Ce que vous devez savoir sur NPSH

Jun 18, 2023

La marge de pression sur la pression de vapeur, au niveau de la buse d'aspiration de la pompe, correspond à la hauteur d'aspiration nette positive (NPSH). Le NPSH est la différence entre la pression d'aspiration (stagnation) et la pression de vapeur. Sous forme d'équation :

Étant donné que la pression de vapeur est toujours exprimée sur une échelle absolue, la pression d'aspiration doit également être exprimée en termes absolus. Dans les unités usuelles américaines, les deux pressions doivent être exprimées en livres par pouce carré absolu (psia). La pression relative est convertie en pression absolue en ajoutant la pression atmosphérique.

L'équation ci-dessus fournit une réponse en unités de pression (psi). Cela peut être converti en unités de tête (pieds) par l'équation suivante :

Le NPSH est un sujet d'une extrême importance dans tous les systèmes de pompage. Il a été estimé que 80 % de tous les problèmes de pompe sont dus à des conditions d'aspiration inadéquates, et la plupart des problèmes d'aspiration sont liés au NPSH. (Soit le système ne fournit pas autant que prévu, soit la pompe nécessite plus que prévu.) Il est donc probable que la plupart des problèmes de pompe sont des problèmes de NPSH.

Pour les pompes centrifuges, les valeurs NPSH sont exprimées en unités d'énergie spécifique (hauteur de colonne équivalente) telles que les pieds ou les mètres. Pour les pompes volumétriques (rotatives et alternatives), les valeurs NPSH sont normalement exprimées en unités de pression telles que livres par pouce carré (psi), kilopascals ou bars.

Les valeurs NPSH ne sont ni des pressions manométriques ni des pressions absolues. Le "g" en psig signifie que la pression est mesurée au-dessus de la pression atmosphérique. Le "a" en psia signifie que la pression est mesurée au-dessus du zéro absolu, un vide parfait. NPSH est une mesure de la pression au-dessus de la pression de vapeur, de sorte que les unités de NPSH (aux États-Unis) ne sont que des psi ou des pieds.

NPSHa signifie NPSH disponible à partir du système. Il peut être calculé en mesurant la pression d'aspiration au niveau de la buse d'aspiration de la pompe, en corrigeant à la référence, en ajoutant la pression atmosphérique, en ajoutant la tête de vitesse et en soustrayant la pression de vapeur. Sous forme d'équation :

Si vous le souhaitez, toutes les unités peuvent être converties en tête (pieds) avant de les brancher à l'équation.

Si le système n'est pas construit, il est nécessaire de calculer le NPSHa en partant de la pression dans le réservoir d'aspiration. Ajouter la pression atmosphérique, ajouter (ou soustraire) le niveau de liquide au-dessus (en dessous) de la référence, soustraire toutes les pertes du réservoir à la pompe et soustraire la pression de vapeur.

Les lettres NPSHr représentent le NPSH requis par la pompe. Cette caractéristique doit être déterminée par essai.

Pour un bon fonctionnement de la pompe, il est nécessaire que NPSHa > NPSHr. Le système doit fournir plus de NPSH que la pompe n'en a besoin.

Une complication potentielle lorsque NPSHr dépasse NPSHa est la cavitation. Si à tout moment la pression statique d'un liquide tombe en dessous de la pression de vapeur, une partie du liquide bouillira - il se transformera en gaz. Cette formation de bulles de gaz est appelée cavitation. (Des cavités se forment dans le liquide.) Une telle formation de gaz dans un tuyau d'aspiration ou à l'intérieur d'une pompe peut entraîner une réduction de la capacité et/ou de la hauteur de la pompe. Cela peut également endommager la pompe. Lorsque le liquide s'écoule dans une pompe, il y a une réduction de pression. Dans une pompe centrifuge, le liquide accélère dans l'œil de la roue, provoquant une réduction de pression. Les aubes de la turbine tranchent alors dans le liquide, créant des zones de plus basse pression.

Si une marge de pression suffisante, supérieure à la pression de vapeur, n'est pas fournie à l'entrée de la pompe, une partie du liquide va jaillir au bord d'attaque de chaque aube.

Avec les pompes volumétriques, la situation est similaire. Étant donné que la pression chute lorsque le pompage se déplace dans la chambre de pompage, la pression d'aspiration doit dépasser la pression de vapeur d'une certaine marge pour éviter la cavitation.

Même si le liquide cavite, nous disons généralement que la pompe cavite. Les effets possibles de la cavitation de la pompe comprennent le bruit, la perte de charge et/ou de capacité et les dommages à l'équipement. Ce n'est pas la formation de bulles qui cause des dommages. Des dommages sont causés aux pièces de la pompe lorsque les bulles s'effondrent ou "implosent". Lorsque les bulles s'effondrent sur une surface dure, elles créent une haute pression.

Si une pompe centrifuge émet un son comme si elle pompait du gravier, si le système peut le tolérer et si aucune autre solution n'est disponible, injectez environ ½ % (en volume) d'air (ou autre gaz) juste en amont (dans l'entrée) de la pompe. Expérimentez pour voir combien d'air est nécessaire pour obtenir un fonctionnement silencieux. (N'essayez pas cela avec une pompe alternative !)

La vitesse spécifique d'aspiration, comme la vitesse spécifique, n'est pas du tout une vitesse. Il s'agit d'un numéro d'index, ou "étalon". Il est basé sur le NPSHr d'une pompe centrifuge, normalement le NPSHr de chute de charge de 3 % et normalement à son meilleur point d'efficacité (BEP). L'équation pour la vitesse spécifique d'aspiration est la même que la vitesse spécifique, sauf que NPSHr est remplacé par la tête, comme suit :

Le symbole Nss est souvent utilisé à la place de S pour la vitesse spécifique d'aspiration.

La valeur de S pour la plupart des pompes est généralement comprise entre 7 000 et 15 000. Les valeurs les plus élevées sont plus courantes dans les unités à vitesse plus élevée et à capacité plus élevée.

Pendant un certain nombre d'années, la poussée des utilisateurs et des concurrents a obligé les fabricants de pompes à s'efforcer continuellement d'obtenir des valeurs plus faibles de NPSHr. La philosophie était que "Plus le NPSHr est bas, meilleure est la pompe." Le NPSHr dans les pompes centrifuges est normalement réduit en augmentant le diamètre de l'œil de la roue. Cette philosophie a maintenant changé.

En raison de problèmes attribués à des yeux de roue surdimensionnés, les utilisateurs de pompes ont établi des valeurs maximales pour S, qui établissent des valeurs minimales pour NPSHr. (Voir Pompes & Systèmes, décembre 2011).

Chaque pompe centrifuge aimerait fonctionner à son BEP. Les composants de la pompe auraient une durée de vie maximale à cette capacité. Une pompe fonctionne rarement à son BEP, mais la durée de vie des composants sera considérablement prolongée si elle fonctionne dans sa fenêtre de capacités "stable". La vitesse spécifique d'aspiration peut indiquer la taille de cette fenêtre. Les pompes avec des valeurs inférieures de S ont des fenêtres plus grandes.