离心泵吸入口管道如何合理设计
发布时间：2025-01-03 08:46:26 发布人：泵阀
在工作过程中，经常会遇见买方/用户询问这样的问题：离心泵入口管道布置有无直管段长度要求？如果有，则有何依据？是否包含过渡段长度？
现根据国内外不同手册/标准/规范中提供的成熟的工程实践、部分结合作者实际工作应用经验，就如何合理设计离心泵吸入口管道给出总结及建议，希望有助于避免工程应用中因吸入口设计不合理而造成泵组不正常的运行。
相信很多离心泵制造商都遇到过这种情况：工况相同或相似，同一规格型号的泵运行一直良好，性能、振动和噪音也很正常，但却在极个别项目中出现了严重的问题：泵不仅出力不足，而且振动、噪音严重超标。原因何在？
一台离心泵要想在（系统）流程中发挥出状态，除了本身的设计制造品质以外，还与外部条件因素密切相关。这里的外部条件因素主要包括：基础设计及施工、接管载荷及热膨胀值、泵进/出口管道的布置及支撑、吸入口管道的设计及直管段长度等。其中，常见的对离心泵性能会产生不利影响的主要因素为吸入口管道的设计及直管段的长度。吸入管道的正确设计是决定输送到泵的液体均匀性的关键。不稳定的液流会导致泵性能的下降，并可能由于振动和汽蚀而缩短泵的使用寿命。
1 不同手册/标准/规范对离心泵吸入管道设计要求
在很多工程应用中，管道系统的设计和安装往往并不受到人们的重视，但必须遵循一些基本的工程实践经验。不合理的入口管道的设计和布置，可能会带来一系列的问题：
1）泵出力不足（流量减少、扬程和效率下降）。
2）运行期间噪音较大。
3）泵组振动超标。
4）轴承和机械密封过早失效。
5）泵其它零件过早磨损和失效，如耐磨环。
6）叶轮和泵壳发生汽蚀损害。
7）接口法兰处发生泄漏。
除直管段长度的要求没有统一标准以外，对于离心泵入口管道的设计，不同手册/标准/规范的要求大同小异。
1）管道（布置）应尽量“步步高”或“步步低”不出现或少出现气袋和液袋，尽量避免死区。
2）对输送含有固体颗粒的管道，为避免颗粒沉降堵塞管道，泵的分支管可采用大坡度或45°角连接。
3）对于侧向吸入的泵，当液体进入泵管嘴时，如有偏流、涡流，则会破坏液体在叶轮内的流动平衡，影响泵的扬程和轴功率，同时由于液体进入叶轮的角度与设计要求不同，会出现气阻，造成振动和噪声，因而使泵的性能变劣、寿命缩短。为防止这种现象的发生，侧面吸入的离心泵入口和第1个管件之间要有一段长度大于3倍管径的直管段，然后才能连接弯头。
4）对于双吸离心泵，为使泵轴两侧推力相等、叶轮平衡，吸入管道应有一段直管段。当吸入管道与泵轴平行，在同一平面与泵连接时，泵吸入口法兰前方应有7DN以上的直管段，以防止由弯头引起介质偏流，从而降低泵效率和损伤叶轮；当吸入管道与泵轴成直角和泵吸入嘴相接时，直管段可包括弯头（半径），也可把大小头（过渡段）和切断阀视作直管。若安装直管段确有困难时，应在泵管嘴附近安装整流管或加导流板以防止偏流和涡流。
要求：
1）泵吸入管道在满足热应力的前提下应尽量短、少拐弯，在任何情况下入口管道不允许有“气袋”。
2）双吸入泵的吸入口应设一段不小于3倍管径长的直管段，对大型泵应有7倍管径以上的直管段，以使液体平稳入泵，避免产生偏流和旋转流，引起泵振动和产生噪音。
3）当双吸入泵的配管为上吸入时，不必考虑吸入口上所要求的直管段。垂直管道可以通过弯头和异径管与吸入管口直接相连……
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》规定：
1）吸入管路的直径不应小于泵的入口直径。
2）当采用变径管时，变径管的长度不应小于管径差的5倍~7倍。
3）吸入管道的安装不得有空气团存在。
4）泵入口前的直管段长度不应小于入口直径的3倍。
规定：
泵入口管道在进口法兰与第一只弯管、三通、阀门、减压器、永久性过滤器或其它足以影响入口介质流态稳定的设备之间应有一直管段，典型的直管段长度为5倍管径。
防止出现带有空气的自由表面涡流的措施 ：
1）改善流动状态，以避免流体出现旋转或速度梯度增大（适当的管口宽度与深度相结合，将大入口流速限制在0.5 m/s，又窄又长的流道，足以将液流均匀地引向泵[6]）。
2）提高淹没深度。
3）通过生铁块来达到防止出现空气涡流的吸入水位。
4）在防止空气涡流产生的水位区域内安装防止涡流产生的导流片。
提高淹没深度，可以避免入口液流产生涡流，ANSI/HI 9.8对此进行了相应定义。为了防止产生强烈的涡流而需要的小淹没深度S，部分是基于无量纲流动参数定义为：
其中，FD = 弗劳德数，无量纲；
V = 基于D的吸入口流速 = 流量/面积；
D = 进水喇叭或管子入口外径；
g = 重力加速度
V、D和g必须使用一致的单位，以便FD为无量纲。小淹没S应根据（Hecker, G.E., 1987）：
这里，S的单位与D的单位一样。
以泵进水喇叭直径D的倍数来确定液槽（sump）的尺寸是合适的。基于“D”的尺寸确定了液压边界的几何相似性和流动模式的动态相似性。不同的泵型和制造商，喇叭口处的流速有一些变化。
防止出现水下涡流的措施 [5]：
1）改善流动状态，以避免流体出现旋转或速度梯度增大。
2）使用带导流片的导水锥。
3）通过肋筋或类似管件对近管壁处的流体流动施加影响。
如果多台泵安装在一个单一的吸入结构中，那么在每台泵之间设置一分隔墙会产生比开放式水池中更好的流动条件。如果不使用分隔墙，则会出现不利的流动模式。对于设计流量大于315 l/s 的泵，需要在泵之间设置分隔墙。对于设计流量小于等于315 l/s 的泵，泵之间不需要分隔墙，小泵间距应为2D [6]。
4 管道布置时避免出现气囊
气囊的存在，不仅可能直接影响到泵的性能（出力不足，甚至不出液），而且还可能会引起气蚀。为了避免管道布置时出现气囊。
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