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离心泵流速与压力的关系

返回列表 来源:江苏冠裕 浏览:580 发布日期:2021-04-30【

  流体流速增加,压力将下降;反之,流体流速降低,压力将增加。

  以飞机机翼为例,请看图1。空气在机翼下以一定的速度流动,而机翼上方的空气有较长的行进路径,如果它们要加入到机翼下方的空气流中,则必须增加流速。

  机翼上下空气流动示意图

  机翼下方的空气为大气压力,但是由于机翼上方的空气流动的速度较高,其压力将下降到低于大气压力,这导致大气压力推动机翼的底部,并提升它,使飞机及飞机内的乘客升空。空气流动如此,液体流动也是如此。

  (1) 通过在恒定流量下的模型试验来判别泵到用户现场是否会发生汽蚀。为此,以恒定的流量逐步减小吸入扬程,然后用快速摄像机观察叶轮入口处汽泡的发生、发展情况。对于NPSH3,将出口扬程下降3%作为汽蚀的判别依据;对于NPSH0,将扬程即将开始快速下降、但下降为0%作为汽蚀的判别依据;对于NPSHi,将第一只汽泡产生时作为汽蚀的判别依据。

  (2) 对于系统中正在运行的泵,如果听到泵内发生不规则的噼噼啪啪的噪音、并伴随着振动增加及泵性能的下降,说明发生了内部回流汽蚀。

  对于NPSHA - NPSHR之差值(即NPSH margin,称为安全裕量),安全裕量的大小取决于泵的设计、应用及材料等。

  在大多数泵系统中,NPSHA趋于随着流量的增加而减小。同样的,在大多数泵设计中,NPSH3趋于随着流量的增加而增加。因此,在系统设计之前,应考虑泵制造商的建议及其应用经验,检查并确认在所有预期运行的流量范围之内给出一个足够的安全裕量。

  不同的标准及规范、应用于不同场合的泵,安全裕量各有差异。但其最终目的就是确保泵在所有规定的运行工况下均不会发生汽蚀。

  1 UOP 5-11-7规范

  必须有一个0.6米或NPSHA的15%的安全裕量,两者之间取大值。而且该安全裕量包含在系统计算中,因此,只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。

  2 ANSI/API610标准第11版

  除了规定的NPSH3以外......通常希望有一个工作NPSH margin安全裕量,这个工作安全裕量足以在所有流量下(从最小连续稳定流量到最大预期运行流量)保护泵免遭回流、汽蚀引起的损坏。卖方应当根据具体的泵型和规定的使用条件推荐一个安全裕量。

  3 ANSI/HI 9.6.1标准[6]

  对于高或很高吸入能量的泵,在允许的操作范围内运行时,建议装置汽蚀余量是必需汽蚀余量的1.2到2.5倍。

  注:吸入能量=叶轮入口直径(英寸)×泵转速(rpm)×吸入比转速(GPM, ft, rpm)×液体的比重。对于端吸泵,将吸入能量≥160×106定义为高吸入能量泵;对于水平中开双吸泵,将吸入能量≥120×106定义为高吸入能量泵。很高吸入能量是高吸入能量值的1.5倍。为了便于估算,对于端吸型泵,可以假设叶轮入口(impeller eye)直径大约是泵入口(法兰)通径的90%;而对于双吸中开泵,叶轮入口直径取泵入口(法兰)通径的75%。

  4 GB/T16907-2014标准[7]

  NPSHA应有比NPSHR大10%的裕量,且该裕量不得小于0.5米。

  5 某外资公司

  对于没有规定汽蚀准则的泵,将扬程下降3%作为汽蚀的判别点。对于连续运行的大多数应用工况,要求有足够的安全裕量。这个要求的安全裕量:

  随着叶轮入口处圆周速度的增加而增加。

  如果采用抗汽蚀材料,则安全裕量可以适当减小。

  随着介质的腐蚀性增加而增加。

  取决于泵的运行条件、型式以及泵送介质的温度,例如介质为海水时,要求稍微高一点的安全裕量;介质为烃类时,要求稍微低一点的安全裕量。

  对于单级扬程高的吸入叶轮,装置汽蚀余量应为必需汽蚀余量的SA倍[8],SA的近似取值范围参见图2。其中,当叶轮采用抗汽蚀性能低的铸钢材料时,SA取上线;当叶轮采用抗汽蚀性能高的铬钢材料时,SA取下线。

  6 EBARA公司

  如果用户没有规定,对于VS6型泵,介质为水系时,EBARA公司安全裕量取0.6米;介质为油系时,安全裕量取0.3米。不过,在工程实践中对于石化工况,用户通常要求安全裕量达到1米。

  对于其它泵型,用户没有规定时,安全裕量通常不低于0.6米。

  7 ITT公司规定

  对于标准的低吸入能量泵,防止汽蚀发生的有效方法是保证系统的装置汽蚀余量大于泵的必需汽蚀余量。高吸入能量泵需要更高的安全裕量才能防止汽蚀的产生,执行ANSI/HI9.6.1标准的要求。

  8 KSB公司规定

  对于高或很高吸入能量泵,其装置汽蚀余量比ANSI/HI 9.6.1标准规定的为必需汽蚀余量的1.2到2.5倍要求更高。

  以某BB2型泵为例,该泵为单级双吸、径向剖分式泵,中心线支撑。由于转速较高,该泵配置前置(增压)泵。其主要参数如下:

  叶轮入口直径为375mm(14.76英寸),泵转速为5112 rpm,吸入比转速为9711(GPM, ft, rpm),介质的比重为0.8559。

  则:吸入能量 = 14.76 × 5112 × 9711 × 0.8859 ≈ 649 × 106

  很显然,这是一个很高吸入能量的泵。

  为了确保主给水泵在所有规定的运行工况内均不发生汽蚀,同时为了满足核电站对该泵60年的总体设计使用寿命要求(叶轮虽然属于泵的正常磨损件,但KSB公司确保在正常规定运行范围内,叶轮比通用泵具有更长的使用寿命 - 通常可达100000小时以上),KSB公司在经过40多年的设计和运行经验后,总结出以NPSHi作为主给水泵的必需汽蚀余量,并据此选择前置泵的扬程,见图3。

  必需汽蚀余量是泵设计过程中不得不面对的一个重要参数,其值的大小不仅直接影响到泵的运行性能、安全可靠性,而且还会影响到泵系统的设计、投资成本。在设计泵系统时,对于适当的泵提供适当的装置汽蚀余量是非常必要的。不适当的装置汽蚀余量不仅会严重限制泵的选择,而且可能被迫重新设计系统而付出高昂的代价。反之,提供过量的装置汽蚀余量会使系统成本不必要的增加。

  吸入比转速(也称汽蚀比转速)在这种情况下会很有帮助。吸入比转速是衡量一台离心泵吸入性能的一个指标,也是对内部回流敏感程度的一个评估尺度,其主要功能是用于预测(流量太小时)内部回流汽蚀。

  当汽蚀发生时,汽泡在高压区内连续发生爆裂(如果是由内部回流引起的汽蚀,可以听到泵内发出不规则的噼噼啪啪的声音),同时伴有高强度的撞击声,从而导致不可接受的噪音和振动、叶轮和泵壳体的损坏以及泵性能的下降(如流量减少、扬程下降等)。

  内部回流是引起泵汽蚀最主要和常见的原因,而吸入比转速是衡量一台离心泵吸入性能的一个指标,也是对内部回流敏感程度的一个评估尺度。

  根据汽蚀基本原理,吸入比转速越大则泵的抗汽蚀能力越好,但泵的效率则越低。

  之所以对吸入比转速给出限定值,是因为每台泵都有一个流量运行范围,在泵的运行范围之内,可接受的振动特性与吸入比转速密切相关。对于高吸入比转速的泵,当其在最高效率点附近运行时,叶轮入口处介质的流动较为稳定和均匀;而当流量不足、泵偏离最高效率点运行时,将会在叶轮的吸入口和吐出口产生内部回流、增加能量损失,导致泵的振动明显增大。


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