NPSH 與泵空蝕

淨正吸入壓頭計算、空蝕預防和泵吸入系統設計。

npshcavitation計算器

概述

淨正吸入壓頭 (NPSH) 決定泵浦能否在不發生空蝕的情況下運轉。空蝕是蒸氣泡形成與破裂的現象，會損壞葉輪並降低性能。每部離心泵浦都有製造商提供的必要 NPSH (NPSHr) 曲線。系統在所有工作點提供的可用 NPSH (NPSHa) 都必須以足夠裕度高於 NPSHr。

當泵浦入口的局部靜壓降至液體蒸氣壓以下時，就會發生空蝕。瞬間汽化會擾亂流動、產生噪音並侵蝕金屬表面。妥善設計吸入管路並提高供液槽位置，是預防空蝕的主要方法。

關鍵公式

可用 NPSH（絕對壓頭形式）：

$\text{NPSHa} = \frac{P_s - P_v}{\rho\, g} + z_s - h_f$

NPSH 裕度比（無因次安全檢查）：

$\text{Margin} = \frac{\text{NPSHa}}{\text{NPSHr}}$

蒸氣壓水頭：

$h_{vp} = \frac{P_v}{\rho\, g}$

變數

符號	說明	常用單位
$P_s$	泵浦吸入口的絕對壓力	Pa
$P_v$	泵送溫度下的液體蒸氣壓	Pa
$\rho$	液體密度	kg/m³
$g$	重力加速度 (9.81)	m/s²
$z_s$	靜態吸入揚程 (+) 或吸上高度 (−)	m
$h_f$	吸入管路的摩擦水頭損失	m
NPSHr	必要 NPSH（取自泵浦曲線）	m

水的蒸氣壓

準確的 $P_v$ 值是計算 NPSHa 的必要條件。水的蒸氣壓會隨溫度急遽上升：

10 行

純水的飽和蒸氣壓與溫度關係
溫度 (°C)	蒸氣壓力 (kPa abs)
10	1.23
20	2.34
30	4.25
40	7.38
50	12.35
60	19.94
70	31.19
80	47.39
90	70.14
100	101.33

來源: engineeringtoolbox.com

水的蒸氣壓與溫度關係

典型 NPSH 裕度準則

6 行

各類應用的常見 NPSH 安全裕度

一般供水服務	1.1
熱水／冷凝水	1.3
接近沸點的碳氫化合物	1.5
鍋爐給水	2
低吸入壓頭提升應用	1.5
變速／寬廣運轉範圍	1.5

來源: engineeringtoolbox.com

計算器 — NPSHa 估算

(kPa abs)

蒸氣壓(kPa abs)

液體密度(kg/m³)

摩擦損失（吸入側）

NPSH 裕度與單位轉換器

絕對壓力(kPa)

液體密度(kg/m3)

保留的來源概念

來源頁面區分吸入壓頭、液體蒸氣壓水頭、淨正吸入壓頭、可用 NPSH 與必要 NPSH。對開放式吸入槽而言，大氣壓提供正壓水頭，蒸氣壓會扣除蒸氣壓水頭，靜態液位會增加或減少高程水頭，而吸入管路摩擦則會扣除損失。含有溶解氣體的液體可能在達到純液體蒸氣壓極限前便發生空蝕或釋出氣體，因此熱水、碳氫化合物及富含氣體的液體需要額外裕度。

範例 - 從開放式水槽抽水

泵浦在海平面從開放式水槽抽水時，大氣壓可提供約 10.3 m 的水頭。液體蒸氣壓水頭、吸上高度及吸入管路摩擦損失會降低可用 NPSH；灌注式吸入揚程則會提高可用 NPSH。

例如，水在 20 °C 時的蒸氣壓約為 2.3 kPa，相當於約 0.24 m 的水蒸氣壓水頭。若使用開放式水槽，泵浦中心線位於水面下方 3 m，吸入摩擦損失為 0.5 m：

$NPSH_a \approx 10.3 - 0.24 + 3.0 - 0.5 = 12.56\ m$

若同一部泵浦改為 3 m 吸上高度，而非灌注式吸入，高程項將成為負值，可用 NPSH 會降至約 6.56 m。

水的吸入壓頭及吸上高度隨溫度的減少量

0	0.6	0	10.3
5	0.9	0	10.2
10	1.2	0	10.2
15	1.7	0	10.2
20	2.3	0.1	10.1
25	3.2	0.2	10
30	4.3	0.3	9.9
35	5.6	0.4	9.8
40	7.7	0.7	9.5
45	9.6	0.8	9.4
50	12.5	1.1	9.1
55	15.7	1.5	8.7
60	20	1.9	8.3
65	25	2.3	7.8
70	32.1	3.1	7.1
75	38.6	3.8	6.4
80	47.5	4.7	5.5
85	57.8	5.8	4.4
90	70	7	3.2
95	84.5	8.5	1.7
100	101.33	10.2	0