動(dòng)力泵NPSHR圖顯示速度和泵浦密度的影響
在閱讀了有關(guān)動(dòng)力泵閥，閥彈簧和所需的凈正負(fù)壓頭（NPSHr）知識(shí)后，我建議創(chuàng)建圖表來(lái)說(shuō)明速度（rpm）和抽水密度的影響這些機(jī)器對(duì)NPSH的要求。聽(tīng)起來(lái)不錯(cuò)。我們已經(jīng)發(fā)布了基于測(cè)試的NPSHr曲線(xiàn)（參見(jiàn)圖2），但是我沒(méi)有使用方程式來(lái)計(jì)算等效曲線(xiàn)。我的方程式可以產(chǎn)生這樣的曲線(xiàn)嗎？如果是這樣，所計(jì)算的曲線(xiàn)與已發(fā)布的曲線(xiàn)將如何比較？在此練習(xí)中，我們能否包括抽水密度（比重）的影響？
這些方程式確實(shí)產(chǎn)生了曲線(xiàn)，可以回答這兩個(gè)問(wèn)題，并且我認(rèn)為值得在本文中分享。
以下是計(jì)算中使用的術(shù)語(yǔ)：
A s =通過(guò)閥座的流通面積（忽略翼和腹板），ft 2（m 2）=（π/ 4）（D 3 2 – D 2 2）
A 2 =通過(guò)P 2作用的閥面積，ft 2（m 2）=（π/ 4）（D 3 2 – D 1 2）= A 4 – A 3
A 3 =暴露于P 3的座椅表面積，ft 2（m 2）=（π/ 4）（D 4 2 – D 3 2）
A 4 =閥頂部面積（暴露于P 4），ft 2（m 2）=（π/ 4）（D 4 2 – D 1 2）
C =閥門(mén)“逃逸”區(qū)域的孔口系數(shù)
D p =柱塞或活塞的直徑，ft（m）
D 1 =閥盤(pán)中心孔的直徑，ft（m）
D 2 =內(nèi)座表面的外徑，ft（m）（閥座開(kāi)口的ID）
D 3 =外座表面的內(nèi)徑，ft（m）（閥座開(kāi)口處的外徑）
D 4 =閥外座面的外徑，ft（m）
F o =閥門(mén)關(guān)閉時(shí)來(lái)自彈簧的力，lb（N）
g =重力加速度32.2 ft / sec 2（9.8 m / sec 2）
K c =
OD流量閥的鎖緊系數(shù)=（（D 4 / D 3）2 +（D 3 / D 4）2 – 2）/ 8ID（sinα）2
對(duì)于ID流量閥=（2 –（D 2 / D 1）2 –（D 1 / D 2）2）/8π（sinα）2
K i =閥門(mén)上游側(cè)泵送的慣性沖擊系數(shù)
L S =柱塞的行程長(zhǎng)度，ft（m）
L 90 =大約90度曲柄時(shí)的氣門(mén)升程ft（m）
N =泵曲軸轉(zhuǎn)速，rev / min
NPSHr =防止閥上出現(xiàn)氣蝕所需的凈正吸頭，lb / ft 2（Pa）
P 1 =閥組件上游的停滯壓力，lb / ft 2（Pa）
P 2 =作用于上游盤(pán)區(qū)A中的靜態(tài)壓力2，磅/英尺2（PA）= P 1 - ρ（V 小號(hào)）2 /2
Q 1 =在中間行程（峰值）= Q流動(dòng)通過(guò)柱塞創(chuàng)建率90，假定柱塞的純正弦運(yùn)動(dòng)，英尺3 /秒（米3 π/秒）= 2 NL 小號(hào) d P 2 /240
R =彈簧剛度，lb / ft（N / m）
V S =通過(guò)閥座的抽速，ft / sec（m / s）=（Q 2）/（A S）
W 1 =閥門(mén)重量（空氣中），磅（N）
W 2 =閥的重量，如果軸是垂直的，則減去泵的浮力，lb（N）= W1（1 – W 3 / W 4）（如果軸是水平的，W 2 = 0）
W 3 =抽油比重，lb / ft 3（N / m 3）=ρg
W 4 =閥門(mén)的比重，lb / ft 3（N / m 3）
α=閥座表面與閥軸之間的角度，度
ρ=抽氣密度，彈頭/ ft 3（lb-s 2 / ft 4）（kg / m 3）= W 3 / g
ω=泵曲軸的角速度，弧度/秒=πN/ 30
將以下方程式合并到計(jì)算機(jī)程序中，該程序使用方程式1、2和3（來(lái)自參考文獻(xiàn)2）來(lái)計(jì)算每種速度下氣門(mén)的最大升程（中沖程），然后使用方程式4計(jì)算出整個(gè)方向的壓降閥門(mén)（NPSHr）。然后將該壓降繪制為泵轉(zhuǎn)速的函數(shù)。這些方程式假設(shè)完全湍流通過(guò)閥門(mén)“逸出”區(qū)域（座面之間的流動(dòng)區(qū)域）。它們不能補(bǔ)償粘性液體。
（1）L 90 =（A / B）0.5
其中：
（2）A =ρQ 1 2 [A 2 /2（cπD 3 sinα）2 - K ? ]
（3）B =ρQ 1 2（A 2 / 2A 小號(hào) - K 我）/ A 小號(hào) + F 0 + W 2 + L 90 [R - w ^ 1（πN/ 30）2 / g]的
由于L90出現(xiàn)在方程式的兩側(cè)，因此需要迭代才能求解。將試驗(yàn)值插入方程式的右側(cè)，以獲得第一個(gè)試驗(yàn)解決方案。
（4）汽蝕余量 =ρ（Q 1 /cπD 3大號(hào)90罪α）2 /2
圖1是進(jìn)行了這些計(jì)算的3英寸沖程三缸泵的剖視圖。從吸嘴到閥，通過(guò)閥座以及從閥到柱塞的壓力損失最小。因此，跨閥座表面和吸氣閥座的壓降代表泵的NPSHr。在該泵中，氣門(mén)升程被擋塊限制為0.282英寸。
圖1. 3英寸沖程三缸動(dòng)力泵圖，顯示了兩個(gè)閥上的彈簧
圖2顯示了具有強(qiáng)大氣門(mén)彈簧的泵的NPSHr曲線(xiàn)，并將其與計(jì)算得出的曲線(xiàn)進(jìn)行了比較。我相信已發(fā)布的曲線(xiàn)包含0.5磅/英寸2的安全裕度。如果從已發(fā)布的曲線(xiàn)中減去0.5，則兩條曲線(xiàn)彼此重疊。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氣門(mén)彈簧和無(wú)吸氣門(mén)彈簧，曲線(xiàn)的類(lèi)似比較得出相同的結(jié)果。結(jié)果表明，該方程產(chǎn)生了相當(dāng)準(zhǔn)確的NPSH曲線(xiàn)。
圖2.計(jì)算出的NPSHr與發(fā)布的曲線(xiàn)的比較圖（對(duì)于冷水）
