เฮดดูดสุทธิที่มีอยู่และระยะเผื่อการเกิดโพรงไอ (NPSHa)

NPSHa คืออะไร และทำไมต้องมีระยะเผื่อ

NPSHa (Net Positive Suction Head Available) คือเฮดความดันสัมบูรณ์ที่ระบบส่งให้หน้าดูดของปั๊ม ส่วนที่ เหนือ ความดันไอของของเหลว ถ้า NPSHa ต่ำกว่าหรือใกล้ NPSHr (Required) ของปั๊ม ของเหลวจะเดือดเฉพาะที่ทางเข้าใบพัด เกิดการเกิดโพรงไอ (cavitation) — ฟองไอยุบตัวรุนแรง ทำให้เสียงดัง สั่น ใบพัดสึกกร่อน และเฮดกับอัตราการไหลตก

NPSHr ที่ผู้ผลิตประกาศวัดที่จุดเฮดตก 3 % (NPSH3) — โพรงไอขั้นเริ่มต้น (incipient) เกิดก่อนถึงจุดนั้นแล้ว จึงต้องเผื่อระยะ ไม่ใช่แค่ให้ NPSHa มากกว่า NPSHr

สมการสมดุลเฮดด้านดูด (Crane TP-410)

• P_atm — ความดันบรรยากาศสัมบูรณ์ (ISA: 101.325 kPa ที่ระดับน้ำทะเล ลดลงตามระดับความสูงของที่ตั้ง)
• P_gauge — ความดันเกจเหนือผิวของเหลวในถังต้นทาง (0 เมื่อถังเปิดสู่บรรยากาศ ติดลบเมื่อเป็นสุญญากาศ)
• P_v — ความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมิใช้งาน — หักออกเสมอ
• h_z — เฮดสถิต: บวก เมื่อของเหลวอยู่เหนือแนวศูนย์กลางปั๊ม (flooded) ลบ เมื่ออยู่ใต้ปั๊ม (lift)
• h_f — เฮดสูญเสียในท่อดูด (Darcy–Weisbach + ΣK) — หักออกเสมอ และโตตาม Q²

สมการและแบบจำลองความดันบรรยากาศตามระดับความสูงเป็นชุดเดียวกับเครื่องมือ เลือกขนาดปั๊มและตรวจ NPSH และตัวแก้ระบบท่อ (network solver) — ตัวเลข NPSHa จึงตรงกันทุกหน้า

โหมด “คำนวณจากท่อ” ใช้ท่อดูดมาตรฐาน: ท่อเหล็ก 2 นิ้ว Sch 40 (ID 52.5 mm) ยาว 6 m ความขรุขระ 0.046 mm และ ΣK = 6.0 (ทางเข้า + ข้องอ + foot valve) — ถ้าท่อดูดจริงต่างจากนี้ ให้คำนวณ h_f แล้วกรอกค่าเอง

อัตราส่วนและผลต่างของระยะเผื่อ (ANSI/HI 9.6.1)

• HI 9.6.1 แนะนำอัตราส่วนเป็นช่วงตามระดับ suction energy และความหนักของงาน — ราว 1.1–1.3 สำหรับปั๊ม process ทั่วไป และสูงถึง 2.0 ขึ้นไปสำหรับงาน high-energy / boiler feed / เดินต่อเนื่อง
• เกณฑ์ที่หน้านี้ใช้: ปลอดภัย เมื่อ MR ≥ 1.3 และ ΔM ≥ 1.0 m · ระยะเผื่อต่ำ เมื่อ ΔM > 0 แต่ไม่ถึงเกณฑ์ปลอดภัย · เสี่ยงเกิดโพรงไอ เมื่อ ΔM ≤ 0 หรือ NPSHa < 0

ตัวอย่างคำนวณ

ตัวอย่างนี้ใช้น้ำ 25 °C (ρ = 997 kg/m³, P_v ≈ 3.17 kPa abs) จึงต่างจากกรณีตัวอย่างบนหน้า (น้ำ 20 °C) เล็กน้อย — ถังเปิด ระดับน้ำทะเล ของเหลวอยู่ใต้ปั๊ม 2.0 m เฮดสูญเสีย 0.8 m และ NPSHr 4.5 m

MR ≥ 1.3 และ ΔM ≥ 1.0 m → ปลอดภัย

ความไว — ทำไม NPSHa เปลี่ยนตาม Q และ T

• ตามอัตราการไหล Q: เฮดสูญเสียในท่อดูดแปรตาม Q² — ไหลมากขึ้น NPSHa ลดลง (กราฟนี้มีเฉพาะโหมด “คำนวณจากท่อ” เพราะค่าที่กรอกเองไม่ผูกกับ Q)
• ตามอุณหภูมิ T: ของเหลวร้อนขึ้น P_v สูงขึ้นแบบเอกซ์โพเนนเชียล NPSHa จึงลดลงเร็ว — น้ำร้อนและคอนเดนเสทเสี่ยงโพรงไอมาก

จุดที่เส้น NPSHa ตัด NPSHr คือขีดเริ่มเกิดโพรงไอ — อัตราการไหลหรืออุณหภูมิสูงสุดที่ยังมี NPSHa ไม่ต่ำกว่า NPSHr

ขอบเขตและข้อจำกัด

• เฉพาะของเหลว: สมการสมดุลเฮดนี้ใช้กับของเหลวที่อัดตัวไม่ได้ — ก๊าซหรือสองเฟสใช้เครื่องมืออื่น
• NPSHr คงที่: ถือว่า NPSHr ไม่เปลี่ยนตาม Q และ T (datasheet มักให้ค่าเดียว) — จริง ๆ NPSHr สูงขึ้นที่อัตราการไหลสูง
• P_v(T) ในกราฟตามอุณหภูมิ น้ำใช้เส้นอิ่มตัว IAPWS-IF97 ของเหลวอื่นใช้การปรับสเกลแบบ Clausius–Clapeyron โดยประมาณ (เพิ่มเป็นสองเท่าทุก ~12 °C) จากค่าที่อุณหภูมิปัจจุบัน — ใช้ดูแนวโน้ม งานจริงให้อ่าน P_v จากตารางของของเหลวนั้นที่อุณหภูมิสูงสุด แล้วกรอกที่ช่องอุณหภูมิ
• ใช้ค่าที่แย่ที่สุด: อุณหภูมิสูงสุด ระดับของเหลวต่ำสุดในถัง และตะแกรงกรองที่สกปรก — โพรงไอเกิดตอนถังใกล้หมด ไม่ใช่ตอนถังเต็ม