厂家告诉你如何合理(lǐ)设计离心泵吸入口管道精选

　　沈泉相信很(hěn)多(duō)离心泵制造商(shāng)都遇到过这种情况：工况相同或相似，同一规格型号的泵运行一直良好，性能(néng)、振动和噪音也很(hěn)正常，但却在G个别项目中出现了严重的问题：泵不仅出力不足，而且振动、噪音严重超标。那么原因到底是出在哪里?

　　一台离心泵要想在(系统)流程中发挥出其Z佳状态，除了本身的设计制造品质以外，还与外部条件因素密切相关。这里的外部条件因素主要包括：基础设计及施工、接管载荷及热膨胀值、泵进/出口管道的布置及支撑、吸入口管道的设计及直管段長(cháng)度等。其中，Z常见的对离心泵性能(néng)会产生不利影响的主要因素為(wèi)吸入口管道的设计及直管段的長(cháng)度。吸入管道的正确设计是决定输送到泵的液體(tǐ)均匀性的关键。不稳定的液流会导致泵性能(néng)的下降，并可(kě)能(néng)由于振动和汽蚀而缩短泵的使用(yòng)寿命。

　　在工作过程中，经常会遇见买方/用(yòng)户询问这样的问题：离心泵入口管道布置有(yǒu)没有(yǒu)直管段長(cháng)度要求?如果有(yǒu)，则有(yǒu)何依据?是否包含过渡段長(cháng)度?

　　现根据G内外不同手册/标准/规范中提供的成熟的工程实践、部分(fēn)结合作者实际工作应用(yòng)经验，就如何合理(lǐ)设计离心泵吸入口管道给出总结及建议，希望有(yǒu)助于避免工程应用(yòng)中因吸入口设计不合理(lǐ)而造成泵组不正常的运行。

　　一、不同手册/标准/规范对离心泵吸入管道设计要求

　　在很(hěn)多(duō)工程应用(yòng)中，管道系统的设计和安装往往并不受到人们的重视，但必须遵循一些基本的工程实践经验。不合理(lǐ)的入口管道的设计和布置，可(kě)能(néng)会带来一系列的问题：

　　1)泵出力不足(流量减少、扬程和效率下降)。

　　2)运行期间噪音较大。

　　3)泵组振动超标。

　　4)轴承和机械密封过早失效。

　　5)泵其它零件过早磨损和失效，如耐磨环。

　　6)叶轮和泵壳发生汽蚀损害。

　　7)接口法兰处发生泄漏。除直管段長(cháng)度的要求没有(yǒu)统一标准以外，对于离心泵入口管道的设计，不同手册/标准/规范的要求大同小(xiǎo)异。

　　《石油化工装置工艺管道安装设计手册》[1] 规定：

　　1)管道(布置)应尽量“步步高”或“步步低”不出现或少出现气袋和液袋，尽量避免死區(qū)。

　　2)对输送含有(yǒu)固體(tǐ)颗粒的管道，為(wèi)避免颗粒沉降堵塞管道，泵的分(fēn)支管可(kě)采用(yòng)大坡度或45°角连接。

　　3)对于侧向吸入的泵，当液體(tǐ)进入泵管嘴时，如有(yǒu)偏流、涡流，则会破坏液體(tǐ)在叶轮内的流动平衡，影响泵的扬程和轴功率，同时由于液體(tǐ)进入叶轮的角度与设计要求不同，会出现气阻，造成振动和噪声，因而使泵的性能(néng)变劣、寿命缩短。為(wèi)防止这种现象的发生，侧面吸入的离心泵入口和第1个管件之间要有(yǒu)一段長(cháng)度大于3倍管径的直管段，然后才能(néng)连接弯头。

　　4)对于双吸离心泵，為(wèi)使泵轴两侧推力相等、叶轮平衡，吸入管道应有(yǒu)一段直管段。当吸入管道与泵轴平行，在同一平面与泵连接时，泵吸入口法兰前方应有(yǒu)7DN以上的直管段，以防止由弯头引起介质偏流，从而降低泵效率和损伤叶轮;当吸入管道与泵轴成直角和泵吸入嘴相接时，直管段可(kě)包括弯头(半径)，也可(kě)把大小(xiǎo)头(过渡段)和切断阀视作直管。若安装直管段确有(yǒu)困难时，应在泵管嘴附近安装整流管或加导流板以防止偏流和涡流。

　　中G石化工程建设公司《泵配管设计规定 SEPD 0111-2001》和北京华福工程有(yǒu)限公司《泵配管设计规定 EM-PDW0111-2003》要求：

　　1)泵吸入管道在满足热应力的前提下应尽量短、少拐弯，在任何情况下入口管道不允许有(yǒu)“气袋”。

　　2)双吸入泵的吸入口应设一段不小(xiǎo)于3倍管径長(cháng)的直管段，对大型泵应有(yǒu)7倍管径以上的直管段，以使液體(tǐ)平稳入泵，避免产生偏流和旋转流，引起泵振动和产生噪音。

　　3)当双吸入泵的配管為(wèi)上吸入时，不必考虑吸入口上所要求的直管段。垂直管道可(kě)以通过弯头和异径管与吸入管口直接相连……

　　G标GB50275-2010《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》规定：

　　1)吸入管路的直径不应小(xiǎo)于泵的入口直径。

　　2)当采用(yòng)变径管时，变径管的長(cháng)度不应小(xiǎo)于管径差的5倍~7倍。

　　3)吸入管道的安装不得有(yǒu)空气团存在。

　　4)泵入口前的直管段長(cháng)度不应小(xiǎo)于入口直径的3倍。

　　API RP 686标准《机械设备安装和安装设计实践指南》[2] 规定：

　　泵入口管道在进口法兰与DY只弯管、三通、阀门、减压器、永久性过滤器或其它足以影响入口介质流态稳定的设备之间应有(yǒu)一直管段，典型的直管段長(cháng)度為(wèi)5倍管径。

　　在法GTECHNIP集团公司管道设计规定中要求：

　　对于“侧进侧出”形式的双吸泵，当吸入侧的DY个弯头是水平安装时，在泵的吸入端和DY个弯头之间应有(yǒu)至少5倍管径的直管段。反之当吸入侧的DY个弯头是垂直安装时，泵的吸入端的直管段可(kě)以忽略。川崎的管道设计规定中则要求单吸泵入口前的直管段長(cháng)度不应小(xiǎo)于入口直径3倍;双吸泵入口前的直管段長(cháng)度不应小(xiǎo)于入口直径的5倍。直管段是指离开大小(xiǎo)头(过渡段)的距离，临时过滤器包括在这个直管段中 [3]。

　　对于双吸离心泵，瑞士SULZER泵公司，要求至少7位管径以上的直管段 [4]。

　　二、入口必须有(yǒu)足够長(cháng)的直管段

　　从上述手册/标准/规范中可(kě)以看出，除了配管為(wèi)上吸入结构以外，其余型式的吸入结构泵入口直管段長(cháng)度Z好為(wèi)5倍~7倍入口直径。但是，实际工程应用(yòng)中，由于受现场空间或投资成本的限制无法满足上述要求。為(wèi)此，给出推荐的Z小(xiǎo)直管段長(cháng)度為(wèi)入口直径的3倍，并且直管段不包含过渡段長(cháng)度。

　　三、避免入口液流出现不稳定状态

　　紊流和涡流是泵(特别是湿坑式泵)吸入口Z常见的不利于泵组安全、稳定运行的一种流态，涡流包括自由表面涡流和液面以下涡流。

　　不稳定的入口液流会给泵带来如下不利影响：

　　1)流量、扬程特性的变化，并对泵的效率产生伤害。

　　2)当涡流通过叶轮叶片时，会激发振动。

　　3)叶轮径向力会增加。

　　4)诱导汽蚀。

　　防止出现带有(yǒu)空气的自由表面涡流的措施 [5]：

　　1)改善流动状态，以避免流體(tǐ)出现旋转或速度梯度增大(适当的管口宽度与深度相结合，将Z大入口流速限制在0.5 m/s，又(yòu)窄又(yòu)長(cháng)的流道，足以将液流均匀地引向泵[6])。

　　2)提高淹没深度。

　　3)通过生铁块来达到防止出现空气涡流的吸入水位。

　　4)在防止空气涡流产生的水位區(qū)域内安装防止涡流产生的导流片。

　　提高淹没深度，可(kě)以避免入口液流产生涡流，ANSI/HI 9.8对此进行了相应定义。為(wèi)了防止产生强烈的涡流而需要的Z小(xiǎo)淹没深度S，部分(fēn)是基于无量纲流动参数，即弗劳德数，定义為(wèi)：

　　其中，FD = 弗劳德数，无量纲;

　　V = 基于D的吸入口流速 = 流量/面积;

　　D = 进水喇叭或管子入口外径;

　　g = 重力加速度

　　V、D和g必须使用(yòng)一致的单位，以便FD為(wèi)无量纲。Z小(xiǎo)淹没S应根据(Hecker, G.E., 1987)：

　　这里，S的单位与D的单位一样。

　　以泵进水喇叭直径D的倍数来确定液槽(sump)的尺寸是合适的。基于“D”的尺寸确定了液压边界的几何相似性和流动模式的动态相似性。不同的泵型和制造商(shāng)，喇叭口处的流速有(yǒu)一些变化。

　　防止出现水下涡流的措施 [5]：

　　1)改善流动状态，以避免流體(tǐ)出现旋转或速度梯度增大。

　　2)使用(yòng)带导流片的导水锥。

　　3)通过肋筋或类似管件对近管壁处的流體(tǐ)流动施加影响。

　　如果多(duō)台泵安装在一个单一的吸入结构中，那么在每台泵之间设置一分(fēn)隔墙会产生比开放式水池中更好的流动条件。如果不使用(yòng)分(fēn)隔墙，则会出现不利的流动模式。对于设计流量大于315 l/s 的泵，需要在泵之间设置分(fēn)隔墙。对于设计流量小(xiǎo)于等于315 l/s 的泵，泵之间不需要分(fēn)隔墙，Z小(xiǎo)泵间距应為(wèi)2D [6]。

　　德GKSB公司所生产的大型立式循环水泵，一直以高效、可(kě)靠(振动小(xiǎo))而著称，在全球得到了广泛的应用(yòng)，然而，在G内某泵站实际应用(yòng)过程中却发生了振动严重超标的情况。经专家组综合评估，泵站进水池设计存在问题，导致出现大尺度涡街(jiē)，引起压力脉动，激发振动、诱导汽蚀。后来对进水池进行了“控涡技术(进水池组合式变高度导流墩+ 泵吸入口下部X型除涡板)”改造，泵运转恢复正常。

　　四、管道布置时避免出现气囊

　　气囊的存在，不仅可(kě)能(néng)直接影响到泵的性能(néng)(出力不足，甚至不出液)，而且还可(kě)能(néng)会引起气蚀。為(wèi)了避免管道布置时出现气囊，GB50275-2010 《风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范》对泵的吸入管道的安装，给出了参考示例，见图1。

　　图1 - 泵吸入管道的安装示例

　　示例说明：1. 空气团(气囊)2. 向泵方向下降3. 同心变径管4. 向泵方向上升5. 偏心变径管

　　五、含固體(tǐ)的液體(tǐ)吸入口结构的设计 [6]

　　对于许多(duō)常见的含固體(tǐ)的液體(tǐ)，需要约1.0 m/s以上的流速来防止水平管道中的沉降;低于0.6 m/s的流速通常对于有(yǒu)机固體(tǐ)是足够的。

　　距离泵(入口法兰至少)5倍吸入管径内不应有(yǒu)干扰流量的配件(如部分(fēn)打开的阀门、三通、短半径弯头等)，完全打开的、无流量干扰的阀门、叶片式弯头、長(cháng)半径弯头和异径管不被视為(wèi)流量干扰配件(参见图2和图3)。

　　图2 - 推荐的吸入口管道布置(D=管道直径)

　　图3 - 需要泵制造商(shāng)认可(kě)的近泵吸入管接头的示例

　　吸入管尺寸通常比泵上的入口管径大。在这种情况下，安装一只同心或偏心的异径管来适应管道尺寸的差异。对于水平吸入管道，偏心异径管的平直侧应位于顶部。对于泵附近没有(yǒu)弯曲的垂直管道，推荐使用(yòng)同心异径管。

　　当弯头与叶轮轴处于同一个平面时，推荐的双吸泵吸入管道直管段長(cháng)度。详见图4。

　　图4 -弯头与叶轮轴处于同一平面的双吸泵推荐的吸入管道

　　六、无限制吸入口的应用(yòng)经验 [6]

　　对于无限制吸入口的应用(yòng)经验，ANSI/HI 9.8中给出了明确的建议。无限制吸入口包括安装在平台或其它结构上的泵，这些吸入口缺少导向壁、集水槽壁或其它流动导向结构。典型的安装包括河流、运河或沟渠的入口以及湖(hú)泊的入口和位于海水系统平台上的泵。

　　带有(yǒu)无限制吸入口的泵通常位于发生单向错流的地方，或者在潮汐变化可(kě)能(néng)导致泵进水喇叭周围出现高度复杂的流體(tǐ)状态的平台上。从障碍物(wù)到泵吸入口任何可(kě)能(néng)导致尾流效应的推荐的Z小(xiǎo)距离是障碍物(wù)的Z大横截面尺寸的5倍。

　　如果碎屑或底部沉积物(wù)没有(yǒu)问题，入口喇叭应位于底部以上0.3D到0.5D处，以尽量减少水下涡流。对于底部碎屑悬浮物(wù)可(kě)能(néng)成為(wèi)问题的应用(yòng)，建议使用(yòng)5D的Z小(xiǎo)间隙。

　　对于安装在沿海平台上的泵，由于波浪的作用(yòng)，风暴期间沙子的悬浮是不可(kě)避免的。在某些情况下，在吸入口周围放置一层防护石可(kě)以有(yǒu)效地减少沉积物(wù)的悬浮。由于正确的防护设计需要专门的技术，这种防护层的设计应该在具有(yǒu)输沙和抛石设计经验的工程师的协助下进行。

　　对于无限制吸入口，碎屑是特别需要关注的。可(kě)以通过连接在泵入口喇叭上的滤网来适应轻载碎屑;而对于重载碎屑来说，需要特殊的设计考虑。

　　七、总结及建议

　　1)吸入管路的直径通常大于泵的入口直径，严禁出现缩径。

　　2)当配管為(wèi)端吸或侧面吸入时，吸入口推荐的Z小(xiǎo)直管段長(cháng)度為(wèi)入口直径的3倍，并且直管段不包含过渡段長(cháng)度。对于大型双吸入泵应有(yǒu)更大倍数管径的直管段，如5倍~7倍。

　　3)当配管為(wèi)上吸入(包括双吸入泵)时，可(kě)以不必考虑吸入口上所要求的直管段。

　　4)為(wèi)了避免出现自由表面涡流和液面以下涡流，应采取适当的预防措施。

　　5)吸入口结构应避免产生不对称流动模式的交叉流。对于设计流量大于315 l/s 的多(duō)台泵安装在一个单一的吸入结构中，需要在泵之间设置分(fēn)隔墙。

　　6)泵吸入管道在满足热应力的前提下应尽量短、少拐弯，在任何情况下，入口管道不允许有(yǒu)气囊存在。

　　7)对于含固體(tǐ)的液體(tǐ)，需要约1.0 m/s 以上的流速来防止水平管道中的沉降;低于0.6 m/s 的流速通常对于有(yǒu)机固體(tǐ)是足够的。

　　8)对于无限制吸入口，不同工况入口喇叭与底部之间的间隙不同，底部设计也不尽相同。

　　好了以上内容由上海沈泉离心泵厂家為(wèi)大家提供，希望能(néng)够对大家有(yǒu)所帮助。若是有(yǒu)意了解更多(duō)相关内容，可(kě)持续关注本站，沈泉将会大家时时更新(xīn)更多(duō)相关内容。

本文(wén)参考资料来源： 中國(guó)泵阀网 泵阀商(shāng)務(wù)网 中國(guó)知网