NPSH について知っておくべきこと

Jun 18, 2023

ポンプ吸引ノズルにおける蒸気圧を上回る圧力のマージンが正味吸引ヘッド (NPSH) です。 NPSH は、吸入圧力 (よどみ) と蒸気圧の差です。 方程式形式では次のようになります。

蒸気圧は常に絶対スケールで表されるため、吸入圧力も絶対スケールで表す必要があります。 米国の慣用単位では、両方の圧力は絶対ポンド/平方インチ (psia) で表す必要があります。 ゲージ圧は大気圧を加えて絶対圧に変換します。

上の方程式は圧力単位 (psi) で答えを与えます。 これは、次の式で頭 (フィート) の単位に変換できます。

NPSH は、すべてのポンプ システムにおいて非常に重要なテーマです。 すべてのポンプの問題の 80% は不適切な吸引条件が原因であると推定されており、ほとんどの吸引問題は NPSH に関連しています。 (システムが予想したほどの量を供給しないか、ポンプが予想以上の量を必要とするかのどちらかです。) したがって、ポンプの問題のほとんどは NPSH の問題である可能性があります。

遠心ポンプの場合、NPSH 値はフィートやメートルなどの比エネルギー (等価カラム高さ) の単位で表されます。 容積式ポンプ (回転ポンプおよび往復ポンプ) の場合、NPSH 値は通常、ポンド/平方インチ (psi)、キロパスカル、バールなどの圧力単位で表されます。

NPSH 値はゲージ圧でも絶対圧でもありません。 psig の「g」は、圧力が大気圧よりも高く測定されていることを意味します。 psia の「a」は、圧力が絶対ゼロ、つまり完全な真空を超えて測定されることを意味します。 NPSH は蒸気圧を超える圧力の測定値であるため、NPSH (米国) の単位は単に psi またはフィートです。

NPSHa は、システムから利用可能な NPSH を表します。 これは、ポンプ吸引ノズルでの吸引圧力を測定し、データムに補正し、大気圧を加算し、速度ヘッドを加算し、蒸気圧を減算することによって計算できます。 方程式形式では次のようになります。

必要に応じて、方程式に組み込む前に、すべての単位を頭 (フィート) に変換できます。

システムが構築されていない場合は、サクションタンク内の圧力からNPHaを計算する必要があります。 大気圧を加算し、基準より上（下）の液体レベルを加算（または減算）し、タンクからポンプまでのすべての損失を減算し、蒸気圧を減算します。

NPSHr という文字は、ポンプに必要な NPSH を表します。 この特性はテストによって決定する必要があります。

ポンプが適切に動作するには、NPSHr > NPSHa である必要があります。 システムは、ポンプが必要とする以上の NPSH を提供する必要があります。

NPSHr が NPSHa を超える場合に考えられる合併症の 1 つはキャビテーションです。 液体の静圧が蒸気圧を下回ると、液体の一部が沸騰し、蒸発して気体になります。 この気泡の形成はキャビテーションと呼ばれます。 （液体中に空洞が形成されます。）吸込管内やポンプ内でこのようなガスが発生すると、ポンプ容量や揚程の低下を引き起こす可能性があります。 またポンプの破損の原因となります。 液体がポンプに流入すると、圧力が低下します。 遠心ポンプでは、液体がインペラの目に向かって加速し、圧力の低下を引き起こします。 次に、インペラの羽根が液体を切り込み、低圧のゾーンを作成します。

蒸気圧を超える十分な圧力マージンがポンプ入口に提供されていない場合、液体の一部が各ベーンの前縁でフラッシュします。

容積式ポンプの場合も状況は同様です。 ポンプがポンプ室に移動すると圧力が低下するため、キャビテーションを防ぐために、吸引圧力は蒸気圧をある程度上回る必要があります。

液体にキャビテーションが発生している場合でも、通常はポンプにキャビテーションが発生していると言います。 ポンプのキャビテーションの考えられる影響には、騒音、揚程および/または容量の損失、機器の損傷などがあります。 損傷の原因となるのは、気泡の形成ではありません。 気泡が崩壊または「爆発」すると、ポンプ部品に損傷が発生します。 気泡が硬い表面上で崩壊すると、高い圧力が発生します。

遠心ポンプが砂利を汲み上げているような音がする場合、システムがそれを許容でき、他の解決策がすぐに利用できない場合は、約 1/2 パーセント (体積比) の空気 (または他のガス) をポンプのすぐ上流 (入口) に注入します。ポンプ。 静かな動作を得るために必要な空気の量を実験して確認します。 (往復ポンプではこれを試さないでください。)

吸引比速度は、比速度と同様、まったく速度ではありません。 それは指標番号、または「物差し」です。 これは、遠心ポンプの NPSHr、通常は 3% のヘッドドロップ NPSHr、および通常は最高効率点 (BEP) に基づいています。 吸引比速度の式は、次のようにヘッドの代わりに NPSHr が使用されることを除いて、比速度と同じです。

吸入比速度の S の代わりに記号 Nss がよく使用されます。

ほとんどのポンプの S 値は、通常 7,000 ～ 15,000 です。 より高い値は、高速、高容量のユニットでより一般的です。

長年にわたり、ユーザーや競合他社からの圧力により、ポンプ メーカーは NPSHr の値を下げるために継続的に努力する必要がありました。 哲学は、「NPSHr が低いほど、ポンプは優れている」というものでした。 遠心ポンプの NPSHr は通常、インペラーアイの直径を大きくすることで低減されます。 その哲学は今では変わりました。

インペラの目が大きすぎることに起因する問題があるため、ポンプのユーザーは S の最大値を設定し、それが NPSHr の最小値を設定します。 (ポンプとシステム、2011 年 12 月を参照)。

すべての遠心ポンプは BEP で動作したいと考えています。 ポンプのコンポーネントは、その容量で最大の寿命を迎えます。 ポンプが BEP で動作することはほとんどありませんが、「安定した」容量範囲内でポンプが動作する場合、コンポーネントの寿命は大幅に延長されます。 吸引比速度は、そのウィンドウのサイズを示すことができます。 S の値が低いポンプほど、ウィンドウが大きくなります。