Come risolvere i problemi di NPSHa
Nella maggior parte dei problemi di NPSH nella vita reale, non siamo la persona che esegue il calcolo NPSH iniziale per un sistema e seleziona inizialmente la pompa. Lo scenario più probabile è che siamo bloccati con un problema di sistema esistente e la pompa associata sta cavitando verso una fine vita breve e molto costosa. I colpevoli se ne sono andati o non parlano.
Perché la cavitazione è una brutta cosa
Se l'NPSHa è insufficiente, la pompa cavita. La cavitazione provoca danni alla pompa e una riduzione delle prestazioni. Il danno alla pompa si manifesta come tenuta meccanica e danni ai cuscinetti. Nelle fasi successive, può anche distruggere una girante. Tutti i danni sono costosi.
La maggior parte dei lettori sa che la cavitazione (classica) è la formazione di bolle di vapore nel liquido. Queste bolle si formano perché la pressione sul liquido è scesa al di sotto della pressione del vapore (l'NPSH richiesto [NPSHr] supera l'NPSHa). Questo problema si verifica normalmente vicino all'occhio della girante poiché questa è l'area di pressione più bassa nel sistema di aspirazione. Le bolle successivamente collassano quando raggiungono un'area di pressione maggiore da circa un terzo a metà della distanza lungo la parte inferiore della paletta della girante. La formazione delle bolle provoca pochi danni fisici. La cavitazione influenzerà le prestazioni idrauliche della pompa. Il collasso delle bolle crea potenzialmente gravi danni alla girante.
Avrò un articolo che spiega come la cavitazione provoca danni in un numero futuro.
Margine NPSH
Per precludere o mitigare la cavitazione, è necessario disporre di più NPSHa di quanto richieda la pompa.
Equazione 1
NPSHa ÷ NPSHr = margine NPSH
Dove:
NPSHr è anche uguale a NPSH3
La quantità di margine NPSH necessaria per precludere la cavitazione varia a seconda dell'applicazione. Più margine è, meglio è. Le linee guida e le regole pratiche sono abbondanti e affidabili come i miti urbani. Ti consiglio di leggere la specifica 9.6.1 dell'American National Standards Institute/Hydraulic Institute (ANSI/HI) per ottenere una migliore comprensione. Le proprietà del liquido e il livello di energia di aspirazione sono i fattori di differenziazione.
Come riparare una pompa cavitante
Mi viene spesso posta questa domanda e normalmente suggerisco di dare un'occhiata alla formula NPSHa e ai suoi quattro componenti per la soluzione.
Utilizzando ciascuno dei quattro componenti della formula, puoi mappare potenziali soluzioni per risolvere il problema NPSHa.
Equazione 2
NPSHa = hun - hvpa + hst - hf
Dove:
hun = la pressione assoluta. Pressione assoluta misurata in piedi di altezza del liquido pompato alla superficie del liquido. Questa sarà la pressione barometrica se l'aspirazione proviene da un serbatoio aperto o la pressione assoluta esistente in un serbatoio chiuso come un pozzo caldo del condensatore o un disaeratore.
hvpa = la pressione del vapore. La prevalenza in piedi corrispondente alla tensione di vapore del liquido alla temperatura in pompaggio.
hst = la prevalenza statica del liquido sopra la mezzeria della pompa o l'occhio della girante per un'aspirazione allagata in piedi (valore positivo per l'aspirazione allagata). Non tutte le linee centrali della girante corrispondono alla linea centrale della pompa.
hf = la perdita di attrito totale in piedi di prevalenza per il sistema lato aspirazione.
Il primo fattore nella formula è la pressione assoluta (hun). Questo fattore è sempre positivo. Se la fonte di aspirazione è già aperta all'atmosfera, c'è poco che puoi fare in quanto è improbabile e irrealistico cambiare qualcosa sotto il tuo controllo. Non è possibile modificare la pressione atmosferica o spostare la posizione della pompa/del sistema a un'altitudine inferiore rispetto al livello del mare. Tuttavia, se c'è un problema, ti aiuterà a capire perché la pompa sta cavitando. Se l'impianto è chiuso e in pressione esiste la possibilità di aumentare la pressione (di conseguenza la prevalenza assoluta [hun]) in qualche modo. La mia esperienza con i proprietari e gli operatori degli impianti è che l'aumento della pressione di aspirazione del sistema non si verificherà quasi mai a causa di vincoli di priorità e/o priorità più elevati.
Il secondo fattore nella formula è la tensione di vapore (hvpa). Maggiore è la temperatura, maggiore è la pressione del vapore e maggiore è l'effetto negativo. Nella mia esperienza, ho assistito solo a un caso in cui il cliente era disposto o in grado di ridurre la temperatura dell'impianto, ma è ancora una domanda che deve essere posta. Anche pochi gradi possono avere un effetto significativo.
Il terzo componente nella formula è la testina statica (hst). A volte è possibile convincere il proprietario del sistema a mantenere il serbatoio di alimentazione (situazione di allagamento) o il pozzetto (condizione di sollevamento) a un livello superiore. Se sei fortunato, i pochi piedi in cui viene aumentata la testina statica possono fare una grande differenza. Sono stato coinvolto in alcuni casi in cui la pompa è stata spostata a un livello inferiore e in un caso è stato creato un livello inferiore per la pompa. Queste soluzioni sono costose.
Il quarto componente della formula è il fattore di attrito (hf). Di tutti i fattori nella formula, ho avuto più "fortuna" nel convincere il proprietario del sistema a sostituire o modificare le tubazioni di aspirazione nel tentativo di ridurre la componente di attrito. È possibile aumentare la dimensione del tubo ed eventualmente ridurre il numero di gomiti, raccordi a T e altri componenti nel sistema di aspirazione per ridurre al minimo l'attrito.
Altre possibilità al di fuori della formula
Se non puoi aumentare l'NPSHa, forse puoi ridurre l'NPSHr.
Cerca diverse opzioni di pompa o girante che richiedono meno NPSH. Non è raro che un produttore abbia giranti diverse per la stessa pompa con requisiti NPSH diversi. Alcuni produttori offriranno un induttore che funziona insieme alla girante per ridurre l'NPSHr. Non aggiungere un induttore senza consultare il produttore, perché gli induttori devono essere abbinati alla girante. A volte è necessaria una pompa completamente diversa.
Il passaggio a una girante a doppia aspirazione (due occhi) avrà un effetto significativo sul problema poiché l'NPSHr sarà ridotto del 50%.
Ridurre la velocità della pompa incorporando la velocità variabile o semplicemente utilizzando una pompa che completerà il servizio (portata [Q] e prevalenza [TH]) a una velocità inferiore. L'avvertenza è che la pompa sarà probabilmente due volte più grande (fisicamente) della pompa iniziale con un costo maggiore associato.
In molti casi, la soluzione è aggiungere una pompa booster sull'aspirazione della pompa iniziale. Nelle centrali elettriche e in altri sistemi a vapore, non è raro avere una pompa della condensa che pompa a una pompa booster di alimentazione prima che il liquido arrivi alla pompa di alimentazione vera e propria.
Materiali
A volte non c'è nulla che tu possa fare per impedire la cavitazione della pompa, quindi la tua opzione è quella di trattare il sintomo al posto del problema. Diversi materiali offrono diverse gamme di resistenza ai danni da cavitazione. Inoltre, alcuni materiali offrono una protezione migliore di altri nel corso di un fenomeno denominato erosione-corrosione indotta da cavitazione.
La resistenza al danno da cavitazione è definita come il reciproco del tasso di perdita di volume per un determinato metallo. Le proprietà meccaniche del materiale che fanno parte di questa equazione sono la resistenza alla trazione finale, la resistenza allo snervamento, l'allungamento finale, la durezza Brinell, il modulo di elasticità e l'energia di deformazione.
La proprietà più importante di questo elenco è l'energia di deformazione da frattura dei metalli. È per questo motivo che le variazioni di bronzo alluminio e acciai inossidabili duplex offrono una resistenza migliore rispetto ad altri materiali come il normale acciaio al carbonio e il ferro. Nota, come correzione post-originale del produttore di apparecchiature (OEM), ci sono anche diversi rivestimenti che possono essere applicati. Quando si utilizzano i rivestimenti, raccomando che la frase e il consiglio decisivo per la giornata siano "caveat emptor", dal latino "attenzione al compratore".
Con i rivestimenti, ci sono quelli buoni e quelli cattivi e quelli buoni applicati male.
Vicinanza al miglior punto di efficienza (BEP)
Guarda dove stai operando sulla curva della pompa (prevalenza e portata). Se è troppo a destra, c'è una discrepanza con il sistema e la pompa. L'NPSHr aumenta esponenzialmente mentre ti muovi a destra. Operare troppo a sinistra sulla curva può avere problemi simili. NPSHr aumenta effettivamente man mano che ci si avvicina ad aree con portate basse e minime. Questo non è pubblicato sulla maggior parte delle curve di pompaggio.
Velocità specifica di aspirazione (NSS)
Già negli anni '70, nuovi impianti o sistemi venivano progettati con un mandato sempre più rigoroso per risparmiare denaro (a volte oltre l'affidabilità), soprattutto sui costi iniziali di costruzione e materiali. Come misura di riduzione dei costi, l'NPSHa dei sistemi è stato ridotto (si pensi a serbatoi e pompe più piccoli e più bassi a livelli più alti). I proprietari/acquirenti del sistema hanno successivamente esercitato pressioni crescenti sui produttori di pompe affinché progettassero pompe con requisiti NPSH inferiori. La soluzione più semplice e rapida per i produttori di pompe era aumentare le dimensioni dell'occhio della girante. La buona notizia è che l'NPSHr è stato ridotto, ma la cattiva notizia è che anche la stabilità idraulica della pompa è stata notevolmente ridotta se e poiché il punto operativo si è discostato dal BEP. Ne parlerò di più in un articolo successivo.
Nota: Inoltre non viene discusso il "Fattore di correzione degli idrocarburi", oggetto di un prossimo articolo.
Conclusione
Indipendentemente da ciò, sarai coinvolto in applicazioni di pompe nuove o esistenti da qualche aspetto in cui NPSH sarà un fattore determinante. Almeno ora saprai perché le giranti hanno gli occhi grandi, i serbatoi hanno le gambe lunghe e le pompe si trovano in luoghi bassi.
Suggerimenti per il calcolo di NPSHa
1. Calcolare sempre l'NPSHa quando si sceglie, si applica o si esegue la risoluzione dei problemi di una pompa.
2. Lavora sempre in valori assoluti.
3. Mantieni le unità coerenti. Raccomando di lavorare in piedi di testa se si lavora con unità USC (USC) o metri di testa se si utilizzano unità SI metriche.
4. Usa la formula NPSHa. È tuo amico.
5. Calcola sempre la condizione peggiore (la più restrittiva) nel sistema.
6. La pressione di aspirazione non è NPSHa.
7. Non confondere la sommersione con NPSHa. Devi calcolare per entrambi.
8. Quasi tutti i problemi della pompa sono sul lato di aspirazione.
9. La pressione del vapore non è tua amica. Conoscere sempre le proprietà del liquido.
10. Nel vuoto c'è ancora una certa pressione. È appena a un livello inferiore alla pressione atmosferica.
11. Per una data pompa, la stessa portata (Q) utilizzando una girante più piccola richiederà più NPSH. Cerca di utilizzare una girante più grande, se possibile. Notare che la prevalenza dinamica totale (TDH o TH) sarà diversa.
12. In caso di dubbio, torna a questa serie di articoli o chiama il tuo "telefono della pompa un amico".