漫谈管道直径和长度对离心泵性能要求的影响

有很多离心泵的选择标准，可以最大限度地提高离心泵的效率及运行可靠性，并确保有合适的设置，如：泵本身的规格（大小）；需要泵送的是哪种液体 - 液体的温度、密度、粘度、酸碱度和固体含量；叶轮尺寸及其与泵的连接类型；液体需要输送多远等等。事实上，这些都是重要因素。但还有一个重要因素你不能忘记：泵的进出口管道的配置。

事实上，管道可以证明与泵本身一样重要 - 如果不是更重要的话。一些看似无关紧要的因素，比如管道的布置角度，甚至它的直径等，都可能意味着液体的输送成功和失败之间的区别。本文将简要讨论各种应用对泵的要求，包括管道长度和直径如何发挥作用。

从本质上讲，离心泵及其相关系统很容易理解。根据PumpFundamentals.com的说法，“泵系统由泵、通常用于储存或供应液体的储罐，以及将液体从一个地方输送到另一个地方的管道或管子。系统的起点在吸入罐的自由表面，终点是管道出口或出口罐或储罐的自由表面。”然而，这种看似简单的系统在实际应用中会很快变得复杂。需要考虑如何确定特定系统的泵出口压力。

行业期刊《National Driller》解释说，“确定住宅供水系统中水泵所需的压力有三个因素”。这三个因素分别是提升压力（“将水从井下输送到压力罐所需的压力”）、家庭压力（“在住宅内正确给设备供水所需的压力”）和摩擦损失（“克服管道及配件中的摩擦所需的压力”）。同样，这听起来相对简单。然而，选型/设计或安装人员在进行这些计算时必须考虑多种因素。

让我们从提升压力开始。正如你可能已经猜到的那样，泵相对于其（泵送的）最终目的地的位置将显著影响成功输送液体所需的能量。我们都知道，将物体从高处移动到低处可以将重力转化为动能，从而减少所需的总能量。然而，当用户需要将液体从较低的位置输送到较高的位置时，系统将不得不提供额外的能量，有时甚至是巨大的能量。

为了确定所需的提升压力，必须首先确定以下内容：

1）静压头（通过确定泵叶轮中心线与出口管道最高点之间的距离来测量的高度）

2）摩擦损失（液体与管道内表面接触产生的阻力，以磅/平方英寸或PSI表示）

3）总动压头（静压头和摩擦损失之和）

我们将深入探讨计算本身的更多细节，但目前，了解总动压头只需提供一个特定点的测量值就足够了。不过，该点可以推断出静压头（英尺/米）与每分钟加仑数（GPM）/每分钟升数（LPM）流量之间的线性关系。这就是所谓的泵性能曲线，我们已经在这里详细介绍过。基本上，它标明了泵的性能范围，制造商会将其作为泵文件的一部分提供。

考虑到所有这些，让我们来看看摩擦损失以及它与管道直径和长度之间的相互作用。

摩擦损失的增加或减少取决于多种因素。例如，假设有三段直径相同但长度不同的管道。正如你所料，随着管道长度的增加，所需的PSI也会增加。这是因为随着时间的推移，随着液体接触更多的表面积，摩擦力会增加。

这对很多用户来说都是有道理的。然而，有时管道直径的影响会让他们大吃一惊。许多人似乎认为，较小的管道（直径）在输送液体时需要更少的能量。但事实恰恰相反，直径较大的管道所产生的PSI值较低，而直径较小的管道所产生的PSI值要大得多。

让我们用一个例子来说明这一点。假设你有两个不同的管道系统，都试图通过200英尺的管道输送15 GPM的液体。一个系统使用直径为1.5英寸的PVC管，需要2.2磅/平方英寸的PSI才能达到目标。但是，如果第二个系统使用直径为0.5英寸的管道系统呢？则需要高达610磅/平方英寸的PSI。

一旦你重新考虑摩擦损失的概念，就不难看出为什么会出现这种情况。在直径较小的管道中，更多的液体会与管道的内表面接触，从而减缓其流速。这就需要泵的更多输出来弥补差额。而在较大直径的管道中，与管道摩擦的液体较少，因此流速下降，所需的能量也较少。

当然，你可以更改管道内的流量，在尝试为你的最终用途构建最有效的泵系统时，尝试根据流量计算管道尺寸总是有意义的。事实上，在确定管道直径、长度和布置时，你应该考虑几个大概的经验法则。这些措施包括：

1）尽可能缩短吸入侧的管道。此外，在进入泵入口前应该有一直管段，直管段长度最好为泵入口通径的十倍。例如，1英寸的入口应该有10英寸的直管段。这样可以防止出现湍流。

2）尽量减少靠近泵入口的弯头数量，且尽可能采用大半径弯头。这也有助于保持稳定的液流进入泵内。

3）严禁将泵壳体作为管道的支撑。壳体承受额外应力的泵使用寿命会缩短。

1）使用与泵出口尺寸相同或更大的管道。如果使用较大的管道，则在距离出口通径十倍的地方开始使用较大的管道。例如，如果泵的出口通径为1英寸，则在距离泵出口10英寸处开始使用较大的管道。这将为泵提供背压，有助于泵的启动。

2）尽量减少弯头数量，且尽可能采用大半径弯头。