Centrifugal Pumps Basics
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This report provides detailed information on pump performance, suction capabilities, viscosity effects, operation at off-design conditions, and energy conservation
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-
' - - < ' '
C e n t r i f u g a l
- p u l t p s
a n d
s y s t e n h y d r a l r l c s
C e n t r i f u g a l p u m p s a n d t h e i r
a s s o c i a t e d
l i q u i d
s y s t e m s
a r e p e r v a s i v e
i n
t h e
c h e m i c a l
p r o c e s s
i n d u s t r i e s . T h i s r e p o r t
p r o v i d e s
d e t a i l e d
i n f o r m a t i o n
o n p u m p p e r f o r m a n c e ,
s u c t i o n
c a p a b i l i t i e s ,
v i s c o s i t y
e f r e c t s , o p e r a t i o n a t
o f f - d e s i g n
c o n d i t i o n s ,
a n d e n e r g - y
c o n s e r y a t i o n .
* 5 9 . 0 2
b a r
I g o r
J .
K a r a s s i k , W o r t h i n g t o n
D i . , M c G r a z , - E d i s o n C a
!
L , l o s t p r o c e s s e s
i n t h e
c h e m i c a l p r o c e s s i n d u s t r i e s
( c e )
i n v o l v e
t h e t r a n s p o r t a t i o n
o f
l i q u i d s ,
o r t h e i r
t r a n s t ' e r
f r o m o n e
l e v e l o f p r e s s u r e
o r s t a t i c e n e r g y
t o
a n o _ h e r .
T h e p - m p
i s t h e m e c h a n i c a l
m e a n s f o r a c h i e v i n g
t h i s
t r a n s p o r t
o r t : , a n s f e r .
a n d t h u s b e c o m e s
a n e s s e n t i a l
p a r t
o f a l l p r o c e s s e s . I n
t u r n ,
t h e
g r o w t h
a n d
d e v e l o p m e n t
o f
s u c h p r o c e s s e s
a r e l i n k e d
t o t h e i m p r o v e m e n t
o f p u m p -
n g
e q u i p m e n t a n d
t o a
b e t t e r
u n d e r s t a n d n g
o f h o w
p u r n p s w o r k
a n d h o w t h e y
s h o u l d
b e a p p l i e d .
T h e
c e n t r i f u g a l
p u m p
a c c o u n t s f o r
n o t l e s s
t h a n B 0 %
o f t h e t o t a l p u m p p r o d u c t i o n
i n t h e w o r l d
b e c a u s e i t i s
m o r e
s u i t a b l e f o r h a n d l i n g l a r g e
c a p a c i t i e s
o f l i q u i d s
t h a n
t h e p o s i t i v e - d i s p l a c e m e n t
p u m p .
F o r t h i s r e a s o n ,
v e
w i l l
e x a m i n e
t h e c e n t r i f u g a l
p u m p e x c l u s i v e l y
i n
t h i s
a r t i c l e , a n d s p e c i f i c a l l y t r y
f o r a
b e t t e r u n d e r s t a n d _
i n g
o f
c e n t r i f u g a l - p u m p a n d s y s t e m
h y d r a u l i c s .
H e a d a n d
s y s t e m - h e a d
c u r v e s
P u m p i n g i s t h e a d d i t i o n
o f k i n e t i c a n d
p o t e n t i a l
e n -
e r g y t o
a l q u d f o r t h e
p u r p o s e o f m o v n g
t f r o m
o n e
p o i n t
t o a n o t h e r . T h i s e n e r g - y w i i l
c a u s e t h e
l i q u i d t o
d o
, o r k ,
s u c } r a s i l o w i n g
t h r o u g h
a p i p e l i n e
o r r i s i n s
t o a
h i g h e r
l e v e l .
A
c e n t r i f u g a l p u r p
t r a n s f o r m s
m e c h a n i c a l
e n e I g - y
f r o m
a r o t a t i n g i m p e l l e r
i n t o t h e
k i n e t i c
a n c i p o t e n t i a l
e n e r g y
r e q u i r e d . A l t h o u g h
t h e
c e n t r i f u g a l
f o r c e
d e v e l -
o p e d d e p e n d s o n b o t h
1 t h e
p e r i p h e r a i s p e e d o f t h e i m -
p e l l e r a n d
t h e
c i e n s i t y
o f
t h e l i q u i d ,
t h e a m o u n t o f e n -
e r g y
i m p a r t e d
p e r
p o u n d
o f l i q u i d i s i n d e p e n d e n t o f t h e
d e n s i t y o f t } e l i q u i d .
T \ e r e f o r e ,
f o r a g i v e n p u m p o p e r -
a t i n g
a t
a c e r t a i n s p e e d ;
a n d
h a n d l i n g a d e f i n i t e
v o l u m e
o f
l i g u i d ,
t h e e n e r g y
a p p l i e d
a n d t r a n s f e r r e d t o t h e l i q -
u i d ( i n
f t - l b l l b o f l i q u i d ) i s t h e
s a m e f o r a n y
i i q u i d ,
r e g a r d l e s s
o f t h e
d e n s i t y .
( T h e o n l y
q u a l i f i c a t i o n t o t h i s
s t a t e m e n t
i s
t h A t
t h e
v i s c o s i t v
o f t h e
l i q u i d
d o e s a f f e c t
t h i s e n e r g , y , a s w e s h a i l ' s e e
l a t e r . )
T h e p u m p
h e a d
o r
e n e r g y i n f t - l b / l b
m u s t ,
i h e r e f o r e ,
b e e x p r e s s e d
i n f e e t .
W i t h i n t h e p u m p i n g s y s t e m i t s e l f , w e m u s t r e n e m b e r
t h a t
( 1 )
h e a d
c a n b e
m e a s u r e d i n v a r i o u s
u n i t s , s u c h a s
f t
o f
l i q u i d ,
p r e s s u r e i n p s i , i n . o f m e r c u r y ,
e t c . ;
( 2 ) p r e s -
s u r e s a n d h e a d
r e a d i n
c a n b e
i n
g a g e
o r a b s o l u t e u n i t s
( t h e
d i f f e r e n c e b e t e e n
g a g e a n d a b s o l u t e
u n i t s i s a f -
f e c t e d
b y t h e e x i s t i n g . a t m o s p h e r i c
p r e s s u r e a n d t h e r e _
f o r e
b y t h e a i t i t u d e ) ;
a d
( 3 )
t h e p r e s s u r e a t a n y p o i n t
i n
a s y s t e m h a n d l i n g l i q u i d s m u s t
n e v e r b e p e r m i t t e d t o
f a l l
b e i o w e v a p o r
p r e s u r e
o f t h e l i q u i d .
A c o l u m n
o f c o l d
w a t e r 2 . 3 1 f t
h i g h
w i l l
p r o d u c e a
p r e s s u . r e o f 1
p s i a t
i t s
b a s e .
T h u s ,
f o r
w a t e r
a t o r d i n a r y
a m b i e n t
t e m p e r a t u r e s ,
a n y
p r e s u r e
c a l c u l a t e d i n
p o u n d s
p e r s q u a r e i n c h
c a n b e c o n v e r t e d i n t o a n e q r i v -
a i e n t h e a d i n
f e e t o f w a t e r
b y
m u i t i p t y i n g
b y 2 . 3 1 . F o r
l i q u i d s
o t h e r
t h a n c o l d w a t e r ,
t h e c o i u m n o f
l i q u i d
e q u i v a l e n t
t o
1
p s i p r e s u r e
c a n b e c a l c u l a t e d
b y d i v i d -
i n g 2 . 3 1
b y t h e s p e c i f i c
g r a v i t y o f t h e l i q u i d . T h e
e f f e c t
R e p i n t e d
f r o m
G H E M C A L
E N G N E E R i N G , o c t . 4 , 1 9 8 2 .
c o p y r i g h t
@
1 9 8 2
b y M c c a w _ H i l l
l n c .
1 2 2 1
A v e n u e
o f t h e
A m e r i c a s , N e w Y o r k ,
N . Y . 1 0 0 2 0
c
Y
-
G a s o i i n e
( s p .
g r .
=
0 . 7 5 )
M e r c u
r y
( s p .
g r .
=
1 3 . 6 )
o f
s p e c i f i c
g l a v i t y o n t h e h e i g h t o f a c o l u m n o f
v a r i o u s
l i q u i d s f o r e q u a l p r e s s u r e s
i s i i l u s t r a t e d i n F i g .
1 .
F o r -
m u l a s t b r
t h e c o n v e r s o n
o f p r e s s u r e a n d h e a d d a t a
a r e
g i v e n
i n T a b l e I .
F i g .
2 i i l u s t r a t e s t h e
r e l a t i o n s h i p b e f i v e e n g a g e - a n d
a b s o l u t e - p r e s s u r e r e a d i n g s . W h i l e
i t i s
u s u a l l y
f e a s i b l e
t o
w o r k
i n t e r m s o f g a g e p r e s s u r e ,
a
c o m p l i c a t e d
p r o b -
\ _
m c a n o c c a s i o n a i l y b e c l a r i f i e d b y
w o r k i n g e n t i r e l y i n
- t e r m s
o I a b s o l u t e
p r e s s u r e .
S y s t e m h e a d
I n s t r c t t e r m s ,
a p u m p
c a n
o n l y o p e r a t e
w t h n a
s y s t e m . T o
d e i i v e r
a g i v e n
v o l u m e
o f
l i q u i d t h r o u g h
t h a t s y t e m , a
p u m p m u s t m p a r t e n e r g , y t o t h e
l q u d ,
m a d e
u p
o f t h e f o l l o w i n g c o m p o n e n t s :
l
s t a t i c h e a d ^
D i f f e r e n c e i n p r e s s u r e s o n l i q u i d s u r f a c e s .
F r i c t i o n h e a d .
I
E n t r a n c e
a n d e x i t
l o s s e s .
s t a t i c h e a d
T h e
s t a t i c h e a d r e f e r s t o
a d i f f e r e n c e i n
e i e v a t i o n .
T h u s ,
t h e
" t o t a l
s t a t i c h e a d "
o f a s y s t e m i s t h e
d i f f e r -
e n c e i n
e l e v a t i o n
b e t w e e n t h e i i q u i d
l e v e l s a t t h e d i s -
c h a r g e
a n d
t h e
s u c t i o n
p o i n t s
o f t h e p u m p ( F i g .
3 ) . T h e
" s t a t i c d i s c h a r g e
h e a d " i s
t h e
d i f f e r e n c e i n
e l e v a t i o n
b e t w e e n
t h e
d i s c h a r g e t i q u i d
l e v e l
a n d t h e p u m p
c e n -
t e r l i n e .
T h e
" s t a t i c
s u c t i o n
h e a d " i s
t h e d i f f e r e n c e i n
e l e v a t i o n
b e t w e e n
t h e s u c t i o n l i q u i d
l e v e l
a n d
t h e
P u m P
c e n t e r i i n e .
I f
t h e s t a t i c
s u c t i o n h e a d
h a s a n e g a -
t i v e v a l u e
b e c a u s e
t h e s u c t i o n l i q u i d l e v e i
i s
b e l o w t h e
H o t w a t e r ,
4 5 o " F
\ 2 3 2 . 2 " c l
( s p .
g r .
= 0 . 8 2 2 )
p u m p c e n t e r l i n e , i t i s u s u a l l y s p o k e n o f a s a
" s t a t i c
s u c -
t i o n
l i f t . " I f e i t h e r t h e s u c t i o n o r
d i s c h a r g e
l i q u i d l e v e l
i s
u n d e r a p r e s s u r e o t h e r t h a n a t m o s p h e r c , t h s p r e s s u r e
c a n b e c o n s i d e r e d e i t h e r a s p a r t o f t h e s t a t i c h e a d o r
e p a r a t e l y a s a n a d d i t i o n t o t h e s t a t i c h e a d .
F r i c t i o n h e a d
T h e f r i c t i o n
h e a d i s t h e h e a d
( e x p r e s s e d
i n f e e t
o f t h e
l i q u i d
b e i n g p u m p e d ) t h a t i s n e c e s s a r y
t o o v e r c o m e t h e
f r i c t i o n l o s s e s
c a u s e d
b y
f l o w
o f
l i q u i d
t h r o u g h p i p i n g ,
u .
s .
u n i t s
1 a t m o s p h e r e
=
1 4 . 7
p i
1
a t m
= 3 4 - f t c o l u m n
o f c o l d
w a t e r
3 4
t
: : - - = - = Z . J l n , / p s l
l 4 . /
p s l
.
h e a d i n f t . .
o s l =
^ s o , o r _
2 . 3 1
H e a d
n f =
p s
X
2 , 3 1
s p ,
q r ,
; * # * =
1 a , 2 m / b a r
p r e s s u r e
i n b u r =
h " l 1 i !
'
X s p .
g r .
1 o . 2
,
H e a d i n m = b a r X ] o , 2
s p .
9 r .
1 7 0 f t
5 1 . 8 m
G a g e
p r e s s u r e +
A t m o s p h e r i c
p r e s s u r e
=
A b s o l u t e
p r e s s u r e
C H E \ , I I C A L
o - J
. :
: : , , ! , , l
: 1 +
1 ] ] ; l
] ] 4 i : ] i ] i
-
A n y
p r e s s u r e
a b o v e
a t m o s p h e r i c
A b s o l u t e
p r e s s u r e
=
g a g e p r s u r e +
b a r o m e t r i c
p r e s s u r e
( v a r i a b l e
w i t h
a l t i t u U e
, . ,
a n d
c i m a t i c
c o 1 { l ' , l " {
. .
g a g e p r e s s u r e )
I
I
A n v n r e s s u r e b e l o w
a t m o s o h e r i c
l
B a r o m e t r i c
p r e s U r e
l
I
I
A b o l u t e
]
p r e s s u r e
A b s o l u t e z e r o
p r e s s u r e
v a l v e s ,
f i t t i n g s
a n d a n y o t h e r e l e m e n t s s u c h a s h e a t
e x -
c h a n g e r s . T h e s e l o s s e s v a r y
a p p r o x i m a t e l y a s t h e s q u a r e
o f t h e f l o w
t h r o u g h t h e s y s t e m .
T h e y
a l s o v a r y w i t h t h e
s i z e , t y p e a n d s u r f a c e
c o n d i t i o n
o f t h e p i p i n g
a n d
f i t -
t i n g s
a n d w i t h t h e c h a r a c t e r o f t h e l i q u i d
p u m p e d .
I n
c a l c u l a t i n g
f r i c t i o n l o s s e s ,
w e m u s t c o n s i d e r t h a t
t h e y
w i l l i n c r e a s e a s t h e p i p i n g d e t e r i o r a t e s w i t h
a g e .
I t
i s u s u a l
t o b a s e t h e
l o s s e s
o n d a t a e s t a b l i s h e d f o r a v e r -
a g e p i p i n g t h a t i s 1 0
o r
1 5 y e a r s
o l d .
T h e s e
d a t a a r e
r e a d i l y
a v a l a b l e f r o m s o u r c e s s u c h a s t h e H y d r a u l i c
I n s t i t u t e
S t a n d a r d s a n d t h e P u m p H a n d b o o k
[ 1 , 2 ] .
E n t r a n c e a n d
e x i t
l o s s e s
I f
t h e s u p p l y o f a p u m p o r i g i n a t e s i n a r e s e r v o i r , t a n k
o r n t a k e
c h 3 m b e r ,
l o s s e s
o c c u r
a t
t h e p o i n t
o f c o n n e c -
t i o n
o f
t h e
s u c t i o n p i p i n g t o t h e s o u r c e
o f s u p p l y .
T h e
m a g n i t u d e
o f
t h e s e l o s s e s
d e p e n d s o n t h e
d e s i g n o f t h e
p i p e e n t r a n c e . A w e l l - d e s i g n e d
b e l l - m o u t h p r o v i d e s
t h e
l o w e s t
p o s s i b l e l o s s . S i m i l a r l y ,
o n t h e d i s c h a r g e
s i d e o f
t h e
s y s t e m w h e r e t h e d i s c h a r g e l n e
t e r m n a t e s a t s o m e
b o d y o f l i q u i d ,
t h e
v e l o c i t y
h e a d o f , t h e l i q u i d
i s e n t i r e l y
l o s t ,
a n d m u s t
b e c o n s i d e r e d a s p a r t
o f t h e t o t a l f r i c t i o n
l o s s e s
o [ t h e s y s t e m .
S y s t e m - f r i c t i o n a n d s y s t e m - h e a d
c u r v e s
A s m e n t i o n e d
e a r l i e r , f r i c t i o n , e n t r a n c e
a n d e x i t
l o s s e s
v a r y a p p r o x i m a t e l y
a s t h e s q u a r e
o f
t h e f l o w
t h r o u g h
a s y s t e m . F o r
s o l v i n g
p u m p i n g
p r o b l e m s , i t i s
c o n v e n i e n t
t o s h o w t h e r e l a t o n s h i p
b e t w e e n
c a p a c t y
a n d
f r i c t i o n - h e a d l o s s e s
g r a p h i c a l l y . T h e s e l o s s e s
a r e
B 6
o H E M I C A L E N G I N E E R I N G
o C T o B E R
4 , l 9 B 2
C E N T R I F U C A L
P U M P S
A t m o s p h e r i c
p r e s s u r e
a . S u c t i o n
l e v e l b e l o w
p u m p
c e n t e r l i n a
A t m o s p h e r i c
p r e s s u r e
S t a t i c
d i s c h a r g e
h e a d
b .
S u c t i o n
l e v e l
a b o v e
p u m p
c e n t e r l i n e
P d i " " h r r g "
D
T o t a l
s t a t i c
h e a d
S t a t i c
s u c t i o n
h e a d
- t
, , l , "
I
d i s c h a r g e
I
h e a d
: " " - ,
,
" : ,
, ,
^ .
] ; ; a ,
, _ " !
c .
S u c t i o n a n d d i s c h a r g e l e v e l s u n d e r
p r e s s u r e
-
S V s t e n
f r i c t i o l ]
c u r v e
C a p a c i t y ,
O
\
. '
G
o
-
\
d
o
O
-
t h e r e f o r e c a l c u l a t e d
a t s o m e p r e d e t e r m n e d
f l o w , e i t h e r
e x p e c t e d o r d e s i g n ,
a n d
t h e n c a l c u l a t e d
f o r
a l l
o t h e r
f l o w s ,
u s i n g t h e s q u a r e o f t h e
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s t a t i c
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s y s t e m a n d
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t h e c a p a c i t y
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i n t o t h e s y s -
t e m
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t h a t p u m p a t t h a t p a r t i c u l a r s p e e d .
F o r
s y s t e m s h a v i n g
v a r y i n g
s t a t i c
h e a d s
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p r e s s u r e
d i f f e r e n c e s , i t i s p o s s i b l e t o
c o n s t r u c t c u r v e s c o r r e s p o n d -
i n g
t o t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m c o n d i t i o n s , a s
s h o w n i n F i g . 5 .
T h e
c o r r e s p o n d i n g
i n t e r s e c t i o n s w i t l
t h e p u m p ' s h e a d - c a p a c i t y
c u r v e
w i l l t h e n d e t e r m i r e t h e
m i n i m u m
a n d m a x i m u m f l o w s t h a t
t h e p u m p
w i l l
d e -
l i v e r i n t o
t h e s y s t e m .
v a r i a t i o n s i n d e s i r e d f l o w
I t i s u n u s u a l f o r a s y s t e m t o r e q u i r e o p e r a t i o n a t
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s i n g l e f i x e d
c a p a c i t y . G e n e r a l l y ,
t h e p r o c e s s
s e r v e d b y
t h e
c e n t r i f u g a l
p u m p i s v a r i a b l e
i n i t s d e m a n d .
A g i v e n
p u m p
o p e r a t i n g i n a g i v e n
s y s t e m
w i l l
o n l y d e l i v e r t h a t
c a p a c i t y
c o r r e s p o n d i n g t o t h e i n t e r s e c t o n
b e t w e e n t h e
h e a d - c a p a c i t y
a n d t h e
s y s t e m - h e a d
c u r v e s .
I n o r d e r t o
v a r y t h e c a p a c i t y , t
b e c o m e s
n e c e s s a r y
t o c h a n g e t h e
s h a p e
o f e i t h e r
o n e
o r
b o t h
c u r v e s .
T h e
p u m p h e a d - c a p a c i t y c u r v e
c a n
b e c h a n g e d b y
o p e r a t i n g t h e
p u m p a t
v a r i a b l e
s p e e d ( F i g ,
6 a ) .
( F o r
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g u i d e t o
v a r i a b l e
d r i v e s , s e e
" M a k i n g
t h e p r o p e r
c h o i c e
o f a d j u s t a b l e - s p e e d d r i v e s , "
C h e m . E n g . ,
A u g .
9 ,
l 9 B 2 ,
p .
4 6 . )
O r t h e s y s t e m - h e a d
c u r v e
c a n b e a l t e r e d
b y c r e a t -
i r g
f r i c t i o n l o s s
t l r r o u g h
a
t h r o t t l i n g
v a l v e
( F i g . 6 b ) .
O b v i o u s l y , t h e
d i f f e r e n c e
b e t w e e n t h e t o t a l
h e a d
d e -
H e a d
' 9 ! ,
c u r V e
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F r l c t o n
l o s s e s
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S t a t i c
p r e s s u r e
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C a p a c i t y ,
O
C a p a c i t y , O
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C a p a c i t y ,
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1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2
C a p a c i t y ,
h u n d r e d s o f
g p m
v e l o p e d b y t h e p u m p a n d t l r e h e a d
r e q u i r e d b y
t h e
s y s t e m - l r e a d c u r v e
r e p r e s e n t s w a s t e d
e n e r g y
l o s t n t h e
t h r o t t l i n g p r o c e s s .
O n t h e
o t h e r h a n d , t h e m a j o r i t y o f
c e n t r i f - g a l p u m p s t o d a y a r e d r v e n b y c o n s t a n t - s p e e d
s q u i r r e l - c a g e
i n d u c t i o n
m o t o r s , a n d
t h r o t t l i n g
t h e
p u n p
c l i s c h a r g e
i s t h e o n l y
p r a c t i c a l
m e a n s o f o b t a i n -
i n g
t h e d e s i r e d
v a r i a b l e
c a p a c i t y .
A s w i l l
b e s e e n
l a t e r i n
t l r i s a r t i c l e , t h e
c o m i n g
r e v o l u t o n a r y m o v e t o
v a r i a -
b l e - f r e q u e n c y m o t o r d r i v e s
i s
a b o u t t o c h a n g e t h e s e
p r a c t c e s .
A f f i n i t y
l a w s a n d r a t i n g
c u r v e s
T h e
h y d r a t l i c p e r f o r m a n c e o [
a c e n t r i f u g a l p u m p
i n v o l v e s
t h r e e b a s i c p a r a m e t e r s : ( 1 ) t h e
c a p a c i t y
( e x -
p r e s s e d i n
u n i t s o f
v o l u m e
p e r u n i t o f t i m e s u c h a s
c p m ) ,
( 2 ) t h e
t o t a l h e a d
( e x p r e s s e d
i n f e e t o f t h e l i q u i d
p u m p e d ) , a n d ( 3 ) t h e
s p e e d a t w h i c h t h e p u m p r u n s
( g e n e r a l l y
i n
r p m ) .
N o r m a l l y ,
p u m p p e r f o r m a n c e i s p r e s e n t e d i n
t h e
f o r m
o f c u r v e s s u c h a s
s h o w n
i n
F i g .
7 , w i t h
t h e h e a d -
c a p a c i t y c u r v e p l o t t e d
a t
a f i x e d
s p e e d .
T h e
c u r v e
a l s o
s h o w s
t h e b r a k e l r o r s e p o w e r r e q u i r e d
a t
v a r i o u s
f l o w s ,
a n d
t h e c o r r e s p o n d i n g p u m p
e f f i c i e n c y .
T h e
c a p a c i t y
a t
w h i c h
t h e p u m p p e r f o r m s i t s
f u n c t i o n m o s t
e f f i c i e n t l y
i s
c a l l e d
t h e " b . . . p . " o r
b e s t e f f i c i e n c y p o i n t .
T h e
u s e f u l w o r k d o n e
b y a p u m p i s t h e w e i g h t o f
l i q u i d
p u m p e d i n a p e r i o d
o f t i m e , m u l t i p l i e d
b y t h e
h e a d
d e v e l o p e d
b y t h e p u m p , a n d
i s e x p r e s s e d i n
t e r m s
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c a l l e d
w a t e r
h o r s e p o w e r , I 4 / H P . I t
w o u l d
b e m o r e
c o r r e c t t o
r e f e r
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h o r s e p o w e r ,
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c a n b e d e t e r m i n e d f r o m :
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k n o w n p u m p
c h a r a c t e r i s t i c s a r e
r e f e r r e d
t o a s t h e
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f i n i t y l a w s . " W h e n
t h e
s p e e d i s
c h a n g e d :
1 .
T h e
c a p a c i t y ,
Q ,
f o r a n y g i v e n p o i n t o n t l e p u m p
c h a r a c t e r i s t i c s v a r i e s
d i r e c t l y a
t h e s p e e d ,
z .
2 . T } e l e a d , H , v a r i e s a s t h e s q u a r e
o f
t h e s p e e d .
3 . T h e
b r a k e
h o r s e p o w e r , P , v a r i e s a s t h e c u b e o f t h e
s p e e d .
l n
o t h e r w o r d s , i f
S u b s c r i p t
l
i s a s s i g n e d t o t h e
c o n d i -
t i o n s u n d e r w h i c h
t h e c h a r a c t e r i s t i c s
a r e k n o w n ,
w h i l e
S u b s c r i p t 2
d e n o t e s t h e c o n d t o n s
a t s o m e o t h e r s p e e d ,
t h e n :
T h e s e
r e l a t i o n s h i p s
c a n
b e
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c h a n g e s
i n
s p e e d .
E q .
( 3 ) m a y n o t
l a r g e s p e e d
c h a n g e s .
S i m i l a r
a f f i n i t y l a w s
e x i s t
f o r
c h a n g e s i n i m p e l l e r
d i -
a m e t e r ,
D , w i t h i n
r e a s o n a b l e l i m i t s
o f i m p e l l e r c u t -
d o w n . I n
o t h e r
w o r d s :
Q z
_
D r . H 2
Q ,
-
D r ' H ,
s o m e
d e v i a t i o n
f r o m t h e s e l a w s
o c c u r s
e v e n
w i t h r e l -
a t v e l y
m o d e s t
c u t d o w n s , F i g .
B
s h o w s t h e r e c o m -
m e n d e d
c u t d o w n r e l a t e d
t o t h e t h e o r e t i c a l
c u t d o w n ,
S p e c i f i c s p e e d
T l e
p r i n c i p l e
o f
d y n a m i c a l s i m i l a r i t y
w h e n a p p l i e d
t o
c e n t r f u g a l p u m p s
e x p r e s s e s
t h e f a c t t h a t t w o
p u m p s
g e o m e t r i c a l l y
s i m i l a r t o e a c h
o t h e r
w i l l
h a v e s i m i l a r
p e r f o r m a n c e
c h a r a c t e r i s t i c s .
T h e
t e r m
" s p e c i f i c
s p e e d " i s t h e
c o n c e p t t h a t l i n k s
t h e
t h r e e m a i n
p a r a m e t e r s o f t h e p e r f o r m a n c e
c h a r a c t e r i s -
t i c s - c a p a c i t y ,
h e a d , a n d r o t a t i v e s p e e d - i n t o
a s i n g l e
t e r m . T h e
m a t h e m a t i c a l
a n a l y s i s u s e d t o
e s t a b l i s h t h e
r e l a t i o n s h i p
b e t w e e n t h e
s p e c i f i c s p e e d o f a p u m p
a n d
i t s o p e r a t i n g
c h a r a c t e r i s t i c s n e e d
n o t
c o n c e r n u s . . I n i t s
* : ? , 3 , = ( ? ) " ,
? : ( * ) '
( 3 )
= ( 3 ) " , ? : ( ? ) ' $ )
s a f e l y f o r m o d e r a t e
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b e
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a c c u r a t e f o r
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b a s i c
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t h e s p e c i f i c
s p e e d i s a n
i n d e x
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p r e s s e d
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( 5 )
i n w | r i c h :
N "
:
s p e c i f i c
s p e e d ;
n
:
r o t a t i v e
s p e e d ,
r p m ;
Q
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c a p a c i t y ,
g p m i
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h e a d , f t
( h e a d
p e r s t a g e
l o r
a
m u l t i s t a g e
p u m p ) .
E q .
( 5 ) r e n a i n s
u n c l r a n g e d
w h e t h e r
t h e i n r p e l l e r
i s
s i n g l e - s u c t i o n
o r d o u b l e - s u c t i o n .
T h e r e f o r e , i t
i s
c u s -
t o m a r y
w h e n
r e f e r r i n g t o a d e f i n i t e
v a ] u e
o f
s p e c i f i c
s p e e d t o
m e n t i o n t h e t y p e
o f
i m p e l l e r .
W h i l e
r v e c o u l d c a l c u l a t e
t h e s p e c i f i c
s p e e d
f o r a n y
g i v e n
o p e r a t i n g c o n d i t i o n
o f
h e a d a n d c a p a c i t y ,
t h e
d e f i n i t i o n o f
s p e c i f i c s p e e d
a s s u m e s t h a t t h e
h e a d a n d
c a p a c i t y
u s e d
i n t h e
e q u a t i o n
r e f e r
t o t h o s e
a t
t h e
b e s t
e f i i c i e r c y
o f
t h e p u m p .
T h e
s p e c i f i c - s p e e d
n u m b e r
i s
i n d e p e n d e n t o f
t h e r o t a t i v e s p e e d
a t w h i c h t h e p u m p
i s
o p e r a t i n g ,
W e
c a n n o t o v e r e n p h a s i z e
t h e f a c t
t h a t
" s p e c i f i c
s p e e d "
i s a n i n d e x n u m b e r - a c o n c e p t q u i t e s i m i l a r
t o
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" f a m i l y
n a m e " t h a t i s
u s e f u l i n i d e n t i f y i n g v a r i o u s
c h a r a c t e r i s t i c s o f a g r o u p .
J u s t
a s
t h e
B r o w n s , t h e W i l -
s o n s o r t h e S m i t h s
m a y
b e
s a i d t o h a v e
c e r t a i n
h a i r o r
e y e
c o l o r a t o n , c e r t a n
g e n e r a l c o m m o n f e a t u r e s , s o d o
p u m p s o f t h e s a n r e s p e c i f i c s p e e d
h a v e a n u m b e r o f
c l , a r a c t e r i s t i c s
t h a t
d i s t i n g u i s h
t h e m f r o m p u m p s
h a v -
i n g
o t h e r
s p e c i f i c s p e e d s .
F o r
i n s t a n c e 1
t h e p l r y s i c a l c h a r a c t e r i s t c s a n d t h e g e n -
e r a l o u t l i r e o f i m p e l l e r p r o f i l e s
a r e i n t i m a t e l y c o n -
n e c t e d t o t h e i r r e s p e c t i v e
s p e c i f i c s p e e d s .
T h u s ,
t h e
v a l u e
o f
t h e s p e c i f i c
s p e e d
w i l l i m m e d i a t e l y
d e s c r i b e t h e
a p p r o x i m a t e i m p e l l e r s h a p e , a s s h o w n
i n
F i g .
9 . S i m i -
l a r l y , t h e s p e c i f i c
s p e e d o f
a
g i v e n p u m p
w i l l
b e
d e f i -
n i t e l y r e f l e c t e d
i n t h e
s h a p e o f
t h e
p u m p c h a r a c t e r i s t i c
c u r v e s ,
a s
s h o w n
a t t h e t o p o f
F i g .
9 . W h i l e s o m e v a r i a -
t i o n
i n t h e s h a p e o f t h e s e c u r v e s
c a n b e m a d e b y
c l a r g e s i n
t h e d e s i g
o f
t l e i n p e l l e r
a n d c a s i n g
w a t e r -
w a y s ,
t h e
v a r i a t i o n
t h a t c a n b e o b t a n e d w i t h o u t
a d -
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i s g e n e r a l l y m a d e
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s p e e d f o r a p a r t i c u l a r
p u m p .
I n a d d i t i o n , t h e r a t i n g
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a c u r v e f o r
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t h e s e l e c t i o n o f a p u m p , r a t i n g
c u r v e s o f a n e n t i r e
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c f s i m i l a r
p u m p a r e p r e p a r e d .
s u c t i o n c o n d i t i o n s
M o s t
c e n t r f u g a l - p u m p t r o u b l e s
o c c u r o n t h e s u c t o n
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i t i s i m p e r a t i v e
t o u n d e r s t a n d
h o w t o
r e l a t e
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s u c t i o n c a p a b i l i t y o f a
c e n t r i f u g a l
p u m p
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s u c t i o n
c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s y s t e m i n w h i c h i t
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p u m p i n g
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t h e p r e s s u r e a t
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t a n k u n d e r a t m o s -
p h e r i c p r e s s u r e . B e c a u s e t h e s u c t i o n l i f t i s a n e g a t i v e
s u c t i o n h e a d m e a s u r e d
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s u c t i o n a n d d i s c h a r g e
h e a d s i n a b s o l u t e p r e s s u r e , b u t u s u a l l y i t i s
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t h e m a b o v e o r b e l o w a t m o s p h e r c
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c o r r e c t e d t o t h e p u m p
c e n t e r l i n e ,
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p r e s s u r e m i n u s
t h e v e l o c t y
h e a d a t t h e p o i n t o f a t t a c h m e n t . B e c a u s e
s u c t i o n l i f t i s
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n e g a t i v e
s u c t i o n h e a d , a v a c u u m g a g e
w i l l i n d i c a t e
t h e s u m o f t h e t o t a l
s u c t i o n
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T h e
t h r e e m o s t c o m m o n s u c t i o n - s u p p l y
c o n d i t i o n s
a r e i l l u s t r a t e d i n F i g . 1 5 .
C a s e I i n v o l v e s a s u c t i o n s u p p l y u n d e r a p r e s s u r e
o t h e r t h a n a t m o s p h e r c ,
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a b o v e t h e p u m p
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I t i n c l u d e s
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c o m p o n e n t s o f t h e s u c t i o n
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c a n b e d r o p p e d f r o m
t h e
f o r m u l a
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C a s e I I I i n v o l v e s
a s u c t i o n s u p p l y
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p r e s s u r e ,
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b e l o w t l r e p u m p
c e n t e r l i n e . I t i s
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t i c n a l w h e t h e r
t h e
s u c t i o n h e a d
b e e x p r e s s e d a s a n e g a -
t i v e s u c t i o n h e a d
o r i n p o s i t i v e v a l u e s
a s a s u c t i o n l i f t .
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b e l o w t h e
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s u c t i o n - l i f t f o r m u l a i s t h e
s a m e a s t h a t f o r s u c t i o n h e a d ,
e x c e p t t h a t b o t h s i d e s h a v e
b e e n
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t o t h e p u m p s u c t o n
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t o
t h e
p u m p c e n t e r l n e , w l l r e g s t e r a p a r t a l
v a c u u m
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n e g a t v e
p r e s s u r e .
T o
d e t e r n i n e t h e s u c t i o n h e a d , i t i s t h e r e f o r e n e c e s -
s a r y
t o a d d
t h e v e l o c i t y
h e a d t o t h i s n e g a t i v e p r e s s u r e
a l g e b r a i c a l l y ;
o r ,
i f i t i s
d e s i r e d
t o
w o r k i n t e r m s o f a
v a c u u m , t h e v e l o c t y
l e a d m u s t b e s u b t r a c t e d f r o m
t h e
v a c u u m
t o o b t a i n t h e s u c t i o n l i f t .
F o r
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a t t a c h e d t o
t h e
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C a s e l l
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p r e s s u r e ,
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p u m p
c e n t e r l i n e .
C a s e l l l
- S u c t i o n
f r o m
s o u r c e u n d e r
a t m o s p h e r i c
p r e s s u r e ,
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l o c a t e d
b e l o w
p u m p
c e n t e r l i n e .
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{ s u c t i o n
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=
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-
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( - - h , ) ( s u c t i o n
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w a t e r s h o w e d a
v a c u u m o f
6
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w a t e r ) ,
t h e
v e l o c i t y
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t h e
g a g e
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w o u l d
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w a t e r ,
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s u c t i o n
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2 . 0 , o r
- 4 . 8
f t o f
w a t e r ,
o r t h e s u c t i o n l i f t
r v o u l d
b e 6 . 8
-
2 , 0 o r
4 . B f t
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w a t e r .
N e t
p o s i t i v e s u c t i o n
h e a d
T h e u s e o f " p e r m i s s i b l e
s u c t i o n
l i f t " o r o f " r e q u i r e d
s u c t o n t r e a d " h a s d e f i n t e
s h o r t c o m n g s .
E t h e r t e r m
c a n
o n l y b e a p p l i e d t o
w a t e r , b e c a u s e
i t
r e f e r s
t o t h e
e n e r g y o f b a r o m e t r i c
P r e s u r e
e x p r e s s e d
i r
f e e t o f
w a t e r .
C h a n g e s
i n
b a r o m e t r i c
p r e s s u r e ,
w h e t h e r c a u s e d b y d i f -
f e r e n c e s i n e l e v a t i o n a b o v e
s e a l e v e l o r b y c l i m a t i c c o n -
d i t i o n s , a f f e c t t h e
v a l u e o f t l r e s e
t e r m s . C h a n g e s i n
p u m p i n g t e m p e r a t u r e
a l s o a f f e c t t h e s e
v a l u e s , s i n c e
t h e y
a f f e c t t l r e v a p o r p r e s s u r e o f t h e
l i q u i d ,
F o r t h i s r e a s o n ,
a l l r e f e r e n c e s t o s u c t i o n c o n d i t i o n s
t o d a y
a r e m a d e
i n t e r m s
o f
( N P S / / ) - n e t p o s i t i v e s u c -
t i o n
h e a d
a b o v e t h e
l i q u i d v a p o r
p r e s s u r e .
B o t l r
s u c t i o n
h e a d
a n d
v a p o r
p r e s s u r e
s h o u l d b e e x -
p r e s s e d i n
f e e t
o f
l i q u i d
b e i n g
h a n d l e d , a n d
m u s t
b o t h
b e e x p r e s s e d i n
e i t h e r g a g e o r a b s o l u t e p r e s s u r e
u n i t s .
A
p u m p
h a n d l i n g 6 2 " F w a t e r
( v a p o r
p r e s s u r e o f 0 . 6 f t ) a t
s e a l e v e l ,
w i t l r a t o t a l s u c t i o n l i f t
o f
0 f t , h a s
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( N P S 1 1 )
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3 3 . 9
-
0 . 6 , o r
3 3 . 3
f t ,
w h e r e a s
o n e o p e r a t i n g w i t h a
1 5 - f t
t o t a l
s u c t i o n l i f t
l r a s
a n
3 3 . 9
-
0 , 6
-
1 5 ,
o r 1 B . 3
f t .
( N P . 1 1 )
o f
A
p u n - p
o p e r a t i n g
o n s u c t i o n l i f t
w i l l l a n d l e
a
c e r -
t a i m a x i m u m
c a p a c i t y o f c o l d w a t e r w i t h o u t
c a v i t a -
t i o r . T h e ( N P S )
o r a m o u n t
o f
e n e r g y
a v a i l a b l e
a t
t h e
s u c t i o n n o z z l e o f s u c h a p u m p i s
t h e a t m o s p h e r i c p r e s -
s u r e m i n u s
t h e s u m o f t h e s u c t i o n
l i f t
a n d t h e
v a p o r
p r e s s u r e o f t h e w a t e r . T o h a n d l e t h e s a m e
c a p a c i t y
w i t h
a n y
o t h e r l i q u i d , t h e
s a m e a m o u n t o f e n e r g y m u s t b e
a v a i l a b ] e
a t t h e s u c t i o n n o z z | e . T h u s ,
f o r a l i q u i d a t i t s
b o i l i n g p o i n t
( i n
o t l e r
w o r d s ,
u n d e r
a
p r e s s u r e
e q u i v a -
l e n t
t o t h e v a p o r p r e s s u r e
c o r r e s p o n d n g t o i t s
t e m p e r a -
t u r e ) ,
t h i s e n e r g y h a s t o
e x i s t e n t i r e i y a s a p o s i t i v e h e a d .
I f
t h e l i q u i d i s
b e l o w i t s
b o i l i n g
p o i n t ,
t h e s u c t i o n h e a d
r e q u i r e d
i s r e d u c e d
b y t h e d i f f e r e n c e
b e t w e e t l r e p r e s -
s u r e e x i s t i n g i n
t h e
l i q u i d
a n d
t h e
v a p o r
p r e s s u r e c o r r e -
s p o n d n g
t o t h e t e n p e r a t u r e .
I t i s n e c e s s a r y
t o d i f f e r e n t i a t e
b e t w e e n a v a i l a b l e n e t
p o s i t i v e
s u c t i o n
h e a d , ( N P S 1 I ) , a n d r e q u i r e d
n e t p o s i -
t i v e s u c t i o n h e a d , ( i / P , S l / ) o .
T h e f o r m e r , , v h i c h
i s
a
c h a r a c t e r i s t i c
o f t h e s y s t e m i n w h i c h
a
c e n t r i f u g a l
p u m p
w o r k s ,
r e p r e s e n t s
t h e d i f f e r e n c e
b e t w e e n t h e
e x i s t i n g
a b s o l u t e s u c t i o n
h e a d a n d t h e v a p o r
p r e s s u i ^ e
a t t h e p r e -
v a i l i n g
t e m p e r a t u r e .
T h e ( N P . 1 1 ) " ,
w h i c h
i s a f u n c t i o n
o f t h e p u m p
d e s i g n , r e p r e s e n t s
t h e m i n i m u m
r e q u i r e d
m a r g n
b e t w e e n t h e
s u c t o n
h e a d a n d v a p o r
p r e s s u r e .
T h e m a n n e r
i n w h i c h
( N P S I I ) A
a t a g i v e n
c a p a c i t y
s h o u l d
b e c a l c u l a t e d
f o r
( l )
a t y p i c a l i n s t a l l a t i o n
w i t h
a
s u c t i o l i f t ,
( 2 )
a
p u m p
t a k i n g i t s
s u c t i o n
f r o n a t a n k ,
a n d
( 3 )
a p u m p h a n d l i n g
a l i q u i d
a t t h e
b o i l i n g p o i n t i s
d e m o n s t r a t e d i n
F i g . 1 6 .
B o t l
( N Z S I J ) ,
a n d ( N P S 1 l ) n
v a r y w i t h
c a p a c i t y , a s
s h o w n i n F i g . l 7 .
W i t h
a g i v e n s t a t i c
p r e s s u r e o r e l e v a -
t i o n
d i f f e r e n c e a t t h e
s u c t i o n s i d e
o f
a
c e n t r i f u g a l p u m p ,
( N P S H ) ^
i s
r e d u c e d
a t l a r g e r
f l o w s
b y t h e f r i c t i o n l o s s e s
i n
t l r e
s u c t i o n p i p i n g .
O n
t h e
o t h e r h a n d ,
( N P , S / / ) R ,
b e i g
a f u n c t i o n o f
t h e v e l o c i t i e s
i n
t h e
p u m p - s u c t i o n
-
- -
W a t e r , 8 0 " F
P ,
= 0 . 5
p s i a
l N p S H |
A
=
? } 1 J t : & \
*
z
_
n r
p ,
=
p r e s s u r e
o v e r
l i q u i d s u r f a c e .
p s i a
p u
=
v a p o r
p r e s s u r e
o f l i q u i d ,
p s i a
z
=
S t a t i c
h e a d , f t
/ r
=
F r i c t i o n l o s s e s , f t
A t s e a l e v e l :
| N P S H | A -
2 ' 3 1
( L 4 J - 0 , 5 )
_
1 5 _ 3 = 1 4 , B f t
A t 5 , 0 0 0
f t a b o v e s e a
l e v e l :
{ N P S H I A
-
1 5
-
3
=
9 . 0
f t
a . s u c t i o n
l i f t
( = 5 p s i g
F r i c t i
o n
h r = 4 i t -
l N P S H l A
P s
P n
Z
l N P S H \ A
_
2 . 3 1
| P s _
P v l
, ? A
s p . q r .
|
' - l F
=
p r e s s u r e
o v e r
l i q u i d
s u r f a c e ,
p s i a
= V a p o r
p r e s s u r e
o f
l i q u i d ,
p s i a
=
S t a t i c
h e a d ,
f t
=
F r i c t i o n
l o s s e s , f t
_
2 . 3 1
( 1 4 . 7 _ +
S - O . S )
+
1 0 _ 4
=
5 0 . 3
f t
b . S u c t i o n f r o m
p r e s s u r i z e d
t a n k
F r i c t i o n
l o s s e s , t t
-
h r
=
2 i
P ,
=
3 7 , 5
p s i g
P n
=
5 2 . 2
p s i a
s p .
g r .
=
0 . 5 6
f f i a
W l
n - B u t a n e
a t 1 O 0 " F
, ' ,
| N p s H \ A = f f i ! * z - n ,
P ,
=
P r e s s u r e
o v e r l i q u i d s u r f a c e ,
p s i a
P n
=
V a p o r
p r e s s u r e
o f l i q u i d ,
p s i a
Z
=
S t a t i c
h e a d ,
f t
h ,
=
F r i c t i o n l o s s e s , f t
| N p S H l
A
-
| 3 7 , 5
+
J . ! J
-
5 2 , 2 l
+
1 0
_
2 = 8 . 0 f t
c .
S u c t i o n f r o m l i q u i d
a t
b o i l i n g
p o i n t
- W a t e r ,
B 0 "
F
P ,
=
0 , 5
p s i a
P o i n t B
- -
{ N P S H I
= s
+
( &
_ - P , p }
-
( h
r "
+
h
i |
P n o = V a p o r
p r e s s u r e
o f
l i q u i d
a t
p u m p i n g
t e m p e r a t u r e
h r .
=
F r i c t i o n
l o s s e s i n s u c t i o n l o s s e s
f r o m
p o i n t
A
t o
p o i n t
B
h ,
=
E n t r a n c e l o s s a t P o i n t
A
A l l u n i t s
a r e
t o b e
e x p r e s s e d i n f e e t
o r
m e t e r s
p a s s a g e s
a n d a t t h e i n l e t
o f
t l e i m p e l l e r , i n c r e a s e s b a s i -
c a l l y a s
t h e
s q u a r e o f t h e c a p a c t y .
A
g r e a t m a n y f a c t o r s - s u c h a s e y e
d a m e t e r ,
s u c t o n
a r e a o f t h e m p e l l e r , s h a p e a n d n u m b e r o f m p e l l e r
v a n e s ,
a r e a b e t w e e n t h e s e
v a n e s ,
s h a f t a n d i m p e l l e r h u b
d i a m e t e r , i m p e l l e r
s p e c i f i c s p e e d , a n d
t h e s h a p e o f t l r e
s u c t o n p a s s a g e s - e n t e r n
s o m e
f o r m o r
a n o t h e r
n t o
t h e d e t e r m i n a t i o n o f
( N P S H ) n .
D i f f e r e n t d e s i g n e r s m a y
u s e
d f f e r e n t m e t h o d s t o
p r o d u c e
a n
m p e l l e r t h a t
w i l l
p e r f o r m s a t i s f a c t o r i l y w i t h
a s p e c i f i c
v a l u e
o f ( N P . / I ) E .
A s a r e s u l t , t i s n o t r e c o m m e n d e d
t h a t
u s e r s a t t e m p t t o
e s t i m a t e
( i l P , S f / ) f i
f r o m
t h e
k n o w l e d g e
o f
j u s t
o n e
o r
t w o
o f
t h e s e f a c t o r s .
I n s t e a d , t h e y s h o u l d
b a s e
t h e i r
s e -
l e c t i o n s
o n d a t a p r o v i d e d b y p u m p m a n u f a c t u r e r s .
S p e c i f i c - s p e e d a n d
s u c t i o n
l i m i t a t i o n s
S p e c i f i c - s p e e d - l i m i t
c h a r t s h a v e
b e e n
p r e p a r e d
a n d
p u b l i s h e d
b y t h e H y d r a u l i c I n s t i t u t e
[ 1 ]
f o r
s e v e r a l
t y p e s o f p u m p s :
r
D o u b l e - s u c t i o n .
s i n g l e - s u c t i o n , w i t h
s h a f t
t h r o u g h
e y e o f i m p e l l e r .
l
S i n g l e - s u c t i o n ,
o v e r h u n g - i m p e l l e r .
S i n g l e - s u c t i o n ,
m i x e d - a n d a x i a l - f l o w .
l
H o t - w a t e r , s i n g l e - s u c t o n
a n d
d o u b ] e - s u c t i o n .
I
c o n d e n s a t e
p u m p s , w t h
s h a f t p a s s n g t h r o u g h
e y e
o f
i m p e l l e r .
O n e s u c h c h a r t , c o n t a i n i n g s p e c i f i c - s p e e d l i m i t s f o r
=
J
=
o
E
o
D
a
o
T
C a p a c i t y
C I l E i \ 4 l C A I - D N G I N D ] R I N G o c T o I } E R 4 , t 9 B 2
9 3
-
H b r -
I -
'
, |
L P o . * o ;
J
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- F
4 , 0 0 0
3 , 5 0 0
3 , 0 0 0
2 , 0 0 0
1 , 0 0 0
9 0 0
B 0 0
4 0 0 3 0 0
2 0 0
1 5 0
1 0 0
B 0 5 0
4 0
3 0
T o t a l
h e a d
( f i r s t
s t a g e ) , H , f t
s i g l e - s c t i o n o v e r h u n g - i m p e l l e r
p u m p s ,
s u c h a s t h e
A N S I
p u m p s ,
i s
s l r o w r
n F g .
1 B .
I t
s m p o r t a n t
t o
r e m e m b e r t h a t t h e s e c h a r t s
a r e
s t r i c t l y e m p i r i c a l . I n u s i n g t l e m ,
i t m u s t
b e
r e a l i z e d
t h a t p u m p s b u i l t f o r t h e
l i m i t
a l l o w e d a r e
n o t n e c e s s a r -
i l y
t h e b e s t
d e s i g n f o r t h e i n t e n d e d s e r v i c e a n d t h a t a
l o w e r - s p e c i f i c - s p e e d t y p e m i g l t
b e
m o r e e c o n o m i c a l .
I t
n u s t a l s o b e r e a l i z e d t l r a t t l e d e s i g n o f i n d i v i d u a l
p u m p s
c o n t r o l s
t h e
a p p l i c a t i o n o f t h e s p e c i f i c - s p e e d
l i n i t f o r m a x i m u m h e a d
a r d s u c t i o n
c o n d i t i o n s .
F o r
e x a n p l e , t h e n , a x i m u m
r e c o m m e n d e d s p e c i f i c s p e e d
f b r a
d o u b l e - s u c t i o n , s i n g l e - s t a g e p u m p i s
1 , 9 9 0
f o r a
2 0 0 - f t
t o t a l h e a d a n d a 1 5 - f t s u c t i o n l i t t .
I t d o e s
n o t
f o l l o w
t h a t a l l
d o u b l e - s u c t i o n , s i n g l e - s t a g e p u m p s o f
1 , 9 9 0
s p e c i f i c - s p e e d t y p e a r e s u i t a b l e f o r o p e r a t i o n
a t
s p e e d s t h a t w i l l
c a u s e t h e m t o d e v e l o p a 2 0 0 - f t
t o t a l
h e a d
( a t
m a x i n u m
e { f i c i e n c y ) ; n o r
t h a t t l r e
p u m p ,
f
s u i t a b l e
l o r o p e r a t i o n a t a 2 0 0 - f t t o t a l h e a d , i s
s u i t a b l e
f o r
o p e r a t i o n w i t h
a
l 5 - [ t
s u c t i o n l i f t ; n o r
t h a t a p u m p
o f
t h i s t y p e
o p e r a t i n g a g a i n s t
a
2 0 0 - f t
t o t a l h e a d w o u l d
o n t e s t
b e
f o u n d
c a p a b l e
o f o p e r a t i n g
o n o n l y
a 1 5 - f t
m a x i n , u m
s u c t i o n l i [ t .
T h e s e
c h a r t s a r e i n t e n d e d t o i n d i c a t e
o n l y
t l r e m a x i -
m u m
r o t a t i v e
s p e e d f o r w h i c h
e x p e r i e n c e h a s
s h o w n a
c e n t r i f r g a l
p u m p c a n b e d e s i g n e d w i t h
a s s u r a n c e o f
r e a s o n a b l e
a n d
p r o p e r o p e r a t i o n f o r
t h e c o m b i n a t i o n o f
o p e r a t i n g
c o n d i t i o n s . T h e H y d r a u l i c
I n s t i t u t e
S t a n d -
a r d s
s u c t i o n - l i m i t a t i o n
c h a r t s
s h o u l d b e c o n s i d e r e d
g u i d e l i n e s .
N o t h i n g i n
t h e H y d r a u l i c I n s t i t u t e
S t a n d a r d s
s u c -
c E N T R l I , U c A L
P U M P s
t i o n - l i m i t a t i o n c h a r t s
s u g g e s t s
t h a t
t h e s p e c i f i c
s p e e d
i n d i c a t e d c o r r e s p o n d s
t o t h e p o i n t o f
m a x i m u m
e f f i -
c i e n c y .
Y e t t h i s
i s t h e i n t e n d e d
m e a n i n g .
I f a
p u m p i s
a p p l i e d
f o r c o n d i t i o n s
n e a r t o
i t s
c a p a c i t y
a t t h e b e s t
e f f i c i e n c y ,
t h e r e
w o u l d b e
l i t t l e e r r o r
i n t r o d u c e d
b y
u s i n g
t h e r a t e d c o n d i t i o n s
t o
d e t e r m i n e c h a r t
l i m i t a -
t i o n . O n
t h e o t h e r
h a n d ,
i f t h e
r a t e d a n d b e s t - e f E c i e n c y
c o n d i t i o n s
w e r e
t o
d i f f e r
s g n f i c a n t l y ,
t h e
c h a r t
r e c o m -
m e n d a t i o n s w o u l d b e
f o u n d t o a p p l y o n l y
t o t h e b e s t
e f E c i e n c y
p o i n t .
S u c t i o n
s p e c i f i c
s p e e d
A p p l i c a t i o n o f t h e s p e c i f i c - s p e e d - l i m i t
c h a r t s ,
a s o r i g -
i n a l l y d e v e l o p e d ,
h a d a
v e r y i m p o r t a n t s h o r t c o m i n g ,
i . e . , s a t i s f a c t o r y s u c t i o n
c o n d i t i o n s
w e r e t i e d
d i r e c t l y
t o
t h e t o t a l
h e a d d e v e l o p e d
b y t h e _ p u m p .
T h e p e r f o r m -
a n c e
o f
a n
i m p e l l e r f r o m t h e
p o i n t
o f
v i e w o f c a v i t a t i o n
c a n n o t
b e a f f e c t e d
t o o s i g n i f i c a n t l y b y c o n d i t i o n s
e x i s t -
i n g a t t h e
i m p e l l e r ' s d i s c h a r g e p e r i p h e y . Y e t , t h e s e c o n -
d i t i o n s a r e
t h e p r m e f a c t o r s
i n
d e t e r m n r g
t h e t o t a l
h e a d t h a t t h e i m p e l l e r
w i l l
d e v e l o p .
I n o t h e r
w o r d s ,
i f a n
i m p e l l e r
e x h i b i t s c e r t a i n
s u c t i o n
c h a r a c t e r i s t i c s ,
c u t t i n g d o w n
i t s d a m e t e r
w i t h i n r e a -
s o n a b l e l i m i t s ,
a n d
t h u s r e d u c i n g
i t s l r e a d ,
s h o u l d
h a v e
o i n f l u e n c e o
i t s
s u c t i o n c a p a b i l i t i e s .
S i n c e t h e t o t a l
h e a d , H , i s
c h a n g e d ,
a s t r i c t i n t e r p r e t a t i o n o f t h e s p e -
c i f i c - s p e e d - l i m i t
c h a r t s
w o u l d
i n d i c a t e
t h a t
u n l e s s t h e
s u c t i o n
l i f t
i s t o b e
p r o p o r t i o n a t e l y
a l t e r e d , t h e
m a x i -
r n u m p e r m i s s i b l e s p e c i f i c s p e e d m u s t
b e c h a n g e d .
T h i s i n c o n s i s t e n c y w a s f i n a l l y r e s o l v e d
b y
t h e
d e v e l -
o p m e n t
o f t h e s u c t i o n s p e c i f i c - s p e e d c o n c e p t . I t i s e s s e n -
t i a l l y a n i d e x n u m b e r , d e s c r i p t i v e o f t h e s u c t i o l c h a r -
a c t e r i s t i c s o f a g i v e n
: : u d
i s
d e f i n e d
a s :
( 6 )
( h " ) " n
w h e r e : S
=
s u c t i o n s p e c i f i c s p e e d ;
' n
=
r o t a t v e s p e e d ,
r p n i ;
Q
:
f l o w , g p m .
( F o r s i n g l e - s u c t i o n i m p e l l e r s ,
Q
i s
t h e t o t a l f l o w . F o r d o u b l e - s u c t i o n i m p e l l e r s ,
Q
i s
t a k e
a s
o n e - h a l f o f t h e t o t a l
f l o w . ) ; a n d i "
=
r e q u i r e d
( N P S 1 1 ) , f t .
T h e s p e c i f i c - s p e e d - l i m i t
c h a r t s
( s u c h a s i n F i g . l B )
h a v e b e e n r e v i s e d s e v e r a l t i m e s
s i n c e
t h e y w e r e f i r s t
a d o p t e d a s a g u i d e l i n e f o r
c e n t r i f u g a l - p u m p
s u c t i o n
c o n d i t i o s .
U n f o r t u n a t e l y , t h e y a r e s t i l l
b a s e d o n t h e
e r r o n e o u s c o n c e p t t h a t t h e t o t a l
h e a d
d e v e l o p e d
b y t h e
p u m p
p l a y s a p a r t
i n
d e t e r m i n i n g t h e
m a x i m u m p e r -
m s s b l e r o t a t v e
s p e e d
f o r
a g i v e n s e t o f s u c t o n c o n d i -
t i o n s ,
d e s p i t e
t h e r e c o g n i t i o n
o f t h e c o n c e p t o f s u c t i o n
s p e c i f i c s p e e d i n
t h e
H y d r a u l i c I n s t i t u t e S t a n d a r d s . T h e
c h a r t s i n t h e
S t a n d a r d s t o d a y a r e b a s e d o n
v a l u e s
o f
S
r a n g i n g f r o m
7 , 4 8 0
t o 1 0 , 6 9 0 .
T h e s e
v a l u e s
v a r y w i t l r i n
e a c h c h a r t , a s w e l l
a s
f r o m
c h a r t t o c h a r t . I t i s h o p e d
t h a t t h e
c h a r t s w i l l
b e
r e v i s e d
a n d s i m p l i f i e d s o a s
t o
m a k e
t h e m e a s i e r t o u s e . T h e y w i l l
t h e n r e s e m b l e t h e
c h a r t f o r t h e
h o t - w a t e r p u m p ( s e e F i g . 1 9 ) ,
i n w h i c h
t h e
r e q u i r e d
( N P S / 1 )
c a n b e r e a d d i r e c t l y f o r
a n y g i v e n
f l o w
a t v a r i o u s
s p e e d s ,
C a v i t a t i o n a n d
p u m p p e r f o r m a n c e
C a v i t a t i o n
o c c u r s w h e n
t h e a b s o l u t e p r e s u r e w i t h i n
a n i n p e l l e r
f a l l s
b e ] o w t h e v a p o r p r e s u r e
o f t h e l i q u i d ,
a n d
b u b b l e s o f v a p o r
a r e f o r m e d . T h e s e
b u b b l e s
c o l -
O
O
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E
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O
o _
U ,
9 4 C I l ] ] . N l I C A l .
I a N G l N D n I t l N ( ;
o t j ' f O I } E l ( 4 , t 9 B 2
-
l a p s e f u r t h e r o u t
a l o n g
t h e i m p e l l e r b l a d e s
w h e n t h e y
r e a c h a r e g i o n
o f
h i g h e r
p r e s s u r e .
T h e m i n i m u m
r e -
q u i r e d
( N P . t a I ) f o r a
g i v e n c a p a c i t y
a n d
a g i v e n
p u m p
s p e e d s d e f i n e d
a s t h a t d f f e r e n c e
b e t w e e n
t h e
a b s o l u t e
s u c t i o n
h e a d
a n d
t h e
v a p o r p r e s s u r e o f
t h e
l i q u i d
p u m p e d
a t t h e p u m p n g
t e m p e r a t u r e t h a t
s n e c e s s a r y
t o
p r e v e n t
c a v t a t o n .
P u m p c a v i t a t i o n
b e c o m e s
e v i d e n t
w h e n
t h e r e i s o n e
o r m o r e o f
t h e f o l l o w i n g
s i g n s :
n o i s e , v i b r a t i o n , d r o p
i n
t h e
h e a d - c a p a c i t y
a n d e f f i c i e n c y
c u r v e s
a n d - w i t h
t i m e - d a m a g e
t o
t h e i m p e l l e r b y
p i t t i n g
