die saugspezifische Geschwindigkeit verwendet.

Der Wert von S liegt bei den meisten Pumpen typischerweise zwischen 7.000 und 15.000. Die höheren Werte treten häufiger bei Einheiten mit höherer Geschwindigkeit und höherer Kapazität auf.

Der Druck von Anwendern und Wettbewerbern zwang die Pumpenhersteller mehrere Jahre lang dazu, kontinuierlich nach niedrigeren NPSHr-Werten zu streben. Die Philosophie lautete: „Je niedriger der NPSHr, desto besser die Pumpe.“ NPSHr in Kreiselpumpen wird normalerweise durch Vergrößerung des Durchmessers des Laufradauges verringert. Diese Philosophie hat sich nun geändert.

Aufgrund von Problemen, die auf überdimensionierte Laufradaugen zurückzuführen sind, haben Pumpenbenutzer Maximalwerte für S festgelegt, was wiederum Mindestwerte für NPSHr festlegt. (Siehe Pumps & Systems, Dezember 2011).

Jede Kreiselpumpe möchte mit ihrem BEP laufen. Pumpenkomponenten würden bei dieser Kapazität die maximale Lebensdauer erreichen. Eine Pumpe läuft selten mit ihrem Bestpunkt, aber die Lebensdauer der Komponenten verlängert sich erheblich, wenn sie innerhalb ihres „stabilen“ Kapazitätsfensters arbeitet. Die saugspezifische Geschwindigkeit kann Aufschluss über die Größe dieses Fensters geben. Pumpen mit niedrigeren S-Werten haben größere Fenster.