離心泵吸入口管道如何合理設(shè)計
發(fā)布時間：2025-01-03 08:46:26 發(fā)布人：泵閥
在工作過程中，經(jīng)常會遇見買方/用戶詢問這樣的問題：離心泵入口管道布置有無直管段長度要求？如果有，則有何依據(jù)？是否包含過渡段長度？
現(xiàn)根據(jù)國內(nèi)外不同手冊/標準/規(guī)范中提供的成熟的工程實踐、部分結(jié)合作者實際工作應用經(jīng)驗，就如何合理設(shè)計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用中因吸入口設(shè)計不合理而造成泵組不正常的運行。
相信很多離心泵制造商都遇到過這種情況：工況相同或相似，同一規(guī)格型號的泵運行一直良好，性能、振動和噪音也很正常，但卻在極個別項目中出現(xiàn)了嚴重的問題：泵不僅出力不足，而且振動、噪音嚴重超標。原因何在？
一臺離心泵要想在（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)計及施工、接管載荷及熱膨脹值、泵進/出口管道的布置及支撐、吸入口管道的設(shè)計及直管段長度等。其中，常見的對離心泵性能會產(chǎn)生不利影響的主要因素為吸入口管道的設(shè)計及直管段的長度。吸入管道的正確設(shè)計是決定輸送到泵的液體均勻性的關(guān)鍵。不穩(wěn)定的液流會導致泵性能的下降，并可能由于振動和汽蝕而縮短泵的使用壽命。
1 不同手冊/標準/規(guī)范對離心泵吸入管道設(shè)計要求
在很多工程應用中，管道系統(tǒng)的設(shè)計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踐經(jīng)驗。不合理的入口管道的設(shè)計和布置，可能會帶來一系列的問題：
1）泵出力不足（流量減少、揚程和效率下降）。
2）運行期間噪音較大。
3）泵組振動超標。
4）軸承和機械密封過早失效。
5）泵其它零件過早磨損和失效，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。
除直管段長度的要求沒有統(tǒng)一標準以外，對于離心泵入口管道的設(shè)計，不同手冊/標準/規(guī)范的要求大同小異。
1）管道（布置）應盡量“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）對于側(cè)向吸入的泵，當液體進入泵管嘴時，如有偏流、渦流，則會破壞液體在葉輪內(nèi)的流動平衡，影響泵的揚程和軸功率，同時由于液體進入葉輪的角度與設(shè)計要求不同，會出現(xiàn)氣阻，造成振動和噪聲，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個管件之間要有一段長度大于3倍管徑的直管段，然后才能連接彎頭。
4）對于雙吸離心泵，為使泵軸兩側(cè)推力相等、葉輪平衡，吸入管道應有一段直管段。當吸入管道與泵軸平行，在同一平面與泵連接時，泵吸入口法蘭前方應有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；當吸入管道與泵軸成直角和泵吸入嘴相接時，直管段可包括彎頭（半徑），也可把大小頭（過渡段）和切斷閥視作直管。若安裝直管段確有困難時，應在泵管嘴附近安裝整流管或加導流板以防止偏流和渦流。
要求：
1）泵吸入管道在滿足熱應力的前提下應盡量短、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設(shè)一段不小于3倍管徑長的直管段，對大型泵應有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，引起泵振動和產(chǎn)生噪音。
3）當雙吸入泵的配管為上吸入時，不必考慮吸入口上所要求的直管段。垂直管道可以通過彎頭和異徑管與吸入管口直接相連……
《壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定：
1）吸入管路的直徑不應小于泵的入口直徑。
2）當采用變徑管時，變徑管的長度不應小于管徑差的5倍~7倍。
3）吸入管道的安裝不得有空氣團存在。
4）泵入口前的直管段長度不應小于入口直徑的3倍。
規(guī)定：
泵入口管道在進口法蘭與第一只彎管、三通、閥門、減壓器、永久性過濾器或其它足以影響入口介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定的設(shè)備之間應有一直管段，典型的直管段長度為5倍管徑。
防止出現(xiàn)帶有空氣的自由表面渦流的措施 ：
1）改善流動狀態(tài)，以避免流體出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或速度梯度增大（適當?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）通過生鐵塊來達到防止出現(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對此進行了相應定義。為了防止產(chǎn)生強烈的渦流而需要的小淹沒深度S，部分是基于無量綱流動參數(shù)定義為：
其中，F(xiàn)D = 弗勞德數(shù)，無量綱；
V = 基于D的吸入口流速 = 流量/面積；
D = 進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為無量綱。小淹沒S應根據(jù)（Hecker, G.E., 1987）：
這里，S的單位與D的單位一樣。
以泵進水喇叭直徑D的倍數(shù)來確定液槽（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模式的動態(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）使用帶導流片的導水錐。
3）通過肋筋或類似管件對近管壁處的流體流動施加影響。
如果多臺泵安裝在一個單一的吸入結(jié)構(gòu)中，那么在每臺泵之間設(shè)置一分隔墻會產(chǎn)生比開放式水池中更好的流動條件。如果不使用分隔墻，則會出現(xiàn)不利的流動模式。對于設(shè)計流量大于315 l/s 的泵，需要在泵之間設(shè)置分隔墻。對于設(shè)計流量小于等于315 l/s 的泵，泵之間不需要分隔墻，小泵間距應為2D [6]。
4 管道布置時避免出現(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），而且還可能會引起氣蝕。為了避免管道布置時出現(xiàn)氣囊。
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