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The Hydraulic Specification水力设计规范

Centrifugal Pumps学习笔记:

1. The calculation is invariably based on the best efficiency point, defined by:Qopt, Hopt at a specified speed n. If the planned main operating point, or the  rated flow QR, in the plant does not coincide with the best efficiency point, the  design flow rate Qopt should be selected so that the condition 0.8 < QR/Qopt < 1.1 is satisfied.

一般情况下水力的高效点应该要在设计流量点,比如设计流量350m³,那么泵的性能曲线中最高效率点最好在350m³附近,如果无法精确控制高效点,也必须满足高效点在设计流量点的0.8~1.1倍,这个区间被称之为优先工作区,在这个流量区间内,泵的性能都是可以接受的!

2.The maximum flow rate Qmax should be defined to check the cavitation characteristics.To do so, the planned mode of operation must be known.

当进口压力越低的时候,越容易发生汽蚀(空化),所以在做泵的汽蚀性能试验时,应该选择这台泵正常运行工况中的最大流量点来试验,因为相同的进口面积下,流量越大流速越高,导致进口压力越来越低,更容易发生空化。如果查阅过泵的性能曲线,可以看到汽蚀曲线NPSHr值是随着流量Q的增大而逐渐上升的。

3.In most applications a “stable” Q-H-curve is demanded where the head rises continuously when the flow rate is reduced.

在大部分应用中对泵提出的要求都是要有稳定的运行曲线,随着流量减小,扬程是稳定增大的,不能出现随着流量增大扬程曲线出现驼峰的情况(轴流泵除外),也即泵的关死点扬程最大!

4.The shut-off head Ho is often limited because of its impact on pipeline design pressure and costs. At nq < 40, a head rise of 1.2 < Ho/Hopt < 1.25 is desired(as close as possible to, but not lower than, 1.2).

关死点的扬程通常受到管路的限制,对于比转速低于40的泵来说,关死点扬程与额定工况点的扬程比值应该在1.2!1.25倍,也就是说从额定点到关死点的扬程升量至少为1.2倍,根据API610的设计标准,对于并联运行的泵从额定点到关死点扬程升量至少为1.1倍。

关于如何估算关死点的压力值,这里提供行业大V“泵沙龙”提供的计算示例:

某台泵已知参数:

最大吸入压力 = 43 barg;

介质密度 = 1000 kg/m3;

额定扬程 = 149 m。

关死点压力的估算:

首先,我们估算最大扬程。通过普通离心泵,最大关死点扬程等于149×1.2 = 178.8(m);如果考虑到测试允差(8 %,见API标准表16),则带最大正公差的最大关死点扬程为178.8×1.08 = 193.1(m)。

现将此扬程换算成压力 = 193.1(带最大正公差的最大关死点扬程)×9.81(重力加速度)×1000(水的密度)/100000(单位转换成bar)= 18.94(bar)

则最大关死点压力为18.94 + 43 = 61.94(bar)

同样的方法,我们可以估算出最低扬程。带最大负公差的最小关死点扬程为149×1.1×(1-0.08)= 150.8(m)

换算成压力 = 150.8×9.81×1000/100000 = 14.79(bar)

则最小关死点压力为14.79 + 43 = 57.79(bar)

然而,在实际工程应用中,对于一些高能泵,从额定点到关死点的扬程上升量通常会达到甚至超过30 %。为此,在估算实际关死点压力时,应向泵制造商咨询。或者,出于对下游管道及设备的安全考虑,《泵沙龙》建议在估算的最小关死点压力基础上乘以1.3/最大关死点压力基础上乘以1.2的安全系数。最大关死点压力可取:61.94×1.2 ≈75(bar)。

关于更多的9种关死点扬程计算方法以及算法优劣对比,可以点击下方链接查看文档:

点我打开

5.With semi-axial and axial pumps nq > 100, both shut-off head Ho and power Po must be kept as low as possible because Po determines the size of the motor when Po > Popt.

对于混流泵和轴流泵(比转速大于100),关死点扬程和功率要尽可能低,这样可以选择功率更小的电机,如果查阅过泵的功率曲线,随着流量的增大,功率也是逐渐上升的。

6.The cavitation characteristics must satisfy three criteria: (1) the pump must be able to operate in the planned range; (2) cavitation noise and vibrations must be limited; (3) no cavitation damage.

泵的空化性能满足有以下3个指标:首先泵要能正常运行,介质要能送的出去;另外即便发生汽蚀但是振动和噪音要在标准范围以内;不产生空蚀。

空蚀的破坏能力要远大于汽蚀!

7.The hydraulic configuration is – sometimes profoundly – affected by the requirements of the mechanical design such as: the pump type, the longitudinal section of the pump, the required shaft diameter (criteria: torque, sag due to gravity or radial thrust, critical speed), impeller mounting (slide-fit, shrink-fit,shaft protection sleeves), annular seal clearances, axial thrust balancing (leakage) and the manufacturing costs.

水力设计要根据结构的需要做出适当牺牲和改变,比如泵的类型,泵轴的尺寸(根据扭矩校核强度、受径向力或者轴向力、临界转速是否能够满足),叶轮的安装尺寸等,比较经典的是BB1吸水室的设计,由于结构需要在吸水室和压水室之间的部分需要安装口环,根据口环的结构尺寸导致了我们水力设计截面变成了红色圈中标识的结构,如果整体都按照口环宽度设计壁厚,那泵重量以及成本将会显著上升!
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另外一种设计如果不考虑结构的话,内部就可以设计成下图所示这种截面!
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8.The manufacturing process envisaged for the hydraulic components and/or the patterns may have an influence on the hydraulic design as well, e.g. on the draft to be applied on the blades for cast components or if sheet metal is used for making the impellers and diffusers. Likewise, the materials must be considered e.g. metal versus plastics or ceramics

水力设计不仅要考虑水力性能,还要考虑加工和铸造能否实现,经典的比如对于OH系列的双蜗壳压水室设计,如果大家见过这样的水力图,其中的隔板并不是水平布置的,有2°的倾角,我想这是在拔模的时候可以更容易吧!
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Over!


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