Cách giải quyết vấn đề NPSHa
Trong hầu hết các vấn đề NPSH ngoài đời thực, chúng tôi không phải là người tiến hành tính toán NPSHa ban đầu cho hệ thống và chọn máy bơm ban đầu. Kịch bản có khả năng xảy ra hơn là chúng ta đang mắc kẹt với một sự cố hệ thống hiện có, và máy bơm liên quan đang hướng tới việc kết thúc vòng đời ngắn và rất tốn kém. Các bên có tội đã biến mất hoặc không nói chuyện.
Tại sao Cavitation là một điều xấu
Nếu không có đủ NPSHa, máy bơm sẽ nổi lên. Hốc nước gây hư hỏng máy bơm và giảm hiệu suất. Hư hỏng máy bơm biểu hiện như hư hỏng phớt cơ khí và ổ trục. Trong giai đoạn sau, nó cũng có thể phá hủy một cánh quạt. Mọi thiệt hại đều phải trả giá đắt.
Hầu hết độc giả đều biết rằng cavitation (cổ điển) là sự hình thành các bong bóng hơi trong chất lỏng. Những bong bóng này hình thành do áp suất trên chất lỏng đã giảm xuống dưới áp suất hơi (NPSH yêu cầu [NPSHr] vượt quá NPSHa). Sự cố này thường xảy ra gần mắt của cánh quạt vì đây là khu vực áp suất thấp nhất trong hệ thống hút. Các bong bóng sau đó sẽ xẹp xuống khi chúng đến một khu vực có áp suất cao hơn ở khoảng một phần ba đến một nửa khoảng cách dọc theo mặt dưới của cánh quạt. Sự hình thành của các bong bóng ít gây thiệt hại vật chất. Hốc sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất thủy lực của bơm. Sự sụp đổ của các bong bóng có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho cánh quạt.
Tôi sẽ có một bài viết giải thích cách thức xâm thực gây ra thiệt hại trong một vấn đề trong tương lai.
Ký quỹ NPSH
Để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu sự xâm thực, bạn phải có nhiều NPSHa hơn yêu cầu của máy bơm.
Phương trình 1
NPSHa ÷ NPSHr = NPSH margin
Ở đâu:
NPSHr cũng bằng NPSH3
Mức ký quỹ NPSH bạn cần để ngăn chặn sự xâm thực sẽ thay đổi theo từng ứng dụng. Càng nhiều ký quỹ, càng tốt. Các hướng dẫn và quy tắc ngón tay cái phong phú và đáng tin cậy như những câu chuyện thần thoại ở đô thị. Tôi khuyên bạn nên đọc đặc điểm kỹ thuật 9.6.1 của Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ / Viện Thủy lực (ANSI / HI) để hiểu rõ hơn. Đặc tính chất lỏng và mức năng lượng hút là những yếu tố khác biệt.
Làm thế nào để sửa chữa một máy bơm không khí
Tôi thường xuyên được hỏi câu hỏi này và tôi thường đề nghị xem xét công thức NPSHa và bốn thành phần của nó để biết giải pháp.
Sử dụng từng thành phần trong số bốn thành phần từ công thức, bạn có thể lập bản đồ các giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề NPSHa.
Phương trình 2
NPSHa = hmột - hvpa + hst - hf
Ở đâu:
hmột = áp suất tuyệt đối. Áp suất tuyệt đối được đo bằng feet của đầu chất lỏng được bơm trên bề mặt chất lỏng. Đây sẽ là áp suất khí quyển nếu lực hút từ một bể hở hoặc áp suất tuyệt đối tồn tại trong một bể kín như bể ngưng tụ hoặc bộ khử mùi.
hvpa = áp suất hơi. Đầu trong chân tương ứng với áp suất hơi của chất lỏng ở nhiệt độ được bơm.
hst = đầu tĩnh của chất lỏng trên đường tâm máy bơm hoặc mắt bánh công tác đối với lực hút ngập tính bằng feet (giá trị dương đối với lực hút ngập). Không phải tất cả các đường tâm bánh công tác đều tương ứng với đường tâm máy bơm.
hf = tổng mất mát ma sát tính bằng chân của đầu đối với hệ thống phía hút.
Yếu tố đầu tiên trong công thức là áp suất tuyệt đối (hmột). Yếu tố này luôn tích cực. Nếu nguồn hút đã được mở ra ngoài bầu khí quyển, bạn có thể làm rất ít vì việc thay đổi bất cứ điều gì trong tầm kiểm soát của bạn là điều khó xảy ra và không thực tế. Bạn không thể thay đổi áp suất khí quyển hoặc di chuyển vị trí máy bơm / hệ thống đến độ cao thấp hơn so với mực nước biển. Tuy nhiên, nếu có một vấn đề, nó sẽ giúp bạn hiểu tại sao máy bơm bị bay hơi. Nếu hệ thống đóng và chịu áp suất, có khả năng bạn có thể tăng áp suất (do đó, đầu tuyệt đối [hmột]) theo một cách nào đó. Kinh nghiệm của tôi với các chủ nhà máy và người vận hành là việc nâng cao áp suất hút của hệ thống hầu như không bao giờ xảy ra do các ràng buộc về ưu tiên quá tải và / hoặc cao hơn.
Yếu tố thứ hai trong công thức là áp suất hơi (hvpa). Nhiệt độ càng cao, áp suất hơi càng cao và hiệu ứng âm càng lớn. Theo kinh nghiệm của tôi, tôi mới chỉ chứng kiến một trường hợp khách hàng sẵn sàng hoặc có thể giảm nhiệt độ hệ thống, nhưng đó vẫn là một câu hỏi cần phải đặt ra. Ngay cả một vài độ có thể có ảnh hưởng đáng kể.
Thành phần thứ ba trong công thức là phần đầu tĩnh (hst). Đôi khi bạn có thể thuyết phục chủ sở hữu hệ thống giữ bình cấp (tình trạng ngập nước) hoặc bể chứa (tình trạng thang máy) ở mức cao hơn. Nếu bạn may mắn, độ tĩnh đầu tăng lên vài feet có thể tạo ra sự khác biệt lớn. Tôi đã tham gia vào một số trường hợp máy bơm được chuyển đến mức thấp hơn và trong một trường hợp, mức thấp hơn đã được tạo cho máy bơm. Những giải pháp này rất tốn kém.
Thành phần thứ tư trong công thức là hệ số ma sát (hf). Trong tất cả các yếu tố trong công thức, tôi có nhiều “may mắn” hơn khi thuyết phục được chủ sở hữu hệ thống thay thế hoặc sửa đổi đường ống hút với nỗ lực giảm thành phần ma sát. Bạn có thể tăng kích thước đường ống và có thể giảm số lượng cút, te và các thành phần khác trong hệ thống hút để giảm thiểu ma sát.
Các khả năng khác ngoài công thức
Nếu bạn không thể tăng NPSHa, có lẽ bạn có thể giảm NPSHr.
Tìm kiếm các tùy chọn máy bơm hoặc cánh quạt khác nhau yêu cầu ít NPSH hơn. Không có gì lạ khi một nhà sản xuất có các cánh quạt khác nhau cho cùng một máy bơm với các yêu cầu NPSH khác nhau. Một số nhà sản xuất sẽ cung cấp một bộ cảm ứng hoạt động kết hợp với cánh quạt để giảm NPSHr. Không thêm bộ cảm ứng mà không tham khảo ý kiến của nhà sản xuất, vì bộ cảm ứng phải phù hợp với bánh công tác. Đôi khi cần có một máy bơm khác hoàn toàn.
Việc chuyển sang cánh quạt hút kép (hai mắt) sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến vấn đề này vì NPSHr sẽ giảm 50%.
Giảm tốc độ bơm bằng cách kết hợp tốc độ thay đổi hoặc đơn giản là sử dụng một máy bơm sẽ hoàn thành dịch vụ (lưu lượng [Q] và đầu [TH]) ở tốc độ thấp hơn. Lưu ý là máy bơm có thể sẽ lớn gấp đôi (vật lý) so với máy bơm ban đầu với chi phí cao hơn liên quan.
Trong nhiều trường hợp, giải pháp là lắp thêm một máy bơm tăng áp trên đầu hút của máy bơm ban đầu. Trong các nhà máy điện và các hệ thống hơi nước khác, không có gì lạ khi có một máy bơm nước ngưng bơm đến một máy bơm tăng áp cấp liệu trước khi chất lỏng đến bơm cấp liệu thực tế.
Vật liệu
Đôi khi bạn không thể làm gì để ngăn máy bơm hoạt động, vì vậy lựa chọn của bạn là điều trị triệu chứng thay cho vấn đề. Các vật liệu khác nhau cung cấp các phạm vi khác nhau về khả năng chống lại thiệt hại do xâm thực. Ngoài ra, một số vật liệu cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn những vật liệu khác trong quá trình xảy ra hiện tượng được gọi là ăn mòn do xâm thực gây ra.
Khả năng chống phá hủy do Cavitation được định nghĩa là nghịch đảo của tốc độ mất thể tích đối với một kim loại nhất định. Các đặc tính cơ học của vật liệu là một phần của phương trình này là độ bền kéo cuối cùng, độ bền chảy, độ giãn dài cuối cùng, độ cứng Brinell, mô đun đàn hồi và năng lượng biến dạng.
Tính chất quan trọng nhất trong danh sách này là năng lượng biến dạng đứt gãy của các kim loại. Chính vì lý do này mà các biến thể của nhôm đồng và thép không gỉ duplex cung cấp khả năng chống chịu tốt hơn các vật liệu khác như thép cacbon thông thường và sắt. Lưu ý, với tư cách là bản sửa lỗi của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), cũng có một số lớp phủ có thể được áp dụng. Khi sử dụng lớp phủ, tôi khuyên bạn nên dùng cụm từ quyết định và lời khuyên cho ngày này là “cẩn thận trước”, từ tiếng Latinh có nghĩa là “người mua hãy cẩn thận”.
Với lớp phủ, có những lớp tốt và những lớp xấu và những lớp tốt được áp dụng kém.
Gần điểm hiệu quả nhất (BEP)
Nhìn vào nơi bạn đang vận hành trên đường cong máy bơm (đầu và lưu lượng). Nếu quá xa về phía bên phải, có sự không khớp với hệ thống và máy bơm. NPSHr tăng theo cấp số nhân khi bạn di chuyển sang phải. Hoạt động quá xa bên trái trên đường cong có thể gặp vấn đề tương tự. NPSHr thực sự tăng lên khi bạn tiếp cận các khu vực có tốc độ dòng chảy thấp và tối thiểu. Điều này không được công bố trên hầu hết các đường cong của máy bơm.
Tốc độ hút cụ thể (NSS)
Quay trở lại những năm 1970, các nhà máy hoặc hệ thống mới được thiết kế với nhiệm vụ ngày càng nghiêm ngặt nhằm tiết kiệm tiền (đôi khi vượt quá độ tin cậy), đặc biệt là chi phí xây dựng và vật liệu ban đầu. Như một biện pháp cắt giảm chi phí, NPSHa của các hệ thống đã được giảm xuống (nghĩ rằng các bể chứa nhỏ hơn và thấp hơn và máy bơm ở các cấp cao hơn). Các chủ sở hữu / người mua hệ thống sau đó đã gây áp lực ngày càng lớn đối với các nhà sản xuất máy bơm để thiết kế các máy bơm có yêu cầu NPSH thấp hơn. Giải pháp đơn giản và nhanh nhất cho các nhà sản xuất máy bơm là tăng kích thước của mắt cánh quạt. Tin tốt là NPSHr đã giảm, nhưng tin xấu là độ ổn định thủy lực của máy bơm cũng giảm rõ rệt nếu và khi điểm vận hành khởi hành từ BEP. Tôi sẽ nói thêm về điều này trong một bài viết sau.
Ghi chú: Cũng không được thảo luận là “Hệ số hiệu chỉnh hydrocacbon”, chủ đề của một bài báo trong tương lai.
Sự kết luận
Không có vấn đề gì, bạn sẽ tham gia vào các ứng dụng máy bơm dù mới hay hiện tại từ một số khía cạnh mà NPSH sẽ là một yếu tố. Ít nhất bây giờ bạn sẽ biết tại sao cánh quạt có mắt to, bồn chứa có chân dài và máy bơm treo ở những nơi thấp.
Mẹo để tính NPSHa
1. Luôn tính toán NPSHa khi chọn, áp dụng hoặc xử lý sự cố máy bơm.
2. Luôn làm việc với giá trị tuyệt đối.
3. Giữ các đơn vị nhất quán. Tôi khuyên bạn nên làm việc theo foot of head nếu bạn đang làm việc theo đơn vị đo lường thông thường của Hoa Kỳ (USC) hoặc mét đầu nếu sử dụng đơn vị hệ mét SI.
4. Sử dụng công thức NPSHa. Nó là bạn của bạn.
5. Luôn tính toán cho điều kiện xấu nhất (hạn chế nhất) trong hệ thống.
6. Áp suất hút không phải là NPSHa.
7. Đừng nhầm lẫn giữa ngập nước với NPSHa. Bạn cần tính toán cho cả hai.
số 8. Hầu hết mọi vấn đề về máy bơm đều nằm ở phía hút.
9. Áp suất hơi không phải là bạn của bạn. Luôn biết các tính chất của chất lỏng.
10. Trong chân không, vẫn có một số áp suất. Nó chỉ ở mức thấp hơn áp suất khí quyển.
11. Đối với một máy bơm nhất định, cùng tốc độ dòng chảy (Q) sử dụng bánh công tác nhỏ hơn sẽ yêu cầu nhiều NPSH hơn. Xem xét việc sử dụng một cánh quạt lớn hơn nếu khả thi. Lưu ý tổng động lực đầu (TDH hoặc TH) sẽ khác nhau.
12. Khi nghi ngờ, hãy quay lại loạt bài viết này hoặc gọi “máy bơm điện thoại của bạn là bạn”.