ในวงจรไฮดรอลิกค่าแรงดันดูดสุทธิที่เป็นบวก ( NPSH ) อาจหมายถึงปริมาณใดปริมาณหนึ่งในสองปริมาณในการวิเคราะห์การเกิดโพรงอากาศ :

1. ค่า NPSH ที่ใช้ได้ (NPSH _A ): เป็นตัววัดว่าของเหลว ณ จุดใดจุดหนึ่งอยู่ใกล้กับจุดวาบไฟ (หรือการเกิดโพรงอากาศ) มากน้อยเพียงใด ในทางเทคนิคแล้ว ค่านี้คือค่าความดันสัมบูรณ์ลบด้วยความดันไอของของเหลว
2. ค่า NPSH ที่ต้องการ (NPSH _R ): ค่าระดับความดันที่ด้านดูด (เช่น ทางเข้าของปั๊ม) ที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวเกิดการผุกร่อน (ข้อมูลนี้มาจากผู้ผลิต)

NPSH มีความสำคัญอย่างยิ่งในปั๊มแรงเหวี่ยงและกังหันซึ่งเป็นส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิกที่เสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศมากที่สุด หากเกิดโพรงอากาศค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านของใบพัดจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งอาจทำให้การไหลหยุดลงโดยสิ้นเชิง และการสัมผัสเป็นเวลานานจะทำให้ใบพัดเสียหายได้

ในปั๊ม การเกิดโพรงอากาศจะเกิดขึ้นครั้งแรกที่ทางเข้าของใบพัด^{[ 1 ]}โดยกำหนดให้ทางเข้าเป็นi ค่า NPSH _Aณ จุดนี้กำหนดได้ดังนี้:

${\displaystyle {\text{NPSH}}_{A}=\left({\frac {p_{i}}{\rho g}}+{\frac {V_{i}^{2}}{2g}}\right)-{\frac {p_{v}}{\rho g}}}$

โดยที่คือความดันสัมบูรณ์ที่ทางเข้าคือความเร็วเฉลี่ยที่ทางเข้าคือความหนาแน่นของของเหลวคือความเร่งโน้มถ่วง และคือความดันไอของของเหลว โปรดทราบว่า NPSH เทียบเท่ากับผลรวมของทั้งเฮดสถิตและเฮดพลวัต – นั่นคือ เฮดสภาวะหยุดนิ่ง – ลบด้วยเฮดความดันไอสมดุล ดังนั้นจึงหมายถึง "เฮดดูดสุทธิที่เป็นบวก" ${\displaystyle p_{i}}$${\displaystyle V_{i}}$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle g}$${\displaystyle p_{v}}$

โดยใช้สมการของเบอร์นูลลีสำหรับปริมาตรควบคุมที่ล้อมรอบพื้นผิวดูดอิสระ0และทางเข้าของปั๊มiภายใต้สมมติฐานว่าพลังงานจลน์ที่0มีค่าน้อยมาก ของเหลวไม่มีความหนืดและความหนาแน่นของของเหลวคงที่:

${\displaystyle {\frac {p_{0}}{\rho g}}+z_{0}={\frac {p_{i}}{\rho g}}+{\frac {V_{i}^{2}}{2g}}+z_{i}+h_{f}}$

โดยใช้หลักการของเบอร์นูลลีข้างต้นเพื่อกำจัดพจน์ความเร็วและพจน์ความดันเฉพาะที่ในนิยามของ NPSH _A :

${\displaystyle {\text{Net Positive Suction Head}}_{A}={\frac {p_{0}}{\rho g}}-{\frac {p_{v}}{\rho g}}-(z_{i}-z_{0})-h_{f}}$

นี่คือการแสดงออกมาตรฐานสำหรับค่า NPSH ที่มีอยู่ ณ จุดหนึ่ง การเกิดโพรงอากาศจะเกิดขึ้น ณ จุดiเมื่อค่า NPSH ที่มีอยู่น้อยกว่าค่า NPSH ที่จำเป็นเพื่อป้องกันการเกิดโพรงอากาศ (NPSH _R ) สำหรับระบบใบพัดแบบง่าย ค่า NPSH _Rสามารถหาได้จากทฤษฎี^{[ 2 ]}แต่บ่อยครั้งที่ต้องกำหนดจากประสบการณ์^{[ 1 ]}โปรดทราบว่า NPSH _Aและ NPSH _Rอยู่ในหน่วยสัมบูรณ์และมักแสดงในหน่วย "m" หรือ "ft" ไม่ใช่ "psia"

ในทางทดลอง NPSH _Rมักถูกกำหนดให้เป็น NPSH ₃ซึ่งเป็นจุดที่แรงดันเอาต์พุตของปั๊มลดลง 3% ที่อัตราการไหลที่กำหนดเนื่องจากประสิทธิภาพทางไฮดรอลิกที่ลดลง สำหรับปั๊มหลายขั้นตอน ค่านี้จะถูกจำกัดไว้ที่การลดลง 3% ของแรงดันในขั้นตอนแรก^{[ 3 ]}

การคำนวณ NPSH ในกังหันปฏิกิริยาจะแตกต่างจากการคำนวณ NPSH ในปั๊ม เนื่องจากจุดที่เกิดโพรงอากาศครั้งแรกจะอยู่ที่ตำแหน่งที่แตกต่างกัน ในกังหันปฏิกิริยา โพรงอากาศจะเกิดขึ้นครั้งแรกที่ทางออกของใบพัด ที่ทางเข้าของท่อดราฟต์[ ^{4 ] โดย}กำหนดให้ทางเข้าของท่อดราฟต์เป็นe NPSH _Aจะถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับปั๊ม:

${\displaystyle {\text{NPSH}}_{A}=\left({\frac {p_{e}}{\rho g}}+{\frac {V_{e}^{2}}{2g}}\right)-{\frac {p_{v}}{\rho g}}}$^{[ 1 ]}

โดยการนำหลักการของเบอร์นูลลี มาใช้ จากทางเข้าท่อดราฟต์eไปยังผิวน้ำอิสระด้านล่าง0ภายใต้สมมติฐานว่าพลังงานจลน์ที่0มีค่าน้อยมาก ของเหลวไม่มีความหนืด และความหนาแน่นของของเหลวคงที่:

${\displaystyle {\frac {p_{e}}{\rho g}}+{\frac {V_{e}^{2}}{2g}}+z_{e}={\frac {p_{0}}{\rho g}}+z_{0}+h_{f}}$

โดยใช้หลักการของเบอร์นูลลีข้างต้นเพื่อกำจัดพจน์ความเร็วและพจน์ความดันเฉพาะที่ในนิยามของ NPSH _A :

${\displaystyle {\text{NPSH}}_{A}={\frac {p_{0}}{\rho g}}-{\frac {p_{v}}{\rho g}}-(z_{e}-z_{0})+h_{f}}$

โปรดทราบว่า ในกังหัน การสูญเสียแรงเสียดทานเล็กน้อย ( ) ช่วยลดผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศ ซึ่งตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นในปั๊ม ${\displaystyle h_{f}}$

ความดันไอขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก ดังนั้นทั้ง NPSH _Rและ NPSH _A ก็จะ เปลี่ยนแปลง ไป ด้วย ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงมีความเสี่ยงเป็นพิเศษเมื่อสูบสารละลายที่ร้อนใกล้ความดันไอ ในขณะที่ปั๊มแบบปริมาตรคงที่ได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์โพรงอากาศน้อยกว่า เนื่องจากสามารถสูบของเหลวสองเฟส (ส่วนผสมของก๊าซและของเหลว) ได้ดีกว่า อย่างไรก็ตาม อัตราการไหลที่ได้ของปั๊มจะลดลงเนื่องจากปริมาตรของก๊าซเข้าไปแทนที่ของเหลวในสัดส่วนที่ไม่สมดุล จึงต้องออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อสูบของเหลวอุณหภูมิสูงด้วยปั๊มแบบแรงเหวี่ยงเมื่อของเหลวนั้นใกล้จุดเดือด

การยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองอากาศจากการเกิดโพรงอากาศ (cavitation bubble) ก่อให้เกิดคลื่นกระแทกที่สามารถกัดกร่อนวัสดุจากชิ้นส่วนภายในของปั๊ม (โดยปกติคือขอบด้านหน้าของใบพัด) และสร้างเสียงดังที่มักอธิบายว่า "เหมือนสูบกรวด" นอกจากนี้ การสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้อาจทำให้เกิดความผิดพลาดทางกลอื่นๆ ในปั๊มและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องได้

ค่า NPSH ปรากฏอยู่ในพารามิเตอร์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโพรงอากาศอีกหลายตัว ค่าสัมประสิทธิ์หัวดูดเป็นค่าที่ไม่มีหน่วยซึ่งวัดค่า NPSH:

${\displaystyle C_{\text{NPSH}}={\frac {g\cdot {\text{NPSH}}}{n^{2}D^{2}}}}$

โดยที่คือความเร็วเชิงมุม (ในหน่วยเรเดียน/วินาที) ของเพลาเครื่องเทอร์โบ และคือเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดเครื่องเทอร์โบ เลขคาวิตี้ของโธมา (Thoma's cavitation number)นิยามได้ดังนี้: ${\displaystyle n}$${\displaystyle D}$

${\displaystyle \sigma ={\frac {\text{NPSH}}{H}}}$

หัวของเครื่องเทอร์โบอยู่ตรง ไหน ?${\displaystyle H}$

(อ้างอิงจากระดับน้ำทะเล)

ตัวอย่างที่ 1: ถังที่มีระดับของเหลวสูงกว่าทางเข้าปั๊ม 2 เมตร บวกกับความดันบรรยากาศ 10 เมตร ลบด้วยการสูญเสียแรงเสียดทานก่อนเข้าปั๊ม 2 เมตร (เช่น การสูญเสียจากท่อและวาล์ว) ลบด้วยเส้นโค้ง NPSH _R (เช่น 2.5 เมตร) ของปั๊มที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า (ดูเส้นโค้งของผู้ผลิต) = ค่า NPSH _A (ที่มีอยู่) เท่ากับ 7.5 เมตร (อย่าลืมปริมาณการไหล) ซึ่งเท่ากับ 3 เท่าของค่า NPSH ที่ต้องการ ปั๊มนี้จะทำงานได้ดีตราบใดที่พารามิเตอร์อื่นๆ ถูกต้องทั้งหมด

_{โปรดจำไว้ว่า อัตราการไหลที่เป็นบวกหรือลบจะส่งผลต่อค่าที่อ่านได้จากกราฟ NPSH R}ของผู้ผลิตปั๊มยิ่งอัตราการไหลต่ำ ค่า NPSH _R ก็ยิ่งต่ำ และในทางกลับกัน

การสูบน้ำออกจากบ่อจะทำให้เกิดค่า NPSH ติดลบเช่นกัน อย่างไรก็ตาม โปรดจำไว้ว่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลอยู่ที่ 10 เมตร! นี่เป็นประโยชน์สำหรับเรา เพราะมันให้แรงดันหรือ "แรงผลัก" เพิ่มเติมเข้าไปในท่อดูดของปั๊ม (โปรดจำไว้ว่าคุณมีแรงดันบรรยากาศเพิ่มขึ้นเพียง 10 เมตรเท่านั้น ไม่มีอะไรมากกว่านั้น!)

ตัวอย่างที่ 2: บ่อน้ำหรือบ่อน้ำบาดาลที่มีระดับการใช้งาน 5 เมตรต่ำกว่าจุดรับน้ำ ลบด้วยการสูญเสียแรงเสียดทานก่อนเข้าปั๊ม 2 เมตร (การสูญเสียในท่อ) ลบด้วยเส้นโค้ง NPSH _R (สมมติว่า 2.4 เมตร) ของปั๊มที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า = ค่า NPSH _A (ที่มีอยู่) เท่ากับ (ลบ) -9.4 เมตร การเพิ่มความดันบรรยากาศ 10 เมตร จะได้ค่า NPSH _A ที่เป็นบวก 0.6 เมตร ข้อกำหนดขั้นต่ำคือ 0.6 เมตรเหนือ NPSH _Rดังนั้นปั๊มควรสูบน้ำจากบ่อน้ำได้

โดยใช้สถานการณ์จากตัวอย่างที่ 2 ข้างต้น แต่สูบน้ำอุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส (158 องศาฟาเรนไฮต์) จากบ่อน้ำพุร้อน ซึ่งทำให้ค่า NPSH ติดลบ จะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

ตัวอย่างที่ 3: บ่อน้ำหรือบ่อน้ำบาดาลมีอุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส (158 องศาฟาเรนไฮต์) ระดับการทำงานอยู่ต่ำกว่าจุดรับน้ำ 5 เมตร หักลบด้วยการสูญเสียแรงเสียดทานก่อนเข้าปั๊ม 2 เมตร (การสูญเสียในท่อ) หักลบด้วยเส้นโค้ง NPSH _R (สมมติว่า 2.4 เมตร) ของปั๊มที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า หักลบด้วยการสูญเสียจากอุณหภูมิ 3 เมตร/10 ฟุต = ค่า NPSH _A (ที่ใช้ได้) เท่ากับ (ลบ) -12.4 เมตร เมื่อบวกด้วยความดันบรรยากาศ 10 เมตร จะได้ค่า NPSH _Aที่เหลืออยู่เป็นลบ -2.4 เมตร

โปรดจำไว้ว่าข้อกำหนดขั้นต่ำคือ 600 มม. เหนือระดับ NPSH _Rดังนั้นปั๊มนี้จะไม่สามารถสูบของเหลวที่มีอุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียสได้ และจะเกิดการเกิดโพรงอากาศ ทำให้ประสิทธิภาพลดลงและเกิดความเสียหาย เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปั๊มจะต้องถูกฝังลงในดินที่ความลึก 2.4 เมตร บวกกับความลึกขั้นต่ำที่กำหนด 600 มม. รวมเป็นความลึกทั้งหมด 3 เมตรในบ่อ (3.5 เมตรเพื่อความปลอดภัยอย่างสมบูรณ์)

ต้องใช้แรงดันหัวน้ำ อย่างน้อย 600 มม. (0.06 บาร์) และแรงดันหัวน้ำ ที่แนะนำ 1.5 เมตร (0.15 บาร์ ) ซึ่ง "สูงกว่า" ค่าแรงดัน NPSH _Rที่ผู้ผลิตกำหนด เพื่อให้ปั๊มทำงานได้อย่างถูกต้อง

หากติดตั้งปั๊มขนาดใหญ่ในตำแหน่งที่ไม่เหมาะสม โดยมีค่า NPSH _R ที่ไม่ถูกต้อง อาจก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรง และอาจส่งผลให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมปั๊มหรือระบบติดตั้งเป็นจำนวนมาก

ปัญหาเกี่ยวกับค่า NPSH อาจแก้ไขได้โดยการเปลี่ยนค่า NPSH _Rหรือโดยการย้ายตำแหน่งปั๊ม

ถ้าค่า NPSH _Aเท่ากับ 10 บาร์ แสดงว่าปั๊มที่คุณใช้จะส่งแรงดันได้มากกว่าค่าที่ระบุไว้ในคู่มือถึง 10 บาร์ ตลอดช่วงการทำงานของปั๊ม

ตัวอย่าง: ปั๊มที่มีแรงดันสูงสุด 8 บาร์ (80 เมตร) จะทำงานที่แรงดัน 18 บาร์ หากค่า NPSH _Aเท่ากับ 10 บาร์

เช่น: 8 บาร์ (กราฟแรงดันปั๊ม) บวก 10 บาร์ NPSH _A = 18 บาร์

ปรากฏการณ์นี้เป็นสิ่งที่ผู้ผลิตใช้ในการออกแบบ ปั๊ม หลายขั้นตอน (ปั๊มที่มีใบพัดมากกว่าหนึ่งใบ) ใบพัดแต่ละใบที่ซ้อนกันจะช่วยเสริมแรงให้ใบพัดใบถัดไปเพื่อเพิ่มแรงดัน ปั๊มบางชนิดอาจมีมากถึง 150 ขั้นตอนหรือมากกว่านั้น เพื่อเพิ่มแรงดันได้สูงถึงหลายร้อยเมตร