Расчет NPSH · располагаемый NPSH и кавитация
Располагаемый NPSH на входе насоса по температуре воды, атмосферному давлению (высоте), давлению в резервуаре, уровню и потерям на всасывании. С NPSHr производителя видны запас и риск кавитации.
NPSH и кавитация
Когда давление на входе насоса падает ниже давления насыщенного пара при температуре воды, образуются пузырьки, которые схлопываются, разрушают рабочее колесо и вызывают шум, вибрацию и падение напора. Это кавитация.
Располагаемый NPSH (NPSHa) показывает, насколько давление на входе выше давления пара, в метрах напора. Он задается системой: давлением над водой, уровнем, потерями на всасывании и температурой. NPSHa = (Ps − Pv)/(ρ g) + zs − hfs.
Требуемый NPSH (NPSHr) нужен насосу для работы без заданного падения характеристик; его определяет производитель испытанием. NPSHa должен быть заметно больше NPSHr.
Давление пара и теоретическая максимальная высота всасывания по температуре
Давление насыщенного пара и плотность насыщенной жидкости по IAPWS-IF97. Последний столбец - теоретический предел (Patm − Pv)/(ρ g) для открытого резервуара (101,325 кПа) без потерь на всасывании и при NPSHr 0; реальная высота всасывания должна быть ниже этого значения за вычетом потерь и NPSHr.
| Температура °C | Давление пара kPa | Плотность kg/m³ | Напор пара m | Макс. всасывание m |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 1,228 | 999,7 | 0,13 | 10,21 |
| 20 | 2,339 | 998,2 | 0,24 | 10,11 |
| 30 | 4,247 | 995,6 | 0,43 | 9,94 |
| 40 | 7,384 | 992,2 | 0,76 | 9,65 |
| 50 | 12,351 | 988,0 | 1,27 | 9,18 |
| 60 | 19,946 | 983,2 | 2,07 | 8,44 |
| 70 | 31,201 | 977,7 | 3,25 | 7,31 |
| 80 | 47,415 | 971,8 | 4,98 | 5,66 |
| 90 | 70,182 | 965,3 | 7,41 | 3,29 |
| 100 | 101,418 | 958,4 | 10,79 | −0,01 |
Около 100 °C предел падает до нуля и ниже: всасывание невозможно, уровень воды должен быть выше насоса (подпор). На высоте меньшее атмосферное давление уменьшает предел при той же температуре.
Частые вопросы
Чем отличаются NPSHa и NPSHr?
NPSHa (располагаемый) - то, что система дает на входе насоса; рассчитывается по давлению над водой, уровню, потерям на всасывании и температуре. NPSHr (требуемый) - то, что нужно насосу; производитель определяет его испытанием, указывает на характеристике, и он растет с расходом. NPSHa должен превышать NPSHr во всем рабочем диапазоне.
Почему насос не может всасывать горячую воду?
С ростом температуры давление пара быстро увеличивается, и напор пара приближается к атмосферному напору. Из открытого резервуара воду 20 °C теоретически можно поднять примерно на 10 м, при 80 °C лишь примерно на 5,7 м, при 100 °C никак. Из этого еще вычитаются потери на всасывании и NPSHr, поэтому для горячей воды обычно делают подпор, с уровнем выше насоса.
Какой запас NPSH нужен?
Ясно только одно: запас 0 или меньше означает риск кавитации. Нужный запас зависит от типа насоса, кавитационного коэффициента быстроходности, рабочего диапазона и жидкости, поэтому единого числа нет. Смотрите данные производителя и рекомендации по коэффициенту запаса NPSH в ANSI/HI 9.6.1. Распространенные 0,5-1 м и более лишь практическое правило.
Уравнения и источники
Формулы калькулятора и таблицы выше. Давление в кПа умножается на 1000 (Па).
| Статья | Уравнение | Примечания · основание |
|---|---|---|
| Располагаемый NPSH | NPSHa = (Ps − Pv) / (ρ g) + zs − hfs | Ps абсолютное давление на поверхности, Pv давление пара, zs уровень (+ подпор, − всасывание), hfs потери на всасывании |
| Давление на поверхности | Ps = Patm + Pg | Patm атмосферное давление, Pg избыточное давление (открытый 0, вакуум отрицательный) |
| Высота → давление | Patm = 101,325 (1 − 2,25577 × 10⁻⁵ z)^5,2559 | z высота в м, результат в кПа. ASHRAE Fundamentals 2017, гл. 1, ур. 3 (как в расчетном ядре) |
| Давление пара, плотность | Pv = psat(t), ρ = 1 / vf(t) | IAPWS-IF97, область 4 (давление насыщения) и область 1 (удельный объем жидкости). Как в таблице пара |
| Запас и отношение | ΔNPSH = NPSHa − NPSHr, NPSHa / NPSHr | Запас 0 или меньше означает риск кавитации. Необходимый запас уточняйте у производителя и по ANSI/HI 9.6.1 |
Источники
- IAPWS R7-97(2012), Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam (IAPWS-IF97): давление насыщения и удельный объем жидкости
- ANSI/HI 9.6.1, Rotodynamic Pumps Guideline for NPSH Margin (значения смотрите в самом стандарте)
- ASHRAE Handbook Fundamentals 2017, гл. 1 Psychrometrics, ур. 3 (высота в давление, расчетное ядро)
Обновлено: 2026-11-09.