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關(guān)鍵詞：離心泵；管路設(shè)計(jì)；安裝；問題；改進(jìn)離心在如何提高泵的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、壽命及效率等方面的研究與探索中，人們往往將注意力集中在泵的本身上，出現(xiàn)故障時(shí)，也僅僅是孤立而被動(dòng)地對(duì)泵進(jìn)行檢修，卻普遍忽視了與之作為一個(gè)有機(jī)整體的管路系統(tǒng)，因而往往達(dá)不到預(yù)期的效果。離心泵的特性曲線上每一個(gè)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)一組參數(shù)(H、Q、P、η)，通常人們都希望泵能在對(duì)應(yīng)最高效率點(diǎn)的工況下工作，但是并不一定能做到。這是因?yàn)楸迷谶\(yùn)行時(shí)，在特性曲線的哪一點(diǎn)工作，是由泵特性曲線和管道特性曲線共同決定的，二曲線的交叉點(diǎn)才是實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)。如岳陽紙業(yè)集團(tuán)化學(xué)木漿系統(tǒng)用于輸送細(xì)漿到氯化工序的細(xì)漿泵，因管路原因，泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)很遠(yuǎn)，實(shí)際流量與設(shè)計(jì)值相差較大，生產(chǎn)中造成氯化工序斷漿的事故時(shí)有發(fā)生。筆者對(duì)其進(jìn)出口管道進(jìn)行改進(jìn)后，泵送流量即明顯提高。可見正確的管路設(shè)計(jì)與安裝，是離心泵高效運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保證。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)例及使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)離心泵管路的設(shè)計(jì)與安裝中普遍存在的問題進(jìn)行分析，以期探討正確的管路設(shè)計(jì)與安裝，以提高離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命與效率?！?管管路熱脹冷縮的影響離心就碳鋼管材來說，其熱脹冷縮量與溫差及初始長度成正比，而與管徑和壁厚無關(guān)。當(dāng)管線熱脹冷縮時(shí)不能自由伸縮，便會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。其計(jì)算公式分別為：離心△L＝α(t-t0)L (1)離心σ＝E△L/L (2)式中：△L—熱脹冷縮量，mm離心α—線膨脹系數(shù)，1/℃離心t0和t—安裝時(shí)的溫度和實(shí)際使用時(shí)的溫度，℃離心L—管線初始長度，mm離心σ—熱應(yīng)力，MPa離心E—彈性模量，MPa離心將式(1)代入式(2)中，則熱應(yīng)力為：離心σ＝Eα(t-t0) (3)離心在制漿造紙廠中，有許多熱的流體需要泵送，如黑液、洗滌熱水、噴放鍋出漿等，這些流體溫度一般均在80℃以上，管道安裝及停機(jī)時(shí)的管道溫度與輸送流體時(shí)的溫度相差很大，因熱脹冷縮，抽送這些流體的管道伸縮量大，然而管道與泵的進(jìn)出口及與抽送槽、罐普遍均為剛性聯(lián)接，管道無法自由伸縮，從而產(chǎn)生管道熱應(yīng)力，并最終傳遞到泵上，正是這種周期性的熱應(yīng)力，極大地影響了泵的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命和管道的使用周期。離心因管道熱應(yīng)力的影響，岳陽紙業(yè)集團(tuán)化學(xué)木漿噴放鍋抽漿泵(底座式結(jié)構(gòu))故障曾一度相當(dāng)頻繁，雖然圍繞抽漿泵本身采取了許多辦法，但效果均不太理想，最后在管道的熱脹冷縮上才找到了真正的原因。在進(jìn)口管道上增加一節(jié)金屬彈簧軟管后，問題得到了解決。該抽漿泵進(jìn)口管道長度為L＝12m左右，抽送的粗漿溫度在100℃以上，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，普通碳鋼的線膨脹系數(shù)為α＝12×10-6/℃(20～100℃)，彈性模量為E＝206000MPa，假設(shè)安裝時(shí)的環(huán)境溫度為t0＝30℃，根據(jù)式(1)，則開機(jī)時(shí)的管道伸長量為：離心12×10-6×(100-30)×12000≈10mm離心根據(jù)式(3)，管道熱應(yīng)力：離心206000×12×10-6×(100-30)＝173.04MPa離心通過上面的計(jì)算結(jié)果，就不難理解抽漿泵為什么故障頻繁了，幸虧因進(jìn)口管道拐了二次彎，對(duì)熱脹冷縮起了一定的補(bǔ)償作用，降低了熱應(yīng)力，才沒有導(dǎo)致更嚴(yán)重的設(shè)備事故。從式(3)還可以看出，應(yīng)力與管道長度并無關(guān)系，因此，對(duì)于用來輸送熱流體的管道，當(dāng)溫差較大時(shí)，為了避免熱脹冷縮而產(chǎn)生巨大的管道熱應(yīng)力，必須允許管道與泵有一定的位移自由度。比較好的解決方法是在泵的進(jìn)出口不遠(yuǎn)的管道中設(shè)置一節(jié)伸縮接頭或金屬彈簧軟管，以補(bǔ)償管道伸縮，消除管道熱應(yīng)力。這樣做的另一個(gè)好處是還可以將管道振動(dòng)隔開，避免振動(dòng)傳遞到泵上，產(chǎn)生互振，且方便安裝，消除安裝誤差所產(chǎn)生的安裝應(yīng)力。另外一個(gè)減小管道應(yīng)力破壞的辦法是在離泵不遠(yuǎn)處，將管道轉(zhuǎn)90°的彎，且管道可在支座上自由滑動(dòng)，當(dāng)然，這種辦法必須以不影響泵的效率為前提。　2口進(jìn)口管道的結(jié)構(gòu)離心離心泵的水力技術(shù)理論表明：進(jìn)口管道及進(jìn)口流體流動(dòng)狀態(tài)直接影響離心泵的效率、汽蝕性能和運(yùn)行穩(wěn)定性。但泵的進(jìn)口管道的結(jié)構(gòu)又在很大程度上決定著進(jìn)口流體的流動(dòng)狀態(tài)。然而，新安裝一臺(tái)泵時(shí)，人們考慮較多的是泵的安裝與檢修方便以及設(shè)備布局的緊湊與美觀，而甚少去顧及或考慮進(jìn)口管道的一般性水力技術(shù)要求。比較普遍存在的進(jìn)口管道的結(jié)構(gòu)毛病主要有：進(jìn)口管道長度過長或過短、直徑過小、管道不順暢、閥門或彎頭與泵的進(jìn)口法蘭直接聯(lián)接等。我公司化學(xué)木漿系統(tǒng)用于輸送細(xì)漿池細(xì)漿到氯化工序的LK-150泵，設(shè)計(jì)流量為200m3/h，揚(yáng)程為20m，但實(shí)際流量僅為設(shè)計(jì)值的一半左右，生產(chǎn)中氯化工序經(jīng)常出現(xiàn)斷漿情況，原細(xì)漿泵的進(jìn)口管道結(jié)構(gòu)如圖1所示。顯然，這種極不光滑且急劇轉(zhuǎn)彎的進(jìn)口管道結(jié)構(gòu)阻力較大，嚴(yán)重影響介質(zhì)流動(dòng)。特別對(duì)于象纖維懸浮液一類的粘度較大的流體來說，當(dāng)漿料濃度稍高時(shí)，還經(jīng)常容易發(fā)生抽不動(dòng)的情況。筆者將備用泵取消，進(jìn)口管道拉直后，泵送流量明顯提高，斷漿現(xiàn)象甚少發(fā)生。通常情況下，因空間較小或者是為了布局緊湊美觀，人們往往犧牲泵的進(jìn)口水力技術(shù)要求來容下備用泵的擺放，以達(dá)到圖1 細(xì)漿泵進(jìn)口管道結(jié)構(gòu)1-備用泵 2-主泵 3-細(xì)漿池泵出現(xiàn)故障時(shí)不影響生產(chǎn)的目的。實(shí)踐證明，有時(shí)候這是一種得不償失的做法，使兩臺(tái)泵的效率均不能得到充分發(fā)揮，不但造成設(shè)備資源的浪費(fèi)，而且可能事與愿違，影響生產(chǎn)。又如我公司化學(xué)木漿系統(tǒng)蒸煮藥液循環(huán)泵，進(jìn)出口直徑均為DN250，其進(jìn)口管道結(jié)構(gòu)如圖2所示。原來考慮藥液循環(huán)泵的能力大，從計(jì)量槽抽吸的藥液量相對(duì)較小，故其管徑取為DN100。當(dāng)從計(jì)量槽抽吸藥液到蒸煮鍋時(shí)，循環(huán)泵的振動(dòng)很大，因藥液的溫度較高(80℃左右)，往往很容易誤導(dǎo)人們把原因全部歸結(jié)于藥液溫度較高，因產(chǎn)生汽蝕而引起泵的振動(dòng)。其實(shí)這只是其中一個(gè)原因，另一個(gè)重要的原因恰恰就是循環(huán)泵能力太大，進(jìn)口管徑過小，致使泵處于與設(shè)計(jì)工況相差甚遠(yuǎn)的小流量工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。研究資料表明，泵在小流量工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不但容易產(chǎn)生低頻汽蝕脈沖，而且泵的轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)撓度圖2 藥液循環(huán)泵進(jìn)口管道結(jié)構(gòu)1-加黑液入口 2-計(jì)量槽藥液入3-循環(huán)藥液入口 4-藥液循環(huán)泵比正常工況下要大許多倍，因而在此工況下運(yùn)轉(zhuǎn)易產(chǎn)生較大的振動(dòng)，將抽吸計(jì)量槽藥液的進(jìn)口管道直管徑改為DN200后，振動(dòng)現(xiàn)象大大減小。離心以上事例說明，正確的布置進(jìn)口管道是十分重要的。實(shí)際中比較普遍存在并需要加以注意的問題主要有：(1)一般情況下，進(jìn)口管道直徑應(yīng)比泵入口直徑大一個(gè)尺寸等級(jí)，使流體在泵的葉輪入口前有一定的收縮，以便流速分布比較均勻，故此須插入一個(gè)偏心大小頭，且管頂取平，結(jié)構(gòu)如圖3所示。進(jìn)口管中不應(yīng)設(shè)置同心大小頭，以避免形成“氣囊”，但這種現(xiàn)象在現(xiàn)有的管路中存在相當(dāng)普遍；(2)為了讓收縮后的流體比較均勻溫和地進(jìn)入吸入室，在泵的入口前還需要有一段直管，以起到整流的作用，單吸泵的直管長度應(yīng)不小于吸入口直徑的3倍，雙吸泵的直管長度應(yīng)不小于吸入口直徑的7～10倍；(3)吸入管道中應(yīng)盡量不設(shè)置彎頭，如確需要，也應(yīng)采用大曲率半徑的彎頭；(4)閥門應(yīng)盡量遠(yuǎn)離泵的入口安裝；(5)吸入管道應(yīng)有0.02的坡度，當(dāng)泵比液面低時(shí)，坡度應(yīng)朝向泵一端，反之則朝向要被抽吸的流體一端。圖3 偏心大小頭　3不不同流體性質(zhì)的考慮主泵與備用泵出口管的聯(lián)接多為褲叉結(jié)構(gòu)，如圖4所示。該種結(jié)構(gòu)管道用來輸送水、黑液等流體時(shí)，并無多大問題，但用來輸送漿料時(shí)，則容易堵塞管道。其原因?yàn)椋貉澆嫖恢靡话憔^高，為了方便操作，閥門通?？拷玫某隹诎惭b，當(dāng)主泵抽送漿料時(shí)，備用泵出口閥門關(guān)閉，斜管中無疑會(huì)充滿漿料，此處實(shí)際相當(dāng)于一個(gè)死區(qū)，當(dāng)備用泵出口閥門稍有泄漏時(shí)(如目前國內(nèi)漿閥門多采用薄芯閥，該閥門的內(nèi)外密封性能均較差)，斜管中漿料的水分便在重力和流體壓力作用下慢慢濾走，纖維因阻力較大則被留下，時(shí)間一圖4 出口管褲叉結(jié)構(gòu)1-主泵 2-備用泵久即成為干漿。且在主泵泵送流體的壓力作用下，漿纖維被越壓越緊，直至將整個(gè)斜管堵死，實(shí)際上此時(shí)的備用泵也就起不到備用的作用。同樣的道理，當(dāng)備用泵抽送漿料時(shí)，亦容易將褲叉以下直管堵死。這種情況在制漿車間比較普遍存在。比較常用的折中解決方法是將出口管道的褲叉結(jié)構(gòu)改為“T”形結(jié)構(gòu)，如圖5所示，閥門盡量靠近碰頭處安裝。采用該方法后，雖然可解決管道堵塞問題，但其缺點(diǎn)是兩臺(tái)泵的出口管道阻力均增大，泵送功耗增加，且出口閥門操作不便。另一個(gè)解決方法是取消備用泵，這樣做的另一個(gè)好處是泵的進(jìn)出口管道布置均比較順暢，有利于泵的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)連續(xù)性不是很強(qiáng)的制漿生產(chǎn)線來說，不失為一個(gè)最佳的解決方法。又如前面提到的細(xì)漿池細(xì)漿泵的進(jìn)口管道結(jié)構(gòu)，用于水、黑液及低濃漿料(1%以下)等類似流體的輸送時(shí)，問題可能不大，但用于輸送濃度超過1%的漿料時(shí)，則明顯不適應(yīng)。圖5 出口管“T”形結(jié)構(gòu)4不不同結(jié)構(gòu)泵管道布置離心普通離心泵按主軸支撐結(jié)構(gòu)一般分為支架式與底座式。對(duì)于軸承底座式結(jié)構(gòu)，因泵殼是通過法蘭聯(lián)接在軸承底座上，泵殼無單獨(dú)的支撐，這時(shí)作用于泵殼上的各種管道應(yīng)力會(huì)傳遞給軸承底座，管道及閥門的自重亦集中在底座上，這是一個(gè)極其沉重的負(fù)擔(dān)。因此，對(duì)于底座式結(jié)構(gòu)的泵，其進(jìn)出口管道應(yīng)予以單獨(dú)支撐，且有一定的位移自由度。然而實(shí)際安裝中卻很少做到這一點(diǎn)，嚴(yán)重地影響了軸承座及軸承的使用壽命。對(duì)于支架式結(jié)構(gòu)的泵，軸承座成懸掛狀態(tài)，依靠螺栓聯(lián)接在泵殼上，因此各種管道應(yīng)力及管道、閥門自重直接經(jīng)泵殼傳遞至基礎(chǔ)上，對(duì)軸承座的影響并不明顯?！?不管道安裝與檢修離心安裝進(jìn)出口管道時(shí)，在長度和同心度方面應(yīng)保證管道法蘭與泵進(jìn)、出口法蘭精確相配，所有法蘭均不能用擰緊螺栓的方法強(qiáng)制就位，以免強(qiáng)制就位產(chǎn)生安裝應(yīng)力，影響泵和管路壽命。一個(gè)比較好的防止產(chǎn)生安裝應(yīng)力的辦法是在離泵進(jìn)出口不遠(yuǎn)的管道中，各設(shè)置一節(jié)金屬彈簧軟管，用它們來補(bǔ)償安裝中產(chǎn)生的幾何尺寸誤差，吸收由此而產(chǎn)生的安裝應(yīng)力。此外，基礎(chǔ)和管路支承由于地面的變化而不斷地改變位置，特別是在安裝的第一年內(nèi)更是如此，即使在以后，由于天氣或其它各種各樣的因素也會(huì)引起地面的變化，盡管有時(shí)這種變化短時(shí)間內(nèi)并不明顯，但所產(chǎn)生的錯(cuò)位應(yīng)力卻相當(dāng)大。日常的設(shè)備巡檢、維護(hù)工作中，人們一般都將精力放在了轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備上，而對(duì)于諸如管道等靜態(tài)設(shè)備則并不太在意，但有時(shí)產(chǎn)生的問題卻是嚴(yán)重的。如我公司木漿漂白系統(tǒng)的白水池，因基礎(chǔ)沉降，造成白水泵進(jìn)口與白水池出口高度方向錯(cuò)位高達(dá)40mm，特別是剛開始時(shí)，因錯(cuò)位不明顯，難以察覺，當(dāng)出現(xiàn)泵體振動(dòng)、進(jìn)口管開裂等問題時(shí)，為尋找原因還走了許多彎路。因此為了避免因基礎(chǔ)和管路支承改變位置，致使管道與泵體及管道與管道之間錯(cuò)位而產(chǎn)生應(yīng)力，日常的檢修維護(hù)工作中必須加強(qiáng)對(duì)管路的監(jiān)測(cè)與維護(hù)?！?不管路閥門的選擇離心選取閥門應(yīng)依據(jù)所輸送的流體的性質(zhì)、濃度、壓力、管徑及在管道中的作用等因素而定。就制漿造紙業(yè)而言，選取閥門的一般原則是：(1)對(duì)于流量和壓力不需調(diào)節(jié)，閥門僅起啟閉作用，且介質(zhì)腐蝕性不強(qiáng)的地方，宜選用閘閥或薄芯閥，如一般的漿、黑液所用的閥門；(2)對(duì)于流量需經(jīng)常調(diào)節(jié)的地方，宜選用氣動(dòng)V型球閥，如洗漿機(jī)進(jìn)漿閥；(3)對(duì)于強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)，如漂液，宜選用隔膜閥或旋塞閥；(4)當(dāng)泵的揚(yáng)程超過20m時(shí)，為防止意外停泵，介質(zhì)倒流引起葉輪反轉(zhuǎn)松脫，在出口管上還應(yīng)設(shè)置止回閥；當(dāng)管路特長或管徑特大時(shí)，為防止水錘破壞，還需有閥門緩閉裝置；(5)在制漿車間，有許多流體介質(zhì)均帶有一定程度的堿性，在選取用于控制此類流體的閥門時(shí)，其閥門芯子不能采用銅的材質(zhì)，因?yàn)殂~在堿性條件下極不耐腐蝕。