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如何优化离心泵的运行(二)

如何优化离心泵的运行(二)

Amin Almasi 泵沙龙
 2024年08月27日 07:01 
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不正确的管道设计/布置会导致泵系统出现水力不稳定和汽蚀等问题。为了防止汽蚀,重点应放在吸入管道和吸入系统的设计上。汽蚀、内部再循环和空气夹带会导致高水平的噪音和振动,从而对密封和轴承造成损害。


泵循环管路


当离心泵(尤其是小型离心泵)必须在不同的工作点运行时,可能需要循环管路将泵送的部分液体返回到泵吸入侧。这样,泵就能继续在BEP上高效可靠地运行。返回部分液体会浪费一些电能,但对于小型泵来说,浪费的电能可能微不足道。

应将循环液体输送回吸入源,而不是吸入管路或泵入口管。如果返回到吸入管路会导致泵吸入处产生湍流,造成运行问题甚至损坏。返回的液体应流回吸入源的另一侧,而不是泵的吸入点。通常情况下,适当的挡板布置或其它类似设计可确保返回液不会在吸入源处产生湍流。


并联运行


当无法使用单台大型泵或某些大流量应用时,通常需要多台小型泵并联运行。例如,一些泵制造商可能无法为大流量泵机组提供足够大的泵。有些服务要求的工作流量范围很大,单台泵无法经济地发挥作用。对于这些额定功率较高的服务,循环使用或在远离其BEP的情况下运行泵会造成严重的能源浪费和可靠性问题。

当泵并联运行时,每台泵产生的流量都低于单独运行时的流量。当两台相同的泵并联运行时,总流量小于每台泵流量的两倍。尽管有特殊的应用需求,但并联运行通常被用作最后的解决方案。例如,在许多情况下,如果可能,两台泵并联运行比三台或更多台泵并联运行更好。

泵的并联运行可能是一种危险且不稳定的操作。并联运行的泵需要仔细选型、小心操作和监控。每台泵的曲线(性能)都需要相似 - 误差在2 % 到3 % 之间。组合泵曲线必须保持相对平坦(对于并联运行的泵,API 610标准要求:至关死点,扬程上升量至少为额定流量点扬程的10 % - 泵沙龙注)。


泵管道


管道设计不当很容易导致泵振动过大、轴承问题、密封问题、泵零部件过早失效或灾难性故障。

吸入管道尤为重要,因为液体到达泵叶轮吸入孔时应具备合适的压力和温度等运行条件。顺畅、均匀的流动可降低汽蚀风险,使泵可靠运行。

管道和通道直径对扬程有很大影响。粗略估计,摩擦造成的压力损失与管道直径的五次方成反比。

例如,管道直径增加10 %,可以减少扬程损失约40 %。同样,管道直径增加约20 %,扬程损失可减少60 %。

换句话说,摩擦头损失将小于原直径压头损失的40 %。净正吸入压头(NPSH)在泵送应用中的重要性使泵吸入管道的设计成为一个重要因素。

吸入管道应尽可能简单、平直,总长度应最小。离心泵的直管段长度通常应为吸入管道直径的6至11倍,以避免湍流。

通常需要临时吸入过滤器,但通常不建议使用永久性吸入过滤器。


降低 NPSHR


与增加装置NPSH(NPSHA)相比,管道和流程工程师有时会尝试降低必需NPSH(NPSHR)。由于NPSHR是泵设计和泵转速的函数,因此降低NPSHR是一个困难且成本高昂的过程,可选方案不多。

叶轮吸入孔和泵的整体尺寸是泵设计和选择的重要考虑因素。叶轮吸入孔较大的泵可提供较小的 NPSHR。

但是,较大的叶轮吸入孔可能会导致一些操作和流体动力学问题,如再循环问题。转速较低的泵通常必需的NPSH较小;转速较高的泵必需的NPSH较大。

配备专门设计的大吸入孔叶轮的泵可能会导致高再循环问题,从而降低效率和可靠性。有些低NPSHR 泵设计的转速很低,以至于整体效率对应用来说并不经济。这些低转速泵的可靠性也很低。

大型高压泵受到实际场地的限制,如泵的位置和吸入容器/罐的布置,这使得最终用户无法找到NPSHR 满足限制的泵。

在许多翻新/改造项目中,现场布局无法改变,但现场仍需要一台大型高压泵。在这种情况下,应使用增压泵。

增压泵是一种低速泵,具有较低的NPSHR。增压泵的流量应与主泵相同。增压泵通常安装在主泵的上游附近。


确定振动原因


低流量(通常低于BEP流量的50 %)会导致若干流体动力学问题,包括汽蚀、内部再循环和空气夹带产生的噪音和振动。有些泵在流量非常低(有时低至BEP流量的35 %)时也能抵抗吸入再循环的不稳定性。

对于其它泵,吸入再循环可在BEP流量的75 %左右出现。吸入再循环会导致一些损坏和点蚀,通常发生在泵叶轮叶片的一半左右。

出口再循环是一种流体动力不稳定性,在低流量时也会出现。这种再循环可能是由于叶轮或叶轮盖板出口侧的间隙不当造成的。这也会导致点蚀和其它损坏。

液流中的蒸汽气泡会导致不稳定和振动。汽蚀通常会损坏叶轮的吸入口。汽蚀产生的噪音和振动可能与其它故障类似,但对泵叶轮上的点蚀和损坏位置进行检查通常可以发现根本原因。

气体夹带常见于泵送接近沸点的液体时,或复杂的吸入管道导致湍流发生时。

作者简介:Amin Almasi是澳大利亚的旋转机械顾问,曾是《Pumps & Systems》中东和北非地区的编辑顾问委员会成员。


泵沙龙注:封面图片来源于KSB。



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