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機械工業雜誌

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摘要

淨正吸揚程(NPSH)是評估水泵抗汽蝕性能的關鍵指標,對於確保水泵正常運行具有重要意義。本文介紹常見的NPSH測試方法,並依據測試技術比較分析後,選定閉迴路安排的汽蝕試驗方法,設計並建置了一套具備自動化精準控制能力的NPSH測試系統。系統採用閉迴路設計,透過客製化系統設計與核心組件開發,輔以電腦監控設備進行自動化操作與數據擷取,確保測試的精確性與穩定性。核心組件包括密閉水槽、流量計、整流元件、流量調控閥及水溫控制設備,須適當選擇並設計,以確保NPSH測試結果的可靠性。本研究開發之測試技術已獲國內水泵製造業者採用,並投入實際應用,可提高水泵性能評估的準確度及研發效能。

Abstract

Net Positive Suction Head (NPSH) is a critical parameter for evaluating the cavitation resistance of water pumps, essential for their proper operation. This study presents the design and development of an automated NPSH testing system based on the Vacuum Suppression Method. The research includes a comparative analysis of testing techniques, system design, and the development of key components. The system adopts a closed-loop design and utilizes a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system for automated operation and data acquisition, ensuring high precision and stability. Key components include a sealed water tank, flow meters, flow straighteners, flow control valves, and a water temperature regulation system to enhance measurement accuracy. The proposed testing technology has been adopted by domestic water pump manufacturers and implemented in practical applications, improving the precision of pump performance evaluation and enhancing R&D efficiency.

前言

近年來,國內水泵業者在研發高效率產品的同時,關注到水泵吸入側管路與水泵匹配不當、以及未充分考量到大氣壓力、水溫和液體的飽和蒸汽壓力等變化時,就有可能會發生汽蝕現象,不但對水泵本體結構造成危害,也可能導致受損後的水泵其性能與效率皆變差,因此國內水泵廠開始注重汽蝕試驗,了解水泵的淨正吸揚程(Net Positive Suction Head, NPSH)特性曲線。水泵的NPSH特性曲線是評估水泵抗汽蝕性能的關鍵指標,用於評估水泵將水從低點輸送到較高點的性能,計算方法是就泵的吸入側壓力與避免水體汽化所需的壓力進行比較。在水泵測試中,NPSH測試系統主要用於確定水泵的所需淨正吸揚程(Required NPSH, NPSHR),即發生汽蝕時的最低吸入側壓力要求。本文分成三個部分,第一部分為介紹現有NPSH的測試技術以及操作模式,並針對各測試技術進行比較分析;接著依據現有NPSH測試方法,選擇閉迴路管路設計,研製一套具有電腦自動化精準調控能力之水泵NPSH性能測試設備,並於本文第二和第三部分分別說明系統設計和核心組件設計的相關技術;最後是展示客製化開發的水泵NPSH測試專用監控軟體。
 

淨正吸揚程測試技術研究

1.NPSH試驗類型
在CNS 16017:2017測試標準中,將NPSH試驗類型分為四類,說明如下。
(1)第I型試驗:多個流率的NPSH3之決定
 在此試驗中,NPSH被逐漸降低,直至在恆定流率下,總揚程下降率達3 %為止。此時的NPSH值為NPSH3。在容許的操作範圍內,應評估至少4個不同適當間隔的流率。
(2)第II型試驗:單一流率的NPSH3之決定
  在此試驗中,NPSH被逐漸降低,直至在恆定流率下,總揚程下降率達3 %為止。此時的NPSH值為  NPSH3。
(3)第III型試驗:在指定的可用淨正吸揚程(Available NPSH, NPSHA)下汽蝕對性能上有限影響的查證
在規定的NPSHA下進行查證,以展現泵的液壓性能,不受汽蝕影響導致總揚程下降超過3 %。
(4)第IV型試驗:在規定的NPSHA下保證特性之查證
在規定流率與指定NPSHA下,若依CNS 16017:2017測試標準獲得保證泵的總揚程與功率時,此泵符合要求。
 
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