NPSH پمپ چیست

اگر با افت ناگهانی دبی، صدای شن یا لرزش عجیب پمپ مواجه شده‌اید، احتمالا با پدیده (گرسنگی پمپ) روبرو بوده‌اید. این مشکل که در عرض چند ثانیه یک پمپ میلیاردی را از کار می‌اندازد، ریشه در نادیده گرفتن پارامتر حیاتی NPSH  (هد مکش مثبت خالص) دارد. بسیاری از خرابی‌های زودهنگام پمپ‌ها در صنایع نفت، پتروشیمی و آبرسانی، به دلیل محاسبه نادرست NPSH رخ می‌دهد. اما NPSH پمپ چیست؟ وقتی NPSH موجود در سیستم، کمتر از مقدار مورد نیاز پمپ باشد، پدیده کاویتاسیون اتفاق می‌افتد و حباب‌های بخار روی پره‌ها منفجر می‌شوند و باعث فرسایش پروانه می‌شوند. برای جلوگیری از این خودکشی تدریجی پمپ، علاوه بر طراحی صحیح سیستم، گاهی باید از تجهیزات کمکی استفاده کرد. در کاربردهای خاص، خرید پمپ وکیوم مناسب برای تخلیه هوا و افزایش هد مکش، یک راه حل حرفه‌ای است. اگر میخواهید بدانید که  NPSH پمپ چیست؟ این مقاله از الکتروآتا را از دست ندهید.

NPSH پمپ چیست

NPSH پمپ چیست؟ هد مکش خالص مثبت یا NPSH یکی از حیاتی‌ترین پارامترها در طراحی و راه‌اندازی پمپ‌های صنعتی است،که با سلامت پروانه و طول عمر مفید پمپ در ارتباط است. در قسمت مکش پمپ، جایی که سیال وارد چشمی پروانه می‌شود، فشار سیال باید همیشه از یک مقدار مشخص بالاتر باشد. اگر به هر دلیلی فشار سیال در این ناحیه از فشار بخار آن در دمای عملیاتی پمپاژ کمتر شود، قضیه فرق می‌کند. در این حالت، بخشی از سیال ناگهان به بخار تبدیل شده و حباب‌های ریزی درون مسیر جریان تشکیل می‌شوند، که در ادامه باعث بروز پدیده مخرب کاویتاسیون(پدیده‌ای شبیه به انفجارهای میکروسکوپی مداوم روی سطح فلزی پروانه) می‌شوند.

به زبان ساده‌تر، NPSH  همان مقدار هد یا تراز انرژی است که سیال حتما باید داشته باشد تا بتواند در حالت مایع باقی بماند و هرگز به فاز بخار تبدیل نشود. واحد اندازه‌گیری هد مکش خالص مثبت در سیستم  SI، متر است. برای درک بهتر و جلوگیری از کاویتاسیون، NPSH  را از دو زاویه بررسی می‌کنیم:

• NPSHa هد مکش موجود در سیستم: منظور از NPSH موجود، میزان فشار مطلق سیال در ورودی پمپ است،که بر اساس شرایط نصب و نحوه مکش سیال توسط مهندس کارخانه محاسبه و تعیین می‌شود و واحد آن متر است. به عبارت دیگر، NPSHa نشان می‌دهد که در شرایط واقعی سیستم لوله‌کشی و مخزن، چه مقدار انرژی مکش در دسترس پمپ قرار دارد.
• NPSHr هد مکش مورد نیاز پمپ: NPSH مورد نیاز که به NPSHr معروف است، بیانگر انرژی‌های تلف شده در داخل پمپ می‌باشد، که هنگام ورود مایع به پروانه رخ می‌دهند. مقدار NPSHr توسط سازنده پمپ مشخص می‌شود و با واحد متر بیان می‌گردد. اگر مقدار NPSH مورد نیاز پمپ به درستی تعیین شده باشد، پمپ آب عملکرد صحیح و قابل قبولی خواهد داشت. این فاکتور به عواملی مانند طراحی داخلی پمپ، نوع پروانه و سرعت دورانی وابسته است.

نکته مهم: برای جلوگیری از خرابی، باید همیشه شرط NPSHa ≥ NPSHr برقرار باشد.

بیشتر بخوانید: ست کنترل چیست؟

علت اهمیت  NPSH در پمپ ها

علت اهمیت NPSH پمپ چیست؟ همانطور که اشاره شد، NPSH  نقشی حیاتی در انتخاب پمپ آب ایفا می‌کند، و برای اینکه پمپ آب کارکرد درستی داشته باشد، باید مقدار NPSH موجود از NPSH مورد نیاز بیشتر باشد. در غیر این صورت، آب در ورودی پمپ تبخیر شده و پدیده کاویتاسیون رخ می‌دهد. کاویتاسیون باعث کاهش عملکرد پمپ، ایجاد صدا و لرزش، آسیب به پروانه و در نهایت خرابی و سوختن پمپ می‌شود. لازم به ذکر است که افزایش غیرعادی عمق مکش یا ناکافی بودن NPSH از جمله دلایل اصلی بروز کاویتاسیون هستند.

بیشتر بخوانید: دلایل یکسره کار کردن پمپ

محاسبه NPSH پمپ

همانطور که گفته شد، دو نوع هد مکش خالص مثبت داریم، که یکی توسط شرکت سازنده ارائه می‌شود و مقدار آن نسبت به دبی متغیر است، و دیگری مربوط به سیستم پمپاژ سیال می‌باشد.

در زیر، فرمول محاسبه NPSH موجود در سیستم پمپاژ (NPSHa) آورده شده است، که در آن:

• Psuction همان فشار سیال در دهانه مکش پمپ است.
• Pvap نیز فشار بخار سیال در دمای پمپاژ می‌باشد.

لازم به ذکر است که مقدار فشار مکش (Psuction) خود به چند عامل بستگی دارد:

1. فشار اتمسفر محیط
2. فشار خارجی وارد شده به سیال (مانند فشار گاز بالای مخزن)
3. فشار استاتیک ناشی از اختلاف ارتفاع سطح سیال و پمپ
4. و در نهایت، افت هد فشاری در اثر عبور از لوله‌ها و اتصالات

بیشتر بخوانید: محاسبه قدرت پمپ آب

راهکارهای مقابله با کاویتاسیون

اگر پمپ شما دچار کاویتاسیون شد، دو راهکار کلی وجود دارد که در زیر به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

روش‌های کاهش NPSH مورد نیاز (NPSHr)

توجه به این نکته ضروری است که مقدار NPSH مورد نیاز هرگز نباید از حد مشخص شده توسط سازنده کمتر شود، زیرا در این صورت قدرت مکش پمپ کاهش می‌یابد. روش‌های کاهش NPSHr عبارتند از:

روش‌های افزایش NPSH موجود (NPSHa)

برای افزایش NPSHa (هد مکش موجود در سیستم) و جلوگیری از کاویتاسیون، چهار روش موثر وجود دارد، که عبارتند از:

• افزایش فشار روی سطح سیال در مخزن: اگر سیستم شما بسته است (مثلا یک مخزن تحت فشار)، می‌توانید با افزایش فشار گاز بالای مایع، فشار ورودی به پمپ را بالا ببرید؛ که این کار مستقیم‌ترین راه برای تامین NPSH مورد نیاز است.
• بالا بردن ارتفاع مخزن نسبت به پمپ: هر چه مخزن بالاتر از پمپ قرار گیرد، اختلاف ارتفاع مثبت بیشتری ایجاد می‌شود، که این اختلاف ارتفاع، مستقیما به فشار اضافی در مکش پمپ تبدیل می‌گردد
• کاهش فشار بخار سیال با خنک‌کاری: فشار بخار یک سیال با دما رابطه مستقیم دارد، بدین صورت که، هر چه مایع سردتر باشد، دیرتر تبخیر می‌شود. بنابراین، با خنک کردن مایع قبل از ورود به پمپ، نیاز به NPSH کاهش می‌یابد.
• استفاده از بوستر پمپ در خط مکش: بوستر پمپ یک پمپ کوچک است که درست قبل از پمپ اصلی، در مسیر مکش نصب می‌شود، و کار آن تقویت فشار سیال قبل از رسیدن به پمپ اصلی است.

سخن آخر

در این مطلب با مفهوم NPSH پمپ چیست؟ آشنا شدیم. اگر قصد دارید پمپی پایدار و بدون کاویتاسیون داشته باشید، هرگز از محاسبه NPSH غافل نشوید. حتی بهترین پمپ‌های بازار هم در صورت نادیده گرفتن این پارامتر، دیر یا زود از کار می‌افتند. لازم به ذکر است که، برای کاربردهای صنعتی حساس، خرید پمپ کله استیل با کیفیت بالا و همراه با بررسی دقیق NPSHr و NPSHa، یک سرمایه‌گذاری هوشمندانه است که از خرابی‌های پرهزینه در آینده جلوگیری می‌کند.

سوالات متداول

 فرق بین NPSHa و NPSHr چیست؟

NPSHa  مقدار انرژی موجود در سیستم (واقعیت میدانی) است، اما NPSHr مقدار حداقلی انرژی است که پمپ برای کار بدون کاویتاسیون نیاز دارد.

اولین علامت کمبود NPSH در پمپ چیست؟

صدای شن یا ریگ داخل پمپ، لرزش غیرعادی، نوسان فشار در خروجی و کاهش ناگهانی دبی.

آیا با کاهش دور پمپ می‌توان NPSHr را کاهش داد؟

بله، کاهش دور پمپ سرعت ورود سیال به چشم پروانه را کم کرده و فشار استاتیکی را افزایش می‌دهد، که این کار NPSHr را پایین می‌آورد.