离心泵关死点扬程的计算及控制

释放双眼,带上耳机,听听看~!

这个标题涉及2部分内容,我们如何估算离心泵的关死点扬程以及如何根据确定的扬程增量要求来反推我们的设计,以此来保证满足设计要求。

首先来谈第一个问题,什么是关死点扬程?

关死点是指Q=0m³/h的工况,就是出口阀完全关闭状态下的扬程值,对于大多数性能曲线来说,随着Q值得减小,扬程H是逐渐增大的,在API610中6.1.3规定:如果规定并联运行,而泵没有单独流量调节功能,应符合下列要求:a) 到关死点的泵扬程曲线应是连续上升的;b) 额定点到关死点的扬程上升应至少是10%。

离心泵关死点扬程的计算及控制

从上图所示的性能曲线可以看到,扬程曲线H-Q是从流量0-1400m³/h之间连续下降的,曲线中流量为0的点对应的扬程值就是关死点扬程。

第二个问题,关死点扬程如何预估?

说到这个问题,目前为止没有特别准确的理论公式来计算这个数值,都是数据统计得到的经验公式,比如江苏大学流体机械工程技术研究中心的刘厚林,吴贤芳※,谈明高等在2011年发布在农业工程学报上的文章,标题为”离心泵关死点扬程的计算及修正“,文中提到了9种经验公式并对其中7种算法做了修正,其中包括Euler 方法、Stepanoff 方法、Peck 方法、Pfleiderer 方法、Throne 方法、Patel 方法、Chiappe 方法、Stirling 方法以及Frost 方法,文中详细介绍了每个经验公式的算法及修正系数,感兴趣的朋友可以自行下载该文档阅读!

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下载链接:https://ossfile.7b3.cn/1811629837/21961797

从文章最后的修正效果来看,每个算法计算数值差异并不大,所以我们根据文中推介的准确排序选择了4种算法写成了计算器,包括Patel 方法、Stepanoff 方法、Peck 方法和Euler 方法。这几种算法的共同点在于都与叶轮出口圆周速度U2有关,不同点在于Patel 方法同时也引入了比转速这个参数,所以推荐Patel 方法为首选经验公式。

通过利用我们的计算工具来预估离心泵关死点扬程也很简单,输入参数为流量Q、扬程H、转速n和叶轮直径D2,输出参数为比转速、叶轮出口圆周速度和4种算法下的不同的关死点扬程预测值!

离心泵关死点扬程的计算及控制
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既然有算法,我们也有数据,不如验证一下?搞起

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上表为我根据实际试验关死点扬程数据和4种修正后算法计算结果做的对比,可以看到比转速范围包括了30-160,经验公式计算的关死点扬程还是很准确的,不愧是江大出品,修正总结必数精品哈哈!

这里有一个需要注意的问题,如果扬程曲线出现驼峰,那么这个经验公式计算结果误差可能变大,和驼峰点扬程比较接近,关死点扬程低于驼峰点扬程,所以使用需要注意该限制,当然,这个需要更广泛的数据来验证,我这里只做了10个点对比,不具有普适性。

第三个问题:关死点扬程如何控制?

关死点扬程就像泵的必须汽蚀余量NPSHr一样,当水力设计完成后,这个属性就已经定了,所以我们要控制该值,还需要考虑3个问题:

1、为什么要控制关死点扬程?

最简单的理解,若关死点扬程过高,当出口阀门关闭或者管路堵塞造成泵流量趋于0时,此时管道内压力上升到最大值,可能超过泵承压部件或管线的设计压力或者管线上仪表的最大测量范围,比如额定点扬程是100m,若关死点扬程设计为120m,那么管线上压力最大值也就1.2MPa左右,压力表或者压力变送器可以取1.6MPa的量程,若关死点扬程设计为150m或者更高的数值,就会超过管线上配置的压力表或者压力变送器的1.6MPa的量程范围,使仪表失效。当然你也会问,那管线上压力表和变送器这些选大的量程不就解决了!一方面量程越大费用越高这是必然的,经济方面不划算,另一方面取大量程的仪表不利于读数。

2、控制关死点扬程的具体要求?

一般根据询价文件要求,各家不同,大多要求关死点扬程不得高于额定点扬程20%-25%,比如设计额定扬程100m,那么关死点扬程要小于120m或者125m。

3、如何根据控制关死点扬程的具体要求从设计角度实现?

这个依旧来自统计数据,根据比转速和需要的扬程增量限制范围来选择合适的叶片数和叶片出口安放角β2,扬程增量计算方法是:(关死点扬程-额定点扬程)/额定点扬程。

离心泵关死点扬程的计算及控制

上图横坐标为比转速x14.16,纵坐标为扬程增量百分比,比如我们要设计一台流量600m³/h,扬程50m,转速1450r/min的泵,用户要求关死点扬程不得超过额定点20%,那么我们先计算比转速为114.9,根据114.9×14.16=1627.1,在横坐标中找到1627这个位置,然后与纵坐标20这条横线交叉,就能得到7叶片25°或者7叶片28°这两种组合,我们将曲线拟合为公式,就能推荐不同组合的扬程增量以及误差,从而辅助设计叶轮水力。

下图为计算工具演示部分:

离心泵关死点扬程的计算及控制
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最终根据App推荐,我们可以先按照7叶片27°出口角来设计叶轮,并做CFD模拟验证,数据可能存在误差但是具有设计参考意义!

总结

以上这2个工具就是基于本文中提到的算法和经验曲线开发,算法及曲线均在计算页面提供,方便大家核对及勘误。属于比较常用的工具之一,不用手动计算Ns并查找曲线,靠App来完成,方便快捷,希望本文和本计算工具能切实帮助大家的泵设计。

App介绍及下载

下载地址:https://www.7b3.cn/app/download

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泵计算工具APP是包含安卓APP、Windows客户端、微信小程序以及网页端H5的多端合一工具,包含了泵水力设计、CFD仿真、强度校核等累计发布的三十多个行业相关计算器!

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