NPSHa NPSHr คืออะไร ตัวอย่างการคำนวณ NPSHa และการเผื่อ Margin

ผู้ผลิตปั๊มญี่ปุ่นส่ง Datasheet มาให้ และมีค่าหนึ่งที่เขียนว่า hitsuyo NPSH (NPSH ที่ปั๊มต้องการ) พร้อมกันนั้นแบบฟอร์มสอบถามก็ให้กรอก NPSH ที่ระบบของเราจ่ายให้ปั๊มได้ ถ้าจะตอบ ต้องคำนวณ NPSHa จากถัง ท่อ และของเหลวของเราเอง แล้วตัดสินใจว่าต้องเผื่อ margin เท่าไรจึงพอ

บทความนี้อธิบายความหมายของ NPSH และวิธีคำนวณ NPSHa พร้อมตัวอย่าง 3 แบบ คือ Flooded suction, Suction lift และน้ำอิ่มตัวในถังอัดความดัน จากนั้นสรุปวิธีคิด margin ระหว่าง NPSHa กับ NPSHr แนวทาง ANSI/HI 9.6.1 ของ Hydraulic Institute และสิ่งที่ควรถามผู้ผลิตปั๊ม

NPSH คืออะไร

NPSH ย่อมาจาก Net Positive Suction Head คือค่าที่บอกว่าความดันรวมของของเหลวที่เข้าปั๊มสูงกว่าความดันไอ ณ อุณหภูมินั้นอยู่เท่าไร โดยแสดงเป็นความสูงของของเหลว (เมตร) ความดันรวมในที่นี้รวมทั้งความดันสถิตและความเร็วของการไหล

NPSH เป็นเฮด ไม่ใช่ความดันในหน่วย Pa และไม่ได้หมายถึงแค่ความสูงที่ติดตั้งปั๊ม วิศวกรใช้ค่านี้ประเมินว่าด้านดูดของปั๊มทำให้ของเหลวไม่เดือดภายในปั๊มหรือไม่

ทำไมความดันด้านดูดจึงสำคัญ: คาวิเทชัน

ปั๊มเพิ่มความดันด้านจ่าย แต่ที่บริเวณทางเข้าใบพัด (impeller) ความดันจะลดลงเฉพาะที่ ถ้าความดันตรงนั้นลดลงถึงความดันไอของของเหลว จะเกิดฟองไอ แล้วฟองจะยุบตัวเมื่อไปถึงบริเวณที่ความดันสูงกว่าทางปลายน้ำ

นี่คือคาวิเทชัน (cavitation) เมื่อรุนแรงขึ้นอาจทำให้เกิดเสียงดัง การสั่นสะเทือน สมรรถนะตก และชิ้นส่วนเสียหาย

การที่ปั๊มดูดอากาศจากภายนอกเข้ามา (air entrainment) มีสาเหตุต่างกัน จึงต้องตรวจสอบแยกจากคาวิเทชัน

NPSHa กับ NPSHr

ตอนเลือกปั๊ม ต้องเทียบค่า 2 ค่านี้:

• NPSHa (NPSH available): ค่าที่ระบบ ซึ่งรวมถังและท่อดูด จ่ายให้ปั๊มได้จริง คำนวณจากระดับของเหลว ความดัน อุณหภูมิ และอัตราการไหล ปั๊มตัวเดียวกันจึงได้ NPSHa ไม่เท่ากันเมื่อเงื่อนไขการเดินเครื่องเปลี่ยน เอกสารญี่ปุ่นเรียกว่า yuko suikomi head (หรือ yuko NPSH)
• NPSHr (NPSH required): ค่าที่ผู้ผลิตระบุว่าปั๊มต้องการเพื่อให้ได้สมรรถนะตามที่กำหนด ใช้ได้กับอัตราการไหล ความเร็วรอบ และของเหลวที่ระบุ บางเอกสารเขียนว่า NPSHreq ส่วนเอกสารญี่ปุ่นเรียก hitsuyo suikomi head หรือ hitsuyo NPSH ให้อ่านจากเส้นโค้งสมรรถนะและสเปกของผู้ผลิต

NPSHr ไม่ใช่เลขตายตัวเลขเดียวต่อปั๊มหนึ่งตัว แต่เปลี่ยนไปตามอัตราการไหลและความเร็วรอบ ถ้าดูแค่จุดพิกัด (rated point) อาจทำให้ margin หายไปที่อัตราการไหลสูงหลังสตาร์ท หรือที่จุดทำงานอื่น

ทิศทางทั่วไปง่าย ๆ คือ NPSHa สูงและ NPSHr ต่ำ จะเผื่อ margin ด้านดูดได้ง่ายขึ้น แต่ผลต่างนี้อย่างเดียวไม่ได้กำหนดสมรรถนะด้านจ่ายหรืออัตราการไหลต่ำสุด จึงต้องประเมินร่วมกับช่วงการทำงานของปั๊ม

NPSH3 คืออะไร

NPSH3 เป็นค่าจากการทดสอบ คือ NPSH ที่คาวิเทชันทำให้เฮดรวมของปั๊มลดลง 3% สำหรับปั๊มหลายสเตจ ค่า 3% นี้ใช้กับเฮดของสเตจแรก ไม่ใช่ 3% ของความดันจ่ายของปั๊มทั้งตัว

รูปด้านล่างแสดงแนวคิดของการทดสอบ คือเปลี่ยนเงื่อนไขด้านดูด โดยให้อัตราการไหลและความเร็วรอบคงที่

ผู้ผลิตบางรายระบุ NPSHr เท่ากับ NPSH3 แต่ไม่ควรสรุปว่าสองค่านี้เท่ากันเสมอ บทความของ Hydraulic Institute ลงวันที่ 18 มีนาคม 2025 อธิบายว่า ANSI/HI 9.6.1 ฉบับปี 2024 ใช้ NPSHr ที่ผู้ผลิตระบุเป็นฐานในการคิด NPSH margin และ NPSHr นั้นต้องมากกว่าหรือเท่ากับ NPSH3 ที่ทดสอบได้

วิธีคำนวณ NPSHa

กรณีถังขนาดใหญ่ คำนวณ NPSHa ได้จากความดันที่ผิวของเหลว ผลต่างความสูงถึงปั๊ม และการสูญเสียในท่อดูด วิธีนี้ถือว่าการไหลเป็นของเหลวเฟสเดียวที่คงตัว ความเร็วที่ผิวถังน้อยจนไม่นับ และไม่มีการเติมพลังงานอื่น เช่น ปั๊มเพิ่มแรงดัน ระหว่างทาง

ในสูตรให้ใช้ความดันสัมบูรณ์ (absolute) และแปลงความดันเป็นเฮดด้วยความหนาแน่นของของเหลวที่อุณหภูมิใช้งานจริง ถ้าเริ่มจากความดันเกจ ให้บวกความดันบรรยากาศของสถานที่นั้นก่อน แล้วค่อยลบความดันไอ

สูตรมี 2 แบบ ขึ้นอยู่กับว่าเริ่มคำนวณจากจุดไหน:

เครื่องหมายของค่าความสูงและระดับอ้างอิงของปั๊ม

ความสูง z เป็นบวกเมื่อผิวของเหลวอยู่เหนือระดับอ้างอิง และเป็นลบเมื่ออยู่ต่ำกว่า เครื่องหมายจึงสลับกันระหว่าง Flooded suction กับ Suction lift

ตัวอย่างในบทความนี้ใช้ปั๊มแนวนอน โดยถือกึ่งกลางใบพัดเป็นระดับอ้างอิง ปั๊มแนวตั้งและแบบอื่นใช้ตำแหน่งอ้างอิงต่างออกไป จึงต้องเทียบแบบของเราให้ตรงกับระดับอ้างอิง NPSH (datum) ที่ผู้ผลิตระบุ อย่าเอาความสูงของปั๊มจากพื้น หรือความสูงถึงก้นถัง ไปใช้เป็นผลต่างระดับน้ำ

เฮดสูญเสียต้องรวมอะไรบ้าง

เฮดสูญเสียไม่ได้มีแค่แรงเสียดทานในท่อตรง ต้องรวมการสูญเสียที่ทางเข้า ข้องอ วาล์ว และสเตรนเนอร์ด้วย ค่าเหล่านี้เปลี่ยนตามอัตราการไหลและความหนืด จึงไม่ควรเอาค่าตอนไหลปกติไปใช้กับทุกจุดทำงาน

เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อที่เล็กลงทำให้ความเร็วและการสูญเสียเพิ่มขึ้น ดังนั้น Schedule ของท่อมีผล ให้ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางภายในจริงของท่อที่จะติดตั้งในการคำนวณความเร็วและการสูญเสีย ไม่ใช่ขนาดระบุ

เมื่อแปลงระหว่างความดันกับเฮด อย่าสับสนระหว่างการแปลงแบบ "เมตรน้ำ" ที่ใช้กันทั่วไป กับเฮดของของเหลวจริงที่อุณหภูมิใช้งาน การคำนวณขั้นสุดท้ายต้องใช้ความหนาแน่นจริง

ตัวอย่างการคำนวณ NPSHa

ตัวอย่าง 3 แบบด้านล่างใช้เงื่อนไขสมมติเพื่ออธิบาย คุณสมบัติของน้ำมาจาก IAPWS Industrial Formulation 1997 (IAPWS-IF97) และใช้ g = 9.80665 m/s²

ตัวอย่างที่ 1: Flooded suction (oshikomi)

Flooded suction ภาษาญี่ปุ่นเรียก oshikomi คือถังจ่ายอยู่สูงกว่าระดับอ้างอิงของปั๊ม ความสูงจึงช่วยเพิ่ม NPSHa ในตัวอย่างนี้ ถังเปิดสู่บรรยากาศส่งน้ำ 60°C และระดับน้ำต่ำสุดอยู่สูงกว่าระดับอ้างอิง 3 m

ความดันที่ผิวน้ำเป็น 101.325 kPa สัมบูรณ์ และการสูญเสียในท่อดูดเป็น 1 m น้ำ 60°C มีความดันไอประมาณ 19.946 kPa และความหนาแน่นประมาณ 983.2 kg/m³

ส่วนที่มาจากความดันได้ประมาณ 8.44 m บวกความสูง 3 m แล้วลบการสูญเสีย 1 m จะได้ประมาณ 10.44 m นี่คือ NPSHa ที่ระบบจ่ายให้ ต้องนำไปเทียบแยกต่างหากกับ NPSHr ของปั๊มที่เป็นตัวเลือก ณ อัตราการไหลนี้ บวก margin ที่ต้องการ

ความสูงที่ใช้ได้จริงมาจากผลต่างระหว่างระดับอ้างอิงกับระดับน้ำที่ลดลงระหว่างเดินเครื่อง ไม่ใช่ความสูงที่ติดตั้งถัง ถ้าประเมินแค่ระดับน้ำปกติ margin จริงจะน้อยกว่าที่คำนวณเมื่อปั๊มเดินต่อที่ระดับน้ำต่ำ

ถ้ามี interlock หยุดปั๊มเมื่อระดับน้ำต่ำ ให้รวมค่าที่ตั้งไว้และระดับที่ยังลดลงต่อก่อนปั๊มหยุดจริงเข้าไปด้วย น้ำวนที่ผิวและการดูดอากาศเข้าเพราะน้ำหมุนเป็นปัญหาอีกเรื่องหนึ่ง ค่า NPSHa อย่างเดียวจึงแก้ไม่ได้

อุณหภูมิมีผลมาก ที่ความดันบรรยากาศเท่าเดิม ถ้าน้ำร้อนขึ้นเป็น 80°C ความดันไอเพิ่มเป็นประมาณ 47.415 kPa เมื่อความหนาแน่นประมาณ 971.8 kg/m³ และเงื่อนไขอื่นเท่าเดิม NPSHa จะลดเหลือประมาณ 7.66 m ตัวอย่างเช่น น้ำในระบบหล่อเย็นช่วงหน้าร้อนอาจอุ่นกว่าที่คิดไว้ตอนออกแบบ จึงควรใช้อุณหภูมิสูงสุดที่เกิดขึ้นจริง

ถ้าติดสเตรนเนอร์ที่ทางเข้าเพื่อกันสิ่งแปลกปลอม ให้ประเมินการสูญเสียตอนอุดตันด้วย ไม่ใช่แค่ตอนล้างเสร็จใหม่ ๆ การเลือกขนาดตะแกรงต้องชั่งน้ำหนักระหว่างความสามารถในการดักจับกับความดันตก

ตัวอย่างที่ 2: Suction lift (suiage)

Suction lift ภาษาญี่ปุ่นเรียก suiage คือระดับของเหลวในถังอยู่ต่ำกว่าระดับอ้างอิงของปั๊ม ค่าความสูงจึงเป็นลบ ตัวอย่างนี้ใช้น้ำ 60°C ความดันบรรยากาศ และการสูญเสีย 1 m เท่าเดิม แต่ระดับน้ำต่ำสุดอยู่ต่ำกว่าระดับอ้างอิง 3 m

ลบความสูงดูด 3 m และการสูญเสีย 1 m ออกจากส่วนความดัน 8.44 m จะเหลือประมาณ 4.44 m เพราะผลต่างระดับน้ำเปลี่ยนจาก +3 m เป็น −3 m NPSHa จึงต่ำกว่าตัวอย่างที่ 1 อยู่ 6 m

การดูแค่ความสูงของลำน้ำที่ความดันบรรยากาศรองรับได้ตามทฤษฎี แล้วสรุปว่า "ปั๊มดูดได้สูงเท่านี้" ยังไม่พอ ในทางปฏิบัติต้องหักความดันไอและการสูญเสียในท่อ แล้วยังต้องเหลือ NPSH ที่ปั๊มต้องการบวก margin

ท่อดูดที่ยาวขึ้นหรืออัตราการไหลที่สูงขึ้นทำให้การสูญเสียเพิ่ม และกิน margin ลง ให้เลือกเส้นทางท่อและขนาดท่อโดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วกับความดันตก

แม้ NPSHa ที่คำนวณได้จะพอ ปั๊มอาจส่งน้ำไม่ปกติได้ถ้าเสียน้ำล่อ (priming) หรือดูดอากาศเข้า การดูดขึ้นสูงจึงต้องพึ่งท่อดูดที่ไม่รั่ว และวิธีล่อน้ำของปั๊มตามคู่มือการใช้งาน การล่อน้ำภาษาญี่ปุ่นเรียก yobimizu

เมื่อวัดความดันด้านดู ให้ระวังความต่างระหว่างสเกลสุญญากาศบนเกจวัดสุญญากาศและความดัน (compound gauge, ภาษาญี่ปุ่น rensei-kei) กับความดันสัมบูรณ์ อย่าเอาความดันเกจที่ติดลบไปลบความดันไอตรง ๆ ให้บวกความดันบรรยากาศเพื่อแปลงเป็นความดันสัมบูรณ์ก่อน

ตัวอย่างที่ 3: น้ำอิ่มตัวในถังอัดความดัน

ในถังปิด ความดันที่ผิวของเหลวอาจสูงกว่าความดันบรรยากาศ หรือใกล้สุญญากาศก็ได้ สูตรยังเหมือนเดิม คือหาผลต่างระหว่างความดันสัมบูรณ์ที่ผิวกับความดันไอที่อุณหภูมิของของเหลว

ตัวอย่างนี้ ถังมีความดัน 0.5 MPaG บรรจุน้ำที่อิ่มตัวที่ความดันนั้น และระดับน้ำต่ำสุดอยู่สูงกว่าระดับอ้างอิง 3 m ถ้าความดันบรรยากาศรอบข้างเป็น 0.101325 MPa ความดันสัมบูรณ์ที่ผิวน้ำจะเป็น 0.601325 MPa สเปกญี่ปุ่นมักใส่ตัว "G" ต่อท้ายเพื่อบอกว่าเป็นความดันเกจ เช่น MPaG หรือ kPaG

ที่เงื่อนไขนี้ น้ำอิ่มตัวมีอุณหภูมิประมาณ 158.9°C และความดันไอเท่ากับความดันสัมบูรณ์ที่ผิวคือ 0.601325 MPa ส่วนต่างความดันจึงเป็นศูนย์ NPSHa ขึ้นกับผลต่างระดับน้ำลบเฮดสูญเสียเท่านั้น

ความดันในถังสูง ไม่ได้แปลว่าจะนับทั้งหมดเป็น margin ของ NPSHa ได้ ในสภาพอิ่มตัว เมื่อความดันสูงขึ้นอุณหภูมิก็สูงตาม พจน์ความดันไอจึงเพิ่มขึ้นเท่ากันและหักล้างกันพอดี

ในทางกลับกัน ถ้าอัดความดันด้วยก๊าซเฉื่อยโดยรักษาอุณหภูมิของเหลวให้คงที่ ส่วนต่างจากความดันไอจะเพิ่มขึ้นได้ แต่วิธีนี้เป็นการเปลี่ยนเงื่อนไขของภาชนะรับความดันและกระบวนการ ต้องทบทวนเงื่อนไขการออกแบบและความปลอดภัยก่อนทำ

ในระบบที่ใช้ของเหลวอิ่มตัว ให้ระวังการแฟลชเมื่อความดันตกอย่างรวดเร็ว และการรับ-คายความร้อนในท่อดูดด้วย การที่ความดันที่ผิวกับความดันไอหักล้างกันในสภาวะคงตัว ยังไม่ได้ครอบคลุมช่วงเปลี่ยนผ่านหรือการไหลสองเฟส

ถังสุญญากาศก็คำนวณด้วยความดันสัมบูรณ์เช่นกัน และเมื่อความดันที่ผิวต่ำลง NPSHa จะลดลง ให้แยกคิดระหว่างอุปกรณ์ที่ดูดสุญญากาศกับปั๊มที่ส่งของเหลว ซึ่งทำหน้าที่ต่างกัน

เปรียบเทียบตัวอย่างทั้ง 3 แบบ

ตารางนี้แสดงว่าแต่ละพจน์ของสูตรทำงานอย่างไรในตัวอย่างทั้ง 3 แบบ

ตรวจสอบ NPSHa ย้อนกลับจากค่าที่เกจด้านดูดอ่านได้

ถ้าจะหา NPSHa จากความดันที่วัดที่ทางเข้าปั๊ม ให้บวกเฮดความเร็วเข้ากับความดันสถิตที่เกจอ่านได้ ต่างจากวิธีเริ่มจากผิวถัง คือไม่ต้องลบการสูญเสียในท่อก่อนถึงเกจซ้ำอีก

สมมติน้ำ 60°C เกจที่ทางเข้า ซึ่งสูงเท่าระดับอ้างอิง อ่านได้ −20 kPa และความเร็วที่ทางเข้า 2 m/s ถ้าความดันบรรยากาศ 101.325 kPa ความดันสัมบูรณ์ที่ทางเข้าคือ 81.325 kPa แล้วลบความดันไอ 19.946 kPa

แม้ความดันเกจเป็นลบ ความดันสัมบูรณ์ยังเป็นบวก และ NPSHa คำนวณได้ประมาณ 6.57 m การที่เกจชี้ค่าสุญญากาศอย่างเดียวบอกไม่ได้ว่าปั๊มเดินได้หรือไม่ ให้เทียบค่านี้กับ NPSHr และเงื่อนไข margin ของผู้ผลิต

ถ้าเกจอยู่สูงกว่าระดับอ้างอิง ให้บวกความสูงนั้น ถ้าต่ำกว่าให้ลบ ให้ลบการสูญเสียระหว่างเกจกับทางเข้าปั๊มเฉพาะเมื่อวัดที่ต้นน้ำของทางเข้า การสูญเสียก่อนถึงเกจรวมอยู่ในค่าที่อ่านแล้ว

NPSHa กับ NPSHr: วิธีคิด margin

หลักพื้นฐานคือ NPSHa ต้องสูงกว่า NPSHr และต้องเผื่อ margin เพิ่มให้เหมาะกับงาน Hydraulic Institute เรียกผลต่างของสองค่านี้ว่า NPSH margin

ANSI/HI 9.6.1 ครอบคลุมอะไร

ANSI/HI 9.6.1 Rotodynamic Pumps Guideline for NPSH Margin เป็นแนวทางของ Hydraulic Institute เรื่องนี้ ฉบับปี 2024 มาแทนฉบับปี 2017 บทสรุปที่ Hydraulic Institute เผยแพร่ยืนยันประเด็นต่อไปนี้:

• ฉบับปี 2024 กำหนด margin จาก NPSHr ที่ผู้ผลิตระบุ แทน NPSH3 ส่วนหนึ่งเพราะผู้ผลิตบางรายไม่ได้เผยแพร่ NPSH3 โดย NPSHr ต้องมากกว่าหรือเท่ากับ NPSH3 ที่ทดสอบ
• margin ที่แนะนำขึ้นกับกลุ่มตลาดและการใช้งาน แนวทางนี้ยังระบุปัจจัยที่ต้องพิจารณา เช่น ของเหลว (อุณหภูมิ ก๊าซละลาย ของแข็ง) แบบปั๊ม ความเร็วรอบ การสึกหรอ ช่วงการทำงาน สภาวะทางเข้า ช่วงเปลี่ยนผ่าน การไหลย้อนกลับ และการเดินขนาน
• ปั๊มที่เดินใน preferred operating region (POR) รอบจุดประสิทธิภาพสูงสุด ต้องการ margin น้อยกว่าปั๊มที่เดินใน allowable operating region (AOR) ซึ่งกว้างกว่า
• ให้ใช้ NPSHa ต่ำสุดของระบบในการวิเคราะห์ และทบทวน NPSHa กับ NPSHr ตลอดช่วงการทำงาน

ค่า margin ที่เป็นตัวเลขอยู่ในตัวมาตรฐานเอง ซึ่งเป็นเอกสารที่ต้องซื้อ บทความนี้จึงไม่ยกตัวเลขมา ให้ดูค่าที่ใช้ได้จากมาตรฐาน หรือยืนยันกับซัพพลายเออร์ปั๊ม

Margin เป็นผลต่างหรืออัตราส่วน

margin ระบุได้เป็นผลต่าง (NPSHa − NPSHr หน่วยเมตร) หรืออัตราส่วน (NPSHa ÷ NPSHr) margin เป็นเมตรกับ margin เป็นอัตราส่วนเป็นเกณฑ์คนละแบบ ให้ยืนยันว่าผู้ผลิตหรือสเปกโครงการของเราใช้แบบไหน และยืนยันด้วยว่าฐานเปรียบเทียบคือ NPSHr หรือ NPSH3

อย่ากำหนด margin เป็นเมตรค่าเดียวใช้กับปั๊มทุกตัว ให้ตกลงกับผู้ผลิตตามของเหลว ช่วงการทำงาน และความน่าเชื่อถือที่ต้องการ

หาเงื่อนไขที่แย่ที่สุดตลอดช่วงการทำงาน

อย่าตรวจแค่จุดทำงานปกติจุดเดียว ให้ไล่ชุดค่าผสมของระดับน้ำ อุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหลที่เกิดขึ้นจริง ระดับน้ำต่ำสุด อุณหภูมิสูงสุด ความดันที่ผิวต่ำสุด และการสูญเสียในท่อสูงสุด ล้วนดึง NPSHa ลง

ค่าสุดขั้วทุกตัวไม่จำเป็นต้องเกิดพร้อมกัน จึงควรใช้กระบวนการผลิตและตรรกะการควบคุมเพื่อหาชุดค่าผสมที่เป็นไปได้จริง การแยกสถานะเป็นเดินปกติ สตาร์ท หยุด ล้างทำความสะอาด และสลับแหล่งจ่าย ช่วยให้เจอเงื่อนไขที่อาจตกหล่น

เงื่อนไขอื่นที่เปลี่ยนภาพได้ มีดังนี้:

• ปั๊มหลายตัวใช้ท่อดูดร่วมกัน: อัตราการไหลรวมในท่อร่วมเปลี่ยนไปเมื่อปั๊มสตาร์ทและหยุด ให้จับคู่อัตราการไหลที่ปั๊มแต่ละตัวรับกับการสูญเสียในท่อร่วม
• เดินที่ความเร็วรอบสูงขึ้น: NPSHr ของปั๊มเปลี่ยนไปพร้อมอัตราการไหล จึงอย่าใช้ค่าของความเร็วรอบเดิม ให้ประเมินกำลังและเงื่อนไขด้านดูดไปด้วยกัน
• ของเหลวหนืด: การสูญเสียในท่อดูดและสมรรถนะปั๊มเปลี่ยน ข้อมูลที่เลือกปั๊มสำหรับน้ำอาจนำมาใช้ตรง ๆ ไม่ได้ ให้ระบุอุณหภูมิและคุณสมบัติของของเหลวในสเปก
• ของเหลวอื่นที่ไม่ใช่น้ำ หรือของเหลวผสม: อย่าใช้ตารางความดันไอและความหนาแน่นของน้ำ ให้กำหนดองค์ประกอบ ความเข้มข้น และอุณหภูมิใช้งาน แล้วผูกข้อมูลคุณสมบัติจากผู้จำหน่ายกับเงื่อนไขการใช้งานของผู้ผลิตปั๊มเข้ากับตารางคำนวณ
• มีก๊าซละลายหรือก๊าซปน: การคำนวณ NPSH ที่ถือว่าเป็นของเหลวเฟสเดียวอาจอธิบายพฤติกรรมของปั๊มไม่ได้ ให้ระบุแหล่งก๊าซและการแยกก๊าซไว้ในสเปก และอย่าสับสนระหว่างคาวิเทชันกับการดูดก๊าซเข้า

เมื่อ margin ไม่พอ

ให้เปรียบเทียบทางเลือก เช่น ลดตำแหน่งติดตั้งปั๊ม รักษาระดับน้ำให้สูง และลดการสูญเสียในท่อดูด การเปลี่ยนอุณหภูมิของเหลวหรือความดันภาชนะกระทบกระบวนการผลิตด้วย จึงควรเลือกตามเงื่อนไขของโรงงาน ไม่ใช่เลือกตัวที่ทำให้ตัวเลขสูงขึ้นมากที่สุด

อย่าแก้ปัญหาแบบเฉพาะหน้า เช่น ถอดสเตรนเนอร์ ลดค่าตั้งการป้องกัน หรือหรี่วาล์วดูด ให้แก้ตามสาเหตุที่แท้จริงและเงื่อนไขการเดินเครื่องของผู้ผลิต โดยยังคงการป้องกันและอัตราการไหลต่ำสุดที่จำเป็นไว้

เมื่อค่าที่วัดกับค่าที่คำนวณไม่ตรงกัน

ให้ตรวจตามลำดับนี้:

1. บันทึกทุกค่าในเวลาเดียวกัน: ค่าศูนย์ของเกจ ความสูงที่ติดตั้งเกจ อุณหภูมิของเหลว อัตราการไหล และระดับน้ำในถัง ถ้าเอาระดับน้ำต่ำสุดจากช่วงหนึ่งไปผสมกับความดันปกติจากอีกช่วงหนึ่ง จะได้เงื่อนไขที่ไม่เคยเกิดขึ้นจริง
2. เทียบทั้งสองวิธีที่ระดับอ้างอิงเดียวกัน: ค่าจากความดันสถิตที่ทางเข้า กับค่าจากผิวถังหักการสูญเสีย เมื่อเฮดความเร็ว การแก้ค่าความสูง และหน่วยความดันตรงกันแล้ว ทั้งสองวิธีควรอธิบายเงื่อนไขด้านดูดเดียวกัน
3. ถ้าผลต่างยังมาก ให้ตรวจทีละรายการ: สถานะวาล์ว สเตรนเนอร์อุดตัน เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อจริง และความคลาดเคลื่อนของเครื่องมือวัด อย่าด่วนฟันธงสาเหตุเดียวขณะที่ปั๊มยังเดินอยู่ และเมื่อผิดปกติให้หยุดหรือตัดแยกตามขั้นตอนของโรงงาน
4. เก็บค่าตอนปกติไว้: หลังตรวจสอบ ให้บันทึกความดันและความดันต่างตอนปกติไว้ เพื่อเทียบการเปลี่ยนแปลงที่อัตราการไหลและอุณหภูมิเดียวกันในภายหลัง

เมื่อดัดแปลงท่อเดิม ให้ตรวจพื้นที่การไหลที่แคบลงจากสนิมหรือคราบสะสม และการเปลี่ยนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในหลังเปลี่ยนท่อ การกัดกร่อนและการเคลือบผิวภายในก็ส่งผลต่อการดูแลรักษาท่อดูดในระยะยาวเช่นกัน

Checklist และตัวอย่างอีเมลสอบถาม

ใช้รายการด้านล่างตอนทำตารางคำนวณ NPSH หรือทบทวนข้อเสนอปั๊มจากซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น เงื่อนไขที่ยังไม่ทราบตอนขอใบเสนอราคา ให้เก็บไว้เป็นรายการที่ต้องยืนยัน อย่าแก้ด้วยการเผื่อ margin ให้มากไว้ก่อน การกำหนดค่า เช่น อุณหภูมิของเหลวสูงสุดและความดันต่างที่ยอมให้ของสเตรนเนอร์ ช่วยหลีกเลี่ยงทั้งอุปกรณ์ใหญ่เกินจำเป็นและ margin ที่ไม่พอ

Checklist ตารางคำนวณ NPSH

• หนึ่งแถวต่อหนึ่งสถานะการเดินเครื่อง (ปกติ สตาร์ท หยุด ล้างทำความสะอาด สลับระบบ อัตราการไหลสูงสุด) โดยใส่อัตราการไหล ระดับน้ำ อุณหภูมิ ความดัน การสูญเสีย และ NPSHa ไว้ในแถวเดียวกัน
• ใส่ NPSHr และ margin ที่ต้องการของสถานะเดียวกันไว้ทางขวาของ NPSHa
• แปลงความดันเป็นความดันสัมบูรณ์ และแก้ค่าความดันเกจด้วยความดันบรรยากาศของสถานที่จริง
• ใช้ความดันไอและความหนาแน่นของของเหลวจริงที่อุณหภูมิของแต่ละสถานะ รวมถึงอุณหภูมิสูงสุด
• วัดความสูงจากระดับน้ำใช้งานต่ำสุด (รวมระดับที่ลดต่อก่อนหยุดด้วยสวิตช์ระดับต่ำ) ถึงระดับอ้างอิง NPSH ที่ผู้ผลิตกำหนด
• เฮดสูญเสียต้องรวมทางเข้า ข้องอ วาล์ว และสเตรนเนอร์ที่อุดตัน โดยคำนวณที่แต่ละอัตราการไหลด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อจริง
• ใช้เส้นโค้งปั๊มที่ตรงกับความเร็วรอบ ใบพัด และของเหลวจริง ไม่ใช่ดูแค่ชื่อรุ่น
• บันทึกฐานของ margin ว่าเป็นผลต่างหรืออัตราส่วน และใช้ NPSHr หรือ NPSH3 เป็นฐาน
• เขียนทั้งวิธีทดสอบ (จากมาตรฐานหรือแนวทางที่ใช้) และเงื่อนไขการเดินเครื่องหลังติดตั้งไว้ในสเปก ถ้าซัพพลายเออร์ให้ผลทดสอบ NPSH3 ให้ระบุให้ชัดว่าใช้เป็น NPSH ที่ต้องการภายใต้เงื่อนไขใด และจะเพิ่ม margin เท่าไร
• ตรวจว่าความดันและระดับน้ำที่ผันผวนหลังสลับระบบอยู่ในช่วงที่วางแผนไว้หรือไม่ โดยประเมินสภาวะคงตัวกับช่วงเปลี่ยนผ่านแยกกัน
• ส่งต่อเงื่อนไขการเลือกปั๊มไปยังขั้นตอนการเดินเครื่องและค่าตั้งหยุด
• เก็บ NPSHa ต่ำสุดกับ NPSHr สูงสุดเป็นคู่ที่จุดทำงานเดียวกัน ไม่ใช่หาค่าสุดขั้วแยกกันอย่างเดียว
• ค่าตั้งสัญญาณเตือนระดับต่ำและอุณหภูมิสูงต้องย้อนไปถึงแถวคำนวณที่มันป้องกันอยู่ เพื่อให้ทบทวนได้เมื่อท่อหรือของเหลวเปลี่ยน

คำถามสำหรับซัพพลายเออร์ปั๊ม

• ค่า hitsuyo NPSH (NPSHr) ที่ระบุเป็น NPSH3 ที่ทดสอบจริง หรือเป็นค่าที่บวก margin ไว้แล้ว
• ขอเส้นโค้ง NPSHr ตลอดช่วงอัตราการไหล ที่ความเร็วรอบและเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดจริงของเราได้หรือไม่
• สำหรับงานและช่วงการทำงานนี้ แนะนำ margin เท่าไร และใช้เกณฑ์อะไร (ผลต่างหรืออัตราส่วน มาตรฐานและฉบับไหน)
• ระดับอ้างอิง NPSH ของปั๊มนี้อยู่ที่ไหน (กึ่งกลางใบพัด หน้าแปลนดูด หรือจุดอื่น) และอยู่ที่ระดับความสูงเท่าไรในแบบ Outline Drawing
• อัตราการไหลต่อเนื่องต่ำสุดเท่าไร และ NPSHr เพิ่มขึ้นที่อัตราการไหลต่ำหรือไม่
• กรณี Suction lift: ระบุวิธีล่อน้ำแบบใด และท่อดูดต้องไม่รั่วในระดับไหน
• กรณีของเหลวอื่นที่ไม่ใช่น้ำ: ใช้ข้อมูลคุณสมบัติจากแหล่งใด และมีข้อจำกัดการใช้งานเรื่องความหนืด ก๊าซละลาย หรือของแข็งหรือไม่

ตัวอย่างอีเมลสอบถาม (ภาษาอังกฤษ)

ตัวอย่างนี้เขียนเป็นภาษาอังกฤษเพื่อส่งถึงผู้ผลิตหรือซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น ให้แก้ข้อความในวงเล็บเหลี่ยมก่อนส่ง

ขอบเขตที่บทความนี้ไม่ครอบคลุม

• การคำนวณถือว่าเป็นการไหลของเหลวเฟสเดียวที่คงตัว ช่วงเปลี่ยนผ่าน เช่น ความดันตกกะทันหัน การแฟลช และการไหลสองเฟส ต้องประเมินแยกต่างหาก
• ตัวอย่างทั้ง 3 แบบใช้ค่าสมมติของน้ำ งานจริงต้องใช้คุณสมบัติของของเหลวจริง การสูญเสียในท่อจริง และข้อมูลจากผู้ผลิต
• บทความนี้ไม่ให้ค่า margin ที่แนะนำ เพราะขึ้นกับงาน ปั๊ม และมาตรฐานหรือสเปกโครงการที่ใช้ ซึ่งซัพพลายเออร์ปั๊มหรือวิศวกรผู้รับผิดชอบเป็นผู้กำหนด
• ปั๊มแนวตั้งและแบบอื่นกำหนด datum ต่างกัน ให้ใช้ datum ที่ผู้ผลิตระบุเสมอ
• การทดสอบปั๊มตามมาตรฐาน เช่น ISO 9906 หรือ JIS B 8301 ให้ถามผู้ผลิตว่าอ้างอิงมาตรฐานและฉบับใด และควรยืนยันฉบับล่าสุดก่อนระบุในสเปก บทความนี้ไม่ได้เทียบข้อกำหนดของ มอก. (TIS) กับ JIS
• การอัดความดันภาชนะด้วยก๊าซเฉื่อยต้องทบทวนเงื่อนไขการออกแบบและความปลอดภัยของอุปกรณ์ และการเปลี่ยนอุณหภูมิของเหลวหรือความดันภาชนะกระทบกระบวนการผลิต บทความนี้บอกสิ่งที่ต้องตรวจสอบ ไม่ใช่วิธีลงมือทำ

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ต้องคำนวณ NPSHa หรือ NPSHr

เราคำนวณ NPSHa ของระบบเองจากระดับน้ำ ความดัน อุณหภูมิ และการสูญเสียในท่อ ส่วน NPSHr อ่านจากข้อมูลของผู้ผลิต ให้เทียบสองค่านี้ที่อัตราการไหลและความเร็วรอบเดียวกัน แล้วบวก margin ที่งานต้องการ

NPSHr กับ NPSH3 เหมือนกันหรือไม่

ไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน NPSH3 เป็นค่าทดสอบที่เฮดลดลง 3% ส่วน NPSHr เป็นค่าที่ผู้ผลิตระบุว่าปั๊มต้องการเพื่อให้ได้สมรรถนะตามกำหนด เอกสารบางฉบับให้เป็นตัวเลขเดียวกัน แต่ควรดูเกณฑ์ตัดสินในสเปกก่อนถือว่าเท่ากัน

ถ้า NPSHa เป็นบวก ปั๊มจะเดินได้หรือไม่

แค่เป็นบวกยังไม่พอ NPSHa ต้องสูงกว่า NPSHr ที่จุดทำงานนั้น บวก margin ที่ต้องการ และปั๊มต้องเป็นไปตามเงื่อนไขอื่นด้วย เช่น อัตราการไหลต่ำสุด การล่อน้ำ และไม่ให้อากาศเข้า

อัดความดันถังน้ำอิ่มตัวแล้ว NPSH margin จะเพิ่มหรือไม่

ถ้าน้ำยังอิ่มตัวที่ความดันใหม่ ความดันที่ผิวกับความดันไอยังหักล้างกัน การอัดความดันโดยคงอุณหภูมิไว้เป็นอีกกรณีหนึ่งที่พฤติกรรมต่างกัน จึงต้องกำหนดคู่อุณหภูมิกับความดันที่แน่นอนก่อนประเมิน

NPSH margin เท่าไรจึงพอ

ขึ้นกับของเหลว ปั๊ม ช่วงการทำงาน และความน่าเชื่อถือที่งานต้องการ ให้ใช้ margin ที่ผู้ผลิตกำหนดและแนวทางที่ใช้ เช่น ANSI/HI 9.6.1 และตรวจว่าเพียงพอที่เงื่อนไขการเดินเครื่องที่หนักที่สุด

แหล่งอ้างอิง

• พื้นฐานคาวิเทชันของปั๊ม (ความดันรวมกับความดันไอ เฮดที่ลดลง ฐานของสเตจแรก): Ebara Corporation, "ความรู้พื้นฐานเรื่องคาวิเทชันของปั๊ม ตอนที่ 1" (ภาษาญี่ปุ่น)
• จุดอ้างอิง NPSH สูตร การสูญเสีย และเกณฑ์ทดสอบ: KSB, "NPSH," Centrifugal Pump Lexicon
• ANSI/HI 9.6.1 ฉบับปี 2024 และ margin ที่ใช้ NPSHr เป็นฐาน: Hydraulic Institute, "Understanding the 2024 Updates to ANSI/HI 9.6.1"
• NPSH3, POR และ AOR: Hydraulic Institute, "Reliability Basics: Understanding NPSH, POR, and AOR"
• ความดันบรรยากาศ ความสูง การสูญเสีย และความดันไอ: Grundfos, เอกสารอบรม "Pump Hydraulics"
• คุณสมบัติของน้ำอิ่มตัว: IAPWS, Industrial Formulation 1997 (IAPWS-IF97)