كيفية حل مشاكل NPSHa
في معظم قضايا NPSH الواقعية ، لسنا الشخص الذي يجري حساب NPSHa الأولي لنظام ما ويختار المضخة مبدئيًا. السيناريو الأكثر ترجيحًا هو أننا عالقون في مشكلة قائمة في النظام ، والمضخة المرتبطة بها تتجه نحو فترة حياة قصيرة ومكلفة للغاية. ذهبت الأطراف المذنبين أو لا يتحدثون.
لماذا التجويف شيء سيء
إذا لم يكن هناك ما يكفي من NPSHa ، فإن المضخة سوف تتجوف. يتسبب التجويف في تلف المضخة وتقليل الأداء. يتجلى تلف المضخة في شكل مانع تسرب ميكانيكي وتلف المحمل. في المراحل اللاحقة ، يمكنه أيضًا تدمير المكره. كل الأضرار باهظة الثمن.
يعرف معظم القراء أن التجويف (الكلاسيكي) هو تكوين فقاعات بخار في السائل. تتكون هذه الفقاعات لأن الضغط على السائل قد انخفض إلى ما دون ضغط البخار (NPSH المطلوب [NPSHr] يتجاوز NPSHa). تحدث هذه المشكلة عادة بالقرب من عين المكره لأن هذه هي أقل منطقة ضغط في نظام الشفط. تنهار الفقاعات بعد ذلك عندما تصل إلى منطقة ضغط أعلى عند حوالي ثلث إلى نصف المسافة على طول الجانب السفلي من ريشة المكره. يؤدي تكوين الفقاعات إلى ضرر مادي ضئيل. سيؤثر التجويف على الأداء الهيدروليكي للمضخة. من المحتمل أن يتسبب انهيار الفقاعات في حدوث أضرار جسيمة للمروحة.
سأحصل على مقال يشرح كيف يتسبب التجويف في حدوث ضرر في مشكلة مستقبلية.
هامش NPSH
لمنع أو تخفيف التجويف ، يجب أن يكون لديك NPSHa أكثر مما تتطلبه المضخة.
المعادلة 1
NPSHa ÷ NPSHr = هامش NPSH
أين:
NPSHr يساوي أيضًا NPSH3
يختلف مقدار هامش NPSH الذي تحتاجه لمنع التجويف مع كل تطبيق. كلما زاد الهامش ، كان ذلك أفضل. المبادئ التوجيهية والقواعد الأساسية وفيرة وموثوقة مثل الأساطير الحضرية. أوصيك بقراءة مواصفات المعهد القومي الأمريكي للمعايير / المعهد الهيدروليكي (ANSI / HI) 9.6.1 للحصول على فهم أفضل. تعتبر خصائص السائل ومستوى طاقة الشفط من العوامل المميزة.
كيفية إصلاح مضخة التجويف
كثيرًا ما يُطرح علي هذا السؤال ، وأقترح عادةً إلقاء نظرة على صيغة NPSHa ومكوناتها الأربعة للحل.
باستخدام كل مكون من المكونات الأربعة من الصيغة ، يمكنك تعيين الحلول المحتملة لحل مشكلة NPSHa.
المعادلة 2
NPSHa = حأ - حvpa + حشارع - حF
أين:
حأ = الضغط المطلق. الضغط المطلق كما يقاس بالأقدام من رأس السائل الذي يتم ضخه على سطح السائل. سيكون هذا ضغطًا بارومتريًا إذا كان الشفط من خزان مفتوح ، أو الضغط المطلق الموجود في خزان مغلق مثل سخان المكثف أو نزع الهواء.
حvpa = ضغط البخار. الرأس بالأقدام يتوافق مع ضغط بخار السائل عند درجة الحرارة التي يتم ضخها.
حشارع = الرأس الثابت للسائل فوق خط وسط المضخة أو عين الدافع لشفط غمره المياه بالأقدام (قيمة موجبة للشفط المغمور). لا تتوافق جميع خطوط مركز المكره مع خط الوسط للمضخة.
حF = خسارة الاحتكاك الكلية بالأقدام في نظام جانب الشفط.
العامل الأول في الصيغة هو الضغط المطلق (hأ). هذا العامل إيجابي دائمًا. إذا كان مصدر الشفط مفتوحًا بالفعل في الغلاف الجوي ، فليس هناك الكثير مما يمكنك فعله لأنه من غير المحتمل وغير الواقعي تغيير أي شيء تحت سيطرتك. لا يمكنك تغيير الضغط الجوي أو نقل موقع المضخة / النظام إلى ارتفاع منخفض فيما يتعلق بمستوى سطح البحر. ومع ذلك ، إذا كانت هناك مشكلة ، فسوف تساعدك على فهم سبب تجويف المضخة. إذا كان النظام مغلقًا وتحت ضغط ، فهناك احتمال أن تتمكن من زيادة الضغط (وبالتالي فإن الرأس المطلق [hأ]) بطريقة ما. تجربتي مع مالكي ومشغلي المصانع هي أن رفع ضغط شفط النظام لن يحدث أبدًا تقريبًا بسبب تجاوز و / أو قيود ذات أولوية أعلى.
العامل الثاني في الصيغة هو ضغط البخار (hvpa). كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد ضغط البخار وزاد التأثير السلبي. من واقع خبرتي ، لم أشاهد سوى حالة واحدة حيث كان العميل مستعدًا أو قادرًا على خفض درجة حرارة النظام ، ولكن لا يزال السؤال الذي يجب طرحه. حتى درجات قليلة يمكن أن يكون لها تأثير كبير.
المكون الثالث في الصيغة هو الرأس الثابت (hشارع). في بعض الأحيان يمكنك إقناع مالك النظام بالحفاظ على خزان الإمداد (حالة الغمر) أو الحوض (حالة الرفع) عند مستوى أعلى. إذا كنت محظوظًا ، فإن الأقدام القليلة التي يتم فيها زيادة الرأس الثابت يمكن أن تحدث فرقًا كبيرًا. لقد شاركت في عدد قليل من الحالات حيث تم نقل المضخة إلى مستوى أدنى وفي حالة واحدة ، تم إنشاء مستوى أقل للمضخة. هذه الحلول باهظة الثمن.
العنصر الرابع في الصيغة هو عامل الاحتكاك (hF). من بين جميع العوامل في الصيغة ، كان لدي المزيد من "الحظ" في إقناع مالك النظام باستبدال أنابيب الشفط أو تعديلها في محاولة لتقليل مكون الاحتكاك. يمكنك زيادة حجم الأنبوب وربما تقليل عدد الأكواع والمحملات والمكونات الأخرى في نظام الشفط لتقليل الاحتكاك.
احتمالات أخرى خارج الصيغة
إذا لم تتمكن من زيادة NPSHa ، فربما يمكنك تقليل NPSHr.
ابحث عن خيارات مختلفة للمضخة أو المكره التي تتطلب قدرًا أقل من NPSH. ليس من غير المألوف أن يكون لدى الشركة المصنعة دفاعات مختلفة لنفس المضخة بمتطلبات NPSH مختلفة. ستقدم بعض الشركات المصنعة محفزًا يعمل جنبًا إلى جنب مع المكره لتقليل NPSHr. لا تقم بإضافة محفز دون التشاور مع الشركة المصنعة ، لأن المحرضات يجب أن تكون متطابقة مع المكره. في بعض الأحيان تكون هناك حاجة إلى مضخة مختلفة تمامًا.
سيكون للانتقال إلى دافع شفط مزدوج (عينان) تأثير كبير على المشكلة حيث سيتم تقليل NPSHr بنسبة 50 بالمائة.
قم بتقليل سرعة المضخة إما عن طريق دمج السرعة المتغيرة أو ببساطة باستخدام مضخة تكمل الخدمة (التدفق [Q] والرأس [TH]) بسرعة أقل. التحذير هو أن المضخة من المرجح أن تكون ضعف حجم المضخة الأولية (ماديًا) مع تكلفة أعلى مرتبطة بها.
في كثير من الحالات ، يكون الحل هو إضافة مضخة معززة على شفط المضخة الأولية. في محطات توليد الطاقة وأنظمة البخار الأخرى ، ليس من غير المألوف أن يكون لديك مضخة تكثيف تضخ إلى مضخة تعزيز التغذية قبل أن يصل السائل إلى مضخة التغذية الفعلية.
المواد
في بعض الأحيان لا يوجد ما يمكنك فعله لمنع المضخة من التجويف ، لذا فإن خيارك هو علاج الأعراض بدلاً من المشكلة. توفر المواد المختلفة نطاقات متفاوتة من المقاومة لتلف التجويف. بالإضافة إلى ذلك ، توفر بعض المواد حماية أفضل من غيرها أثناء ظاهرة يشار إليها بالتآكل الناجم عن التجويف.
تُعرَّف مقاومة تلف التجويف بأنها المعاملة بالمثل لمعدل فقد الحجم لمعدن معين. الخصائص الميكانيكية للمادة التي تشكل جزءًا من هذه المعادلة هي قوة الشد القصوى ، وقوة الخضوع ، والاستطالة النهائية ، وصلابة برينل ، ومعامل المرونة ، وطاقة الإجهاد.
أهم خاصية من هذه القائمة هي طاقة إجهاد الكسر للمعادن. ولهذا السبب ، توفر الأشكال المختلفة من الألومنيوم والبرونز والفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين مقاومة أفضل من المواد الأخرى مثل الفولاذ الكربوني العادي والحديد. ملاحظة ، هناك أيضًا العديد من الطلاءات التي يمكن تطبيقها كإصلاح من الشركة المصنعة للمعدات الأصلية (OEM). عند استخدام الطلاءات ، أوصي بأن تكون العبارة والنصيحة الحاسمة لليوم هي "تحذير المشتري" ، من اللاتينية بمعنى "احذر المشتري".
مع الطلاءات ، هناك جيدة وسيئة وجيدة تطبيق بشكل سيء.
القرب من أفضل نقطة كفاءة (BEP)
انظر إلى المكان الذي تعمل فيه على منحنى المضخة (الرأس والتدفق). إذا كان بعيدًا جدًا عن اليمين ، فهناك عدم تطابق مع النظام والمضخة. يزداد NPSHr أضعافا مضاعفة كلما تحركت لليمين. يمكن أن يؤدي العمل بعيدًا جدًا إلى اليسار على المنحنى إلى حدوث مشكلات مماثلة. يزداد NPSHr بالفعل كلما اقتربت من مناطق معدلات التدفق المنخفضة والدنيا. لم يتم نشر هذا في معظم منحنيات المضخة.
سرعة الشفط المحددة (NSS)
في السبعينيات من القرن الماضي ، تم تصميم المصانع أو الأنظمة الجديدة بتفويض صارم متزايد باستمرار لتوفير المال (أحيانًا أكثر من الموثوقية) ، لا سيما فيما يتعلق بالتشييد الأولي وتكاليف المواد. كإجراء لخفض التكاليف ، تم تقليل NPSHa للأنظمة (فكر في الخزانات والمضخات الأصغر والأقل في المستويات الأعلى). قام مالكو / مشترون النظام بعد ذلك بضغط متزايد على مصنعي المضخات لتصميم مضخات ذات متطلبات NPSH أقل. كان الحل الأبسط والأسرع لمصنعي المضخات هو زيادة حجم عين المكره. كان الخبر السار هو أن NPSHr قد تم تخفيضه ، ولكن الأخبار السيئة كانت أيضًا أن الاستقرار الهيدروليكي للمضخة قد انخفض بشكل ملحوظ إذا وغادرت نقطة التشغيل من BEP. سآخذ المزيد عن هذا في مقال لاحق.
ملحوظة: كما لم تتم مناقشة "عامل التصحيح الهيدروكربوني" ، وهو موضوع مقال مستقبلي.
استنتاج
بغض النظر عن أي شيء ، سوف تشارك في تطبيقات المضخات سواء كانت جديدة أو موجودة من بعض الجوانب حيث سيكون NPSH عاملاً. على الأقل الآن ستعرف لماذا تتمتع الدفاعات بعيون كبيرة ، وللخزانات أرجل طويلة والمضخات معلقة في الأماكن المنخفضة.
نصائح لحساب NPSHa
1. احسب دائمًا NPSHa عند اختيار أو تطبيق أو استكشاف أخطاء المضخة.
2. اعمل دائما في القيم المطلقة.
3. حافظ على اتساق الوحدات. أوصي بالعمل على قدم من الرأس إذا كنت تعمل في وحدات الولايات المتحدة المعتادة (USC) أو متر من الرأس إذا كنت تستخدم وحدات SI المترية.
4. استخدم صيغة NPSHa. إنه صديقك.
5. احسب دائمًا أسوأ حالة (الأكثر تقييدًا) في النظام.
6. ضغط الشفط ليس NPSHa.
7. لا تخلط بين الغمر و NPSHa. عليك أن تحسب لكليهما.
8. تقريبا كل مشكلة في المضخة على جانب الشفط.
9. ضغط البخار ليس صديقك. تعرف دائمًا على خصائص السائل.
10. في الفراغ ، لا يزال هناك بعض الضغط. إنه فقط عند مستوى أقل من الضغط الجوي.
11. بالنسبة لمضخة معينة ، فإن نفس معدل التدفق (Q) باستخدام دافع أصغر يتطلب المزيد من NPSH. انظر إلى استخدام دافع أكبر إذا كان ذلك ممكنًا. لاحظ أن إجمالي الرأس الديناميكي (TDH أو TH) سيكون مختلفًا.
12. إذا كنت في شك ، فارجع إلى هذه السلسلة من المقالات أو اتصل بـ "ضخ صديقك عبر الهاتف".