Pumpars sugförmåga, NPSH och kavitation

Pumpars sugförmåga varierar kraftigt mellan olika pumptyper. Generellt kan sägas att centrifugalpumpar (rotordynamiska pumpar) saknar sugförmåga medan de flesta förträngningspumpar (deplacementspumpar) har sugförmåga. En pump sägs ha sugförmåga om den kan evakuera sin egen sugledning.

När det gäller begreppet NPSH (Net Positive Suction Head) kan detta i sin enklaste form beskrivas som två mått, nämligen NPSH_R(R=required) och NPSH_A(A=available), vilket är de vanligaste förekommande beteckningarna för NPSH i pumpkataloger och annan litteratur. På svenska kallar vi dem NPSH_erf som står för Erforderligt NPSH och NPSH_tillg som står för Tillgängligt NPSH.

Det tillgängliga NPSH_A beror på pumpsystemets utförande och konstruktion och måste beräknas.

Erforderligt NPSH_R tillhandahåller pumpleverantören och är ett mått på minsta statiska tryck i sugledningen, vid pumpens sugstuds. Om trycket vid sugstudsen är lägre än erforderligt NPSH_R kommer pumpen alltså att kavitera.

För kavitationsfri drift gäller alltså att NPSH_A > NPSH_R

Pumpars sugförmåga

De flesta förträngningspumpar (deplacementspumpar) har relativt god sugförmåga. De kan alltså evakuera luft och vätska från sin egen sugledning och behöver därför inte vätskefyllas före start, dock måste hänsyn tagas för de pumpar som inte kan torrköras kontinuerligt. För dessa pumpar måste torrkörningsskydd installeras, alternativt måste igångkörningsprocessen övervakas noggrant.

Skillnaden mellan sugförmågan hos olika förträngningspumpar (deplacementspumpar) varierar beroende på typ av pump. En tät pump med små toleranser, glappet mellan roterande delar och pumphus, har bättre sugförmåga än en pump med större toleranser eftersom glappet ger ett läckage och pumpen därför inte har samma förmåga att skapa det undertryck som är en förutsättning för att evakuera sugledningen. Två pumpar av samma typ och storlek och från samma tillverkare kan därför ha olika sugförmåga, eftersom den i första hand bestäms av pumparnas täthet.

Centrifugalpumpar har som tidigare sagts inte förmågan att evakuera sin sugledning, kan alltså inte skapa det undertryck som krävs, med undantag från självsugande centrifugalpumpar som utrustats med en kammare som skapar undertryck (mer information om detta finns i avsnittet om självsugande centrifugalpumpar).

Pumpars NPSH_R

Erforderligt NPSH_R är det lägsta trycket som erfordras vid pumphjulets inlopp, ögat, för att pumpen skall kunna leverera önskad tryckökning. Istället för att beräkna NPSH_R , vilket man måste när det gäller NPSH_A tar pumptillverkare fram en kurva för NPSH_R genom att, i en testanläggning, köra pumpen med konstant flöde och reducera tillgängligt NPSH_A tills dess att pumpen tappar förmågan att leverera önskad tryckökning. Testet upprepas sedan för ett antal flöden för pumpen och en NPSH-kurva plottas.

NPSH marginal och säkerhetsfaktor

NPSH_R kallas ibland också NPSH₃ vilket beror på att definitionen på när en pump börjar kavitera är en reducering av tryckuppsättningen (uppfordringshöjden) med tre procent vid ett visst flöde.

Kriteriet för kavitation på tre procent kan diskuteras. I fall där pumpen är kritisk för användaren och systemberäkningar visar en liten marginal mellan tillgängligt och erforderligt NPSH bör man vidtaga försiktighet.

Det finns många experter som uttalar sig om storleken på säkerhetsfaktor, olika rekommendationer förekommer, men det finns standarder som t.ex. Hydraulic Institutes standard 9.6.1 som ger rekommendationer för säkerhetsfaktor avseende NPSH.

Standarden tar också upp materialval, som en parameter för NPSH marginal, där pumpens förväntade livslängd är styrande och där en mindre säkerhetsfaktor rekommenderas för mer kavitations beständiga material baserade på livslängd (LCC).

Många pumpar är dock utsatta för kavitation trots att leverantörens NPSH_R är lägre än NPSH_A. För att förklara varför måste ytterligare benämningar på NPSH introduceras och förklaras.

• NPSH₃  3% reduktion i tryckuppsättningen
• NPSH₁   1% reduktion i tryckuppsättningen
• NPSH₀  0% reduktion i tryckuppsättningen
• NPSH_i   påbörjad kavitation (i för inception)
• NPSH_40k , ett NPSH som ger pumphjulet 40,000h livslängd

Exempel för en pump där NPSH₃ sker vid 5,8m, sker NPSH₁ vid 7,6m. NPSH₀ vid 19,2m och NPSH_i 32,6m. NPSH_A måste alltså vara drygt 5,5 gånger större än NPSH_R för att säkerställa att pumpen inte skall vara utsatt för kavitation.

Få, om någon, pump väljs med så stor NPSH mariginal, vilket indikerar att de flesta pumpar är utsatta för kavitation. Den intressanta frågan är dock, om kavitationen är skadlig för pumpen.