دو پارامتر هد و دبی اصلی‌ترین فاکتورهای انتخاب پمپ‌های سانتریفیوژ محسوب می‌شوند. به عبارتی با داشتن دو مقدار هد لازم و دبی موردنیاز ساختمان می‌توان پمپ آب مناسب را انتخاب کرد. اما با وجود این، پارامتر دیگری با نام NPSH تعریف شده است که در انتخاب پمپ تاثیر زیادی دارد؛ چرا که بررسی این پارامتر عملکرد صحیح پمپ را تضمین می‌کند.
هد مکش خالص مثبت پمپ یا NPSH دو وجه دارد که یکی از آنها به سازنده پمپ و دیگری به سیستم پمپاژ ارتباط دارد. در صورتی که پمپی با NPSH موردنیاز (سازنده) کمتر از NPSH موجود (سیستم پمپاژ) انتخاب شود و به همراه آن فاکتورهای هد و دبی نیز لحاظ شود، می‌توان از انتخاب صحیح پمپ اطمینان حاصل کرد. در ادامه به معرفی کامل این پارامتر، ارتباط آن با کاویتاسیون و همچنین فرمول محاسبه آن پرداخته خواهد شد.
NPSH پمپ چیست؟
هد مکش خالص مثبت یا NPSH یک پارامتر مهم در پمپ‌ها محسوب می‌شود. در قسمت مکش پمپ و ورود سیال به چشمی پروانه، فشار سیال باید از یک مقدار مشخص بیشتر باشد. زمانی که فشار سیال کمتر از فشار بخار آن در دمای پمپاژ شود، مقداری از سیال بخار شده و تشکیل حباب‌هایی می‌دهد و در پی آن پدیده مخرب کاویتاسیون اتفاق می‌افتد.
به عبارتی NPSH مقدار هد یا تراز انرژی است که سیال باید داشته باشد تا در حالت فاز مایع باقی بماند و به فاز بخار تبدیل نشود. هد مکش خالص مثبت NPSH در واحد SI بر واحد متر بیان می‌شود و دو وجه دارد که در ادامه تعریف می‌شوند:
NPSHa
هد مکش خالص مثبت موجود که با کلمه NPSHa نشان داده می‌شود. NPSH موجود مقدار فشاری است که در ورودی پمپ وجود دارد.
NPSHr
هد مکش خالص مثبت مورد نیاز که با کلمه NPSHr نشان داده می‌شود. این وجه از NPSH به طراحی خود پمپ بستگی دارد و سازنده پمپ آن را مشخص می‌کند. مقدار NPSH مورد نیاز مشخص‌کننده مقدار سطح انرژی لازم برای اطمینان از عملکرد صحیح پمپ است؛ به عبارتی NPSHr حداقل مقدار هد مکش خالص پمپ است که در آن کاویتاسیون اتفاق نمی‌افتد.
چرا پارامتر NPSH در پمپ‌ها مهم است؟
مقدار هد مکش خالص مثبت (NPSH) به دلیل تاثیری که در نشان‌دادن عملکرد صحیح پمپ و اتفاق نیفتادن کاویتاسیون در پمپ دارد، حائز اهمیت است.
همانطور که در قسمت قبل توضیح داده شد هد مکش خالص مثبت پمپ دو وجه NPSHa و NPSHr دارد. برای اطمینان از بیشتربودن فشار سیال در مکش پمپ از فشار بخار همان سیال در دمای پمپاژ، لازم است که مقدار NPSHa از NPSHr بزرگتر باشد. بنابراین می‌توان گفت پارامتر NPSH یک فاکتور مهم در انتخاب پمپ محسوب می‌شود.
NPSHa > NPSHr
محاسبه NPSH پمپ
همانطور که گفته شد یک هد مکش خالص مثبت توسط شرکت سازنده ارائه می‌شود که نسبت به دبی متغیر است و یک هد مکش خالص مثبت مربوط به سیستم پمپاژ سیال می‌شود. در زیر فرمول محاسبه NPSH موجود در سیستم پمپاژ آورده شده است:
در فرمول فوق، Psuction مقدار فشار سیال در دهانه مکش پمپ است و Pvap فشار بخار سیال در دمای پمپاژ است. مقدار فشار مکش خود به چند عامل بستگی دارد؛ فشار اتمسفر، فشار خارجی وارد به سیال، فشار استاتیک و افت هد فشاری. برای درک بهتر محاسبه NPSH و عوامل دخیل در آن یک مثال عینی در ادامه آورده شد است.
مثالی از محاسبه هد خالص مثبت در دهانه مکش
یک پمپ آب سانتریفیوژ را فرض کنید و یک مخزن تحت فشار با فشار داخلی 0.5 کیلوگرم بر سانتی‌مترمربع که 1 متر بالاتر از آن قرار گرفته است. دمای آب در هنگام پمپاژ را 30 درجه و مقدار افت هد اصطکاکی در مسیر مخزن تا مکش پمپ را 2 متر آب فرض کنید. مقدار NPSH موجود در این سیستم پمپاژ بصورت زیر محاسبه می‌شود:
راه حل جلوگیری از کاویتاسیون از منظر NPSH
برای اطمینان از عدم بروز کاویتاسیون در پمپ همواره باید هد مکش مثبت خالص موجود بیشتر از هد مکش مثبت خالص مورد نیاز باشد. در صورتی که خلاف آن باشد دو راه وجود دارد:
- کاهش NPSH مورد نیاز
- افزایش NPSH موجود
راه‌های کاهش NPSHr پمپ
- افزایش سطح چشمی پروانه
- استفاده از پروانه دو مکشه
- استفاده از یک پمپ با سرعت کمتر
- استفاده از پمپ‌های با دبی پایین‌تر
- استفاده از یک بوستر پمپ
راه‌های افزایش NPSHa پمپ
- افزایش فشار خارجی
- افزایش ارتفاع سطح سیال مخزن نسبت به تراز مبدا
- کاهش افت هد مسیر (اصطکاکی و موضعی)
- کاهش فشار بخار سیال
جمع‌بندی
NPSH پمپ یا هد مکش مثبت خالص پمپ یک پارامتر کلیدی در طراحی و بهره‌برداری از سیستم‌های پمپاژ است. انتخاب صحیح پمپ و اطمینان از NPSH کافی در سیستم، باعث افزایش راندمان، کاهش هزینه‌ها و افزایش عمر مفید پمپ می‌شود. این پارامتر از جهت اینکه به پدیده کاویتاسیون وابسته است، اهمیت دارد. در این مقاله سعی شد به معرفی آن همراه با مثال عینی پرداخته شود و بطور ساده درباره آن توضیح داده شود تا مخاطبان عزیز بتوانند درک راحتی نسبت به آن داشته باشند.
هد مکش خالص مثبت یا NPSH یک پارامتر مهم در پمپ‌های محسوب می‌شود که مقدار فشار قسمت مکش مورد نیاز پمپ را برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون نشان می‌دهد.
دو نوع NPSH تعریف می‌شوند، مقدار NPSH مورد نیاز که توسط شرکت سازنده پمپ تعیین می‌شود و به طراحی خود پمپ بستگی دارد. مقدار NPSH موجود که مقدار فشار ورودی مکش پمپ را نشان می‌دهد و به فشار بخار و فشار اتمسفر بستگی دارد.
علت تعریف NPSH از آن جهت است که می‌توان با محاسبه NPSHa و مقایسه آن با NPSHr و رعایت ارتفاع محل نصب پمپ، کنترل افت فشار اصطکاکی مسیر و... از بروز کاویتاسیون در پمپ جلوگیری کرد.
افزایش سطح چشمی پروانه، استفاده از پروانه دو مکشه، استفاده از یک پمپ با سرعت کمتر، استفاده از پمپ‌های با دبی پایین‌تر، استفاده از یک بوستر پمپ تعدادی از راه‌های کاهش NPSH مورد نیاز پمپ است.
با تغییر جایگاه سطح مخزن در تراز بالاتری نسبت به مبدا، کاهش افت هد اصطکاکی (کاهش طول مسیر و اتصالات)، افزایش فشار خارجی وارد به مخزن و کاهش فشار بخار سیال (کاهش دمای پمپاژ سیال) می‌توان NPSHa را افزایش داد و از کاویتاسیون جلوگیری کرد.