離心泵吸入口管道如何合理設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2025-01-03 08:46:26 發(fā)布人：泵閥
在工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇見買方/用戶詢問(wèn)這樣的問(wèn)題：離心泵入口管道布置有無(wú)直管段長(zhǎng)度要求？如果有，則有何依據(jù)？是否包含過(guò)渡段長(zhǎng)度？
現(xiàn)根據(jù)國(guó)內(nèi)外不同手冊(cè)/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中提供的成熟的工程實(shí)踐、部分結(jié)合作者實(shí)際工作應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，就如何合理設(shè)計(jì)離心泵吸入口管道給出總結(jié)及建議，希望有助于避免工程應(yīng)用中因吸入口設(shè)計(jì)不合理而造成泵組不正常的運(yùn)行。
相信很多離心泵制造商都遇到過(guò)這種情況：工況相同或相似，同一規(guī)格型號(hào)的泵運(yùn)行一直良好，性能、振動(dòng)和噪音也很正常，但卻在極個(gè)別項(xiàng)目中出現(xiàn)了嚴(yán)重的問(wèn)題：泵不僅出力不足，而且振動(dòng)、噪音嚴(yán)重超標(biāo)。原因何在？
一臺(tái)離心泵要想在（系統(tǒng)）流程中發(fā)揮出狀態(tài)，除了本身的設(shè)計(jì)制造品質(zhì)以外，還與外部條件因素密切相關(guān)。這里的外部條件因素主要包括：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工、接管載荷及熱膨脹值、泵進(jìn)/出口管道的布置及支撐、吸入口管道的設(shè)計(jì)及直管段長(zhǎng)度等。其中，常見的對(duì)離心泵性能會(huì)產(chǎn)生不利影響的主要因素為吸入口管道的設(shè)計(jì)及直管段的長(zhǎng)度。吸入管道的正確設(shè)計(jì)是決定輸送到泵的液體均勻性的關(guān)鍵。不穩(wěn)定的液流會(huì)導(dǎo)致泵性能的下降，并可能由于振動(dòng)和汽蝕而縮短泵的使用壽命。
1 不同手冊(cè)/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范對(duì)離心泵吸入管道設(shè)計(jì)要求
在很多工程應(yīng)用中，管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝往往并不受到人們的重視，但必須遵循一些基本的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。不合理的入口管道的設(shè)計(jì)和布置，可能會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題：
1）泵出力不足（流量減少、揚(yáng)程和效率下降）。
2）運(yùn)行期間噪音較大。
3）泵組振動(dòng)超標(biāo)。
4）軸承和機(jī)械密封過(guò)早失效。
5）泵其它零件過(guò)早磨損和失效，如耐磨環(huán)。
6）葉輪和泵殼發(fā)生汽蝕損害。
7）接口法蘭處發(fā)生泄漏。
除直管段長(zhǎng)度的要求沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以外，對(duì)于離心泵入口管道的設(shè)計(jì)，不同手冊(cè)/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的要求大同小異。
1）管道（布置）應(yīng)盡量“步步高”或“步步低”不出現(xiàn)或少出現(xiàn)氣袋和液袋，盡量避免死區(qū)。
2）對(duì)輸送含有固體顆粒的管道，為避免顆粒沉降堵塞管道，泵的分支管可采用大坡度或45°角連接。
3）對(duì)于側(cè)向吸入的泵，當(dāng)液體進(jìn)入泵管嘴時(shí)，如有偏流、渦流，則會(huì)破壞液體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)平衡，影響泵的揚(yáng)程和軸功率，同時(shí)由于液體進(jìn)入葉輪的角度與設(shè)計(jì)要求不同，會(huì)出現(xiàn)氣阻，造成振動(dòng)和噪聲，因而使泵的性能變劣、壽命縮短。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，側(cè)面吸入的離心泵入口和第1個(gè)管件之間要有一段長(zhǎng)度大于3倍管徑的直管段，然后才能連接彎頭。
4）對(duì)于雙吸離心泵，為使泵軸兩側(cè)推力相等、葉輪平衡，吸入管道應(yīng)有一段直管段。當(dāng)吸入管道與泵軸平行，在同一平面與泵連接時(shí)，泵吸入口法蘭前方應(yīng)有7DN以上的直管段，以防止由彎頭引起介質(zhì)偏流，從而降低泵效率和損傷葉輪；當(dāng)吸入管道與泵軸成直角和泵吸入嘴相接時(shí)，直管段可包括彎頭（半徑），也可把大小頭（過(guò)渡段）和切斷閥視作直管。若安裝直管段確有困難時(shí)，應(yīng)在泵管嘴附近安裝整流管或加導(dǎo)流板以防止偏流和渦流。
要求：
1）泵吸入管道在滿足熱應(yīng)力的前提下應(yīng)盡量短、少拐彎，在任何情況下入口管道不允許有“氣袋”。
2）雙吸入泵的吸入口應(yīng)設(shè)一段不小于3倍管徑長(zhǎng)的直管段，對(duì)大型泵應(yīng)有7倍管徑以上的直管段，以使液體平穩(wěn)入泵，避免產(chǎn)生偏流和旋轉(zhuǎn)流，引起泵振動(dòng)和產(chǎn)生噪音。
3）當(dāng)雙吸入泵的配管為上吸入時(shí)，不必考慮吸入口上所要求的直管段。垂直管道可以通過(guò)彎頭和異徑管與吸入管口直接相連……
《壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：
1）吸入管路的直徑不應(yīng)小于泵的入口直徑。
2）當(dāng)采用變徑管時(shí)，變徑管的長(zhǎng)度不應(yīng)小于管徑差的5倍~7倍。
3）吸入管道的安裝不得有空氣團(tuán)存在。
4）泵入口前的直管段長(zhǎng)度不應(yīng)小于入口直徑的3倍。
規(guī)定：
泵入口管道在進(jìn)口法蘭與第一只彎管、三通、閥門、減壓器、永久性過(guò)濾器或其它足以影響入口介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定的設(shè)備之間應(yīng)有一直管段，典型的直管段長(zhǎng)度為5倍管徑。
防止出現(xiàn)帶有空氣的自由表面渦流的措施 ：
1）改善流動(dòng)狀態(tài)，以避免流體出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或速度梯度增大（適當(dāng)?shù)墓芸趯挾扰c深度相結(jié)合，將大入口流速限制在0.5 m/s，又窄又長(zhǎng)的流道，足以將液流均勻地引向泵[6]）。
2）提高淹沒深度。
3）通過(guò)生鐵塊來(lái)達(dá)到防止出現(xiàn)空氣渦流的吸入水位。
4）在防止空氣渦流產(chǎn)生的水位區(qū)域內(nèi)安裝防止渦流產(chǎn)生的導(dǎo)流片。
提高淹沒深度，可以避免入口液流產(chǎn)生渦流，ANSI/HI 9.8對(duì)此進(jìn)行了相應(yīng)定義。為了防止產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流而需要的小淹沒深度S，部分是基于無(wú)量綱流動(dòng)參數(shù)定義為：
其中，F(xiàn)D = 弗勞德數(shù)，無(wú)量綱；
V = 基于D的吸入口流速 = 流量/面積；
D = 進(jìn)水喇叭或管子入口外徑；
g = 重力加速度
V、D和g必須使用一致的單位，以便FD為無(wú)量綱。小淹沒S應(yīng)根據(jù)（Hecker, G.E., 1987）：
這里，S的單位與D的單位一樣。
以泵進(jìn)水喇叭直徑D的倍數(shù)來(lái)確定液槽（sump）的尺寸是合適的?；?ldquo;D”的尺寸確定了液壓邊界的幾何相似性和流動(dòng)模式的動(dòng)態(tài)相似性。不同的泵型和制造商，喇叭口處的流速有一些變化。
防止出現(xiàn)水下渦流的措施 [5]：
1）改善流動(dòng)狀態(tài)，以避免流體出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或速度梯度增大。
2）使用帶導(dǎo)流片的導(dǎo)水錐。
3）通過(guò)肋筋或類似管件對(duì)近管壁處的流體流動(dòng)施加影響。
如果多臺(tái)泵安裝在一個(gè)單一的吸入結(jié)構(gòu)中，那么在每臺(tái)泵之間設(shè)置一分隔墻會(huì)產(chǎn)生比開放式水池中更好的流動(dòng)條件。如果不使用分隔墻，則會(huì)出現(xiàn)不利的流動(dòng)模式。對(duì)于設(shè)計(jì)流量大于315 l/s 的泵，需要在泵之間設(shè)置分隔墻。對(duì)于設(shè)計(jì)流量小于等于315 l/s 的泵，泵之間不需要分隔墻，小泵間距應(yīng)為2D [6]。
4 管道布置時(shí)避免出現(xiàn)氣囊
氣囊的存在，不僅可能直接影響到泵的性能（出力不足，甚至不出液），而且還可能會(huì)引起氣蝕。為了避免管道布置時(shí)出現(xiàn)氣囊。
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