Вертикальный или горизонтальный насос NPSH: какой работает лучше

Почему NPSH решает судьбу вашего центробежного насоса

Имеет ли вертикальный центробежный насос лучший NPSH, чем горизонтальный? Этот вопрос возникает почти на каждом совещании по выбору насоса, когда сторона всасывания герметична, жидкость горячая или уровень в резервуаре низкий. Короткий ответ: да: в большинстве установок вертикальный насос обеспечивает более высокий кавитационный запас, чем горизонтальный насос, установленный выше уровня жидкости, поэтому вертикальные насосы меньше кавитируют в системах с низким напором всасывания. Более длинный ответ, который более полезен для вашей проектной работы, зависит от того, сравниваете ли вы NPSHa или NPSHr.

NPSH означает чистый положительный напор на всасывании. Это разница между давлением на входе всасывания насоса и давлением паров жидкости. Когда местное давление падает до давления пара, жидкость распадается на пузырьки пара. Эти пузырьки попадают в рабочее колесо и резко разрушаются, создавая ударные волны, которые разрушают поверхности рабочего колеса и корпуса. Кавитация такого типа снижает гидравлические характеристики, повышает вибрацию и шум, а также сокращает срок службы уплотнений и подшипников.

Два разных номера имеют маркировку NPSH. NPSHr (обязательно) — это свойство насоса: энергия всасывания, необходимая рабочему колесу для предотвращения значительной кавитации при заданном расходе и скорости, как указано производителем. NPSHa (доступно) — это свойство системы: энергия всасывания, которую фактически обеспечивают уровень в резервуаре, трубопровод и высота насоса на всасывающем фланце. Инженерная практика позволяет поддерживать NPSHa на комфортном уровне выше NPSHr с запасом не менее 0,5 м (1,6 фута), а часто и 1,0 м или более, когда жидкость близка к точке кипения, расход меняется или уровень колеблется.

Простая аналогия помогает. Молочный коктейль через короткую соломинку легко приготовить, потому что поверхность жидкости находится возле рта. Используя длинную соломинку, вы будете напрягаться сильнее, а низкое давление на входе в соломинку заставляет жидкость пузыриться быстрее, если она близка к кипению. Насос — это ваш рот, линия всасывания — соломинка, а NPSH измеряет, какое усилие всасывания остается до того, как жидкость начнет вскипать.

NPSH в вертикальных и горизонтальных центробежных насосах: в чем на самом деле разница

Как только отделишь НПШа от НПШр, противоречия в онлайн-дискуссиях исчезнут. Инженеры, которые говорят, что «ощутимой разницы между вертикальным и горизонтальным исполнением нет», имеют в виду НПШр: два насоса, построенные по одной и той же гидравлической схеме, имеют практически одинаковую требуемую высоту всасывания. Инженеры, которые говорят, что вертикальные насосы имеют лучший NPSH, имеют в виду NPSHa, который в гораздо большей степени зависит от геометрии установки, чем от ориентации вала.

NPSHa зависит от трех системных переменных: статической высоты всасывания (расстояния по вертикали от поверхности жидкости до всасывающего патрубка насоса), потерь на трение всасывающего трубопровода и давления на поверхности жидкости. В метрических единицах NPSHa равен абсолютному давлению над жидкостью плюс статическая высота всасывания минус давление пара минус потери на трение, все в метрах столба жидкости.

Таблица поясняет основной вывод: вертикальный насос увеличивает NPSHa, поскольку его всасывающее отверстие расположено ниже поверхности жидкости, а путь всасывания короткий. Горизонтальный насос должен поднимать жидкость через более длинную трубу, и каждый метр высоты всасывания или потерь на трение напрямую снижает NPSHa.

NPSHr — это гидравлическое свойство, а не свойство ориентации

Почему NPSHr остается примерно одинаковым независимо от ориентации? Потому что оно определяется геометрией входного отверстия рабочего колеса, скоростью вращения и расходом. Рабочее колесо не знает, движется ли вал вертикально или горизонтально; он реагирует только на условия потока, попадающие в его глаз. Таким образом, два насоса с одинаковой гидравлической конструкцией будут иметь практически одинаковые значения NPSHr.

Для вертикальных многоступенчатых насосов важен один нюанс: рабочее колесо первой ступени расположено в нижней части колонны, недалеко от всасывающего патрубка, что обеспечивает короткий и прямой поток на входе. Но это деталь конструкции, а не общий закон. Сама по себе ориентация не снижает NPSHr; гидравлическая конструкция делает это.

Три практических способа повышения кавитационного запаса вертикальных насосов

Вертикальные насосы заслужили репутацию NPSH благодаря механическому устройству. Три механизма объясняют это преимущество.

1. Пониженное всасывающее отверстие

Вертикальный погружной насос или вертикальный насос с длинным валом размещают всасывающее отверстие внизу машины, ниже минимального уровня жидкости. Расстояние по вертикали от поверхности жидкости до впускного отверстия становится положительным статическим напором, который непосредственно увеличивает NPSHa. Именно это имеют в виду инженеры, когда говорят, что установка «закапывает» насос: всасывающий конец находится достаточно глубоко, чтобы можно было наслаждаться полным столбом жидкости над ним. Вертикальные погружные насосы серии SCY , например, построены по этому принципу для промышленных отстойников и ям.

Производители погружных насосов, Поставщики вертикальных погружных насосов Компания Jiangsu Double Wheel Pump Machinery Manufacturing Co., Ltd. является китайским производителем погружных насосов и поставщиком вертикальных погружных насосов... Посмотреть продукт →

2. Короткий всасывающий трубопровод.

Поскольку всасывающее отверстие встроено в корпус насоса или колонну, здесь отсутствует длинная горизонтальная линия всасывания. Потери на трение из-за длины трубы, колен и донных клапанов практически исчезают. При эксплуатации глубоких ям и коллекторных скважин насос устанавливается непосредственно в яме, и единственным путем между жидкостью и рабочим колесом является короткий впускной раструб. Каждый метр предотвращенных потерь на трение — это метр, добавляемый к NPSHa.

3. Работа под водой устраняет проблемы с заливкой

Когда всасывающее отверстие остается ниже уровня жидкости, насос заправляется автоматически. Здесь нет воздушного кармана для продувки и длинной всасывающей линии для герметизации от утечек вакуума. Воздух, попадающий в горизонтальную линию всасывания, является частым источником симптомов, подобных кавитации; погружной вертикальный насос полностью устраняет этот вид отказа.

Когда горизонтальный насос все еще имеет смысл и как решить проблему с NPSH

Преимущество вертикальных насосов по NPSH не делает горизонтальные насосы устаревшими. Большинство насосных станций по-прежнему используют горизонтальные насосы с торцевым всасыванием, разъемные корпуса или химические технологические насосы, и на это есть веские причины:

• Упрощенный доступ для обслуживания механического уплотнения, рабочего колеса и подшипников без демонтажа длинной колонны.
• Уменьшенная общая высота для зданий с ограниченным просветом.
• Широкий выбор стандартных конструкций, включая выдвижные конструкции.
• Немного более высокий КПД в некоторых конструкциях из-за более простых подшипников и уплотнений.

Горизонтальные насосы являются естественным выбором, когда сторона всасывания подходящая: резервуар над полом насоса, контролируемый уровень жидкости и короткая всасывающая труба. В химических службах, где среда агрессивна и доступ для обслуживания имеет решающее значение, инженеры часто остаются с Горизонтальные химические центробежные насосы серии IH когда эти условия выполняются. Для общепромышленного водоснабжения, повышения давления и контуров охлаждения. Горизонтальные центробежные насосы серии SLW выполнять большинство задач, не требуя создания глубокой ямы.

Оптовые производители горизонтальных центробежных насосов серии SLW, завод OEM / ODM Компания Jiangsu Double Wheel Pump Machinery Manufacturing Co., Ltd. является китайским производителем горизонтальных центробежных насосов серии SLW и заводом OEM... Посмотреть продукт →

Оптовые производители горизонтальных химических центробежных насосов серии IH, OEM/ODM Компания Jiangsu Double Wheel Pump Machinery Manufacturing Co., Ltd. является китайским производителем горизонтальных химических центробежных насосов серии IH и OEM... Посмотреть продукт →

Если ваше приложение наклонено горизонтально, но расчетное значение NPSHa слишком низкое, исправьте систему, а не отказывайтесь от ориентации насоса:

1. Опустите насос. Установите его как можно ближе к уровню жидкости; понижение средней линии напрямую увеличивает статическую высоту всасывания.
2. Увеличьте всасывающую трубу. На один номинальный размер больше можно существенно снизить потери на трение при той же скорости потока.
3. Укоротите и выпрямите линию всасывания. Удалите ненужные колена, переходники и дроссельные заслонки.
4. Поднимите уровень жидкости в резервуаре или добавьте небольшой всасывающий резервуар, чтобы увеличить положительный статический напор.
5. Охладите жидкость, если давление пара высокое. Более низкая температура увеличивает NPSHa при том же абсолютном давлении.
6. Добавьте небольшой подкачивающий насос перед основным насосом, если давление всасывания остается недостаточным после замены трубопроводов.

Шаг за шагом: проверка NPSH перед покупкой

Какую бы ориентацию вы ни выбрали, проверьте цифры перед размещением заказа. Используйте этот контрольный список из пяти шагов:

1. Определите жидкость и наихудшую рабочую температуру. Определите давление пара при этой температуре; более теплые условия уменьшают NPSHa.
2. Определите статическую высоту всасывания. Измерьте вертикальное расстояние от поверхности жидкости до всасывающего патрубка насоса; он положителен для погружного вертикального насоса и отрицателен для горизонтального насоса над жидкостью.
3. Оцените потери на трение всасывающего трубопровода. Учитывайте диаметр трубы, эквивалентную длину, изгибы, приемный клапан, если он имеется, и сетчатый фильтр.
4. Рассчитайте NPSHa в последовательных единицах измерения. Используйте метры столба жидкости для определения давления на поверхности резервуара, статической высоты всасывания, давления пара и потерь на трение.
5. Сравните с кривой производителя NPSHr на пересечении вашего рабочего расхода и скорости. Убедитесь, что NPSHa минус NPSHr находится как минимум на 0,5 м ниже минимально ожидаемого уровня жидкости.

Попросите у производителя полную кривую NPSHr, а не только одну минимальную точку, поскольку кривая показывает, как насос ведет себя в рабочем диапазоне. Испытательная платформа на нашем предприятии охватывает насосы диаметром от 32 мм до 1200 мм и мощностью двигателей от 1,1 кВт до 1200 кВт, поэтому гидравлические характеристики и характеристики всасывания можно проверить еще до того, как агрегат покинет завод. Если у вас необычные условия всасывания, свяжитесь с нашей командой инженеров по насосам с рабочей точкой и эскизом трубопровода для проверки.

Какую ориентацию насоса следует выбрать для применений с низким NPSH? — Окончательный вердикт

Выбор непосредственно следует из различия NPSHa/NPSHr.

Выбирайте вертикальный насос — вертикальный погружной насос, вертикальный насос с длинным валом или вертикальный жидкостный насос — когда уровень жидкости низкий, яма глубокая, высота всасывания незначительна или жидкость необходимо забирать из отстойника. Погружное всасывающее отверстие и короткий путь всасывания обеспечивают естественно более высокий NPSHa, а запас против кавитации более щаден при колебаниях уровня.

Выбирайте горизонтальный насос, когда высота установки ограничена, доступ для технического обслуживания является приоритетным, а сторону всасывания можно контролировать — например, в насосном помещении, где расходный бак находится над полом насоса. При правильном размере всасывающей трубы горизонтальные насосы надежно перекачивают большую часть чистой воды и химических веществ.

Держите эти две цифры отдельно, когда читаете в Интернете противоречивые советы. Если кто-то говорит, что вертикальные насосы имеют лучший NPSH, он имеет в виду NPSHa. Если кто-то говорит, что разницы нет, то имеют в виду НПШр. Оба утверждения могут быть верными одновременно. Мы рассмотрели более широкие механические компромиссы в наше предыдущее сравнение горизонтальных и вертикальных насосов .

Прежде чем окончательно определить технические характеристики насоса, сравните NPSHa с кривой NPSHr, указанной производителем, в каждой рабочей точке расхода и подтвердите запас при самом низком ожидаемом уровне жидкости. Теперь несколько минут вычислений могут предотвратить годы кавитационных повреждений рабочих колес и незапланированные простои.