如何打造高可靠性離心泵？
2020-12-22 10:29:20力士霸泵業(yè)
手機掃一掃
摘 要：結合標準規范及工程實(shí)踐經(jīng)驗，從水力設計與結構設計、產(chǎn)品加工制造與裝配、到配套件的選型與設計、再到產(chǎn)品的現場(chǎng)安裝與應用，就“如何打造出高可靠性離心泵”給出較系統、全面的建議，希望能對同行們有所幫助。
關(guān)鍵詞：離心泵 可靠性 設計 應用
0 背景
隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們對健康、環(huán)保、安全等方面的要求越來(lái)越高。作為通用機械的離心泵、特別是重要工況離心泵（如核電站、火電廠(chǎng)、石化等關(guān)鍵用泵）的各項指標也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其中最關(guān)鍵的一個(gè)指標是產(chǎn)品的可靠性。
這可以從近些年來(lái)的一些大型項目招標文件中得到具體體現。
在很多關(guān)鍵泵的技術(shù)規格書(shū)中通常都有這樣的要求，如：投標方應提供高質(zhì)量的設備，這些設備應是成熟可靠、技術(shù)先進(jìn)的產(chǎn)品；……應保證泵具有較高的運行效率和可靠性；投標方提供的設備應為全新的、先進(jìn)的、成熟的、完整的和安全可靠的……
何謂產(chǎn)品的可靠性？影響產(chǎn)品可靠性的因素有哪些？文章將結合相關(guān)標準、規范及工程實(shí)踐經(jīng)驗，從設計、加工制造與裝配、配套件的選型及產(chǎn)品的現場(chǎng)安裝與應用，就如何打造出高可靠性離心泵給出較系統、全面的建議，僅供同行們參考。
1 名詞及術(shù)語(yǔ)
1.1 冗余（redundancy）
產(chǎn)品中具有多余一種手段（即人為增加重復部分）執行同一種規定功能，稱(chēng)為冗余。其目的是用來(lái)對原本單一部分進(jìn)行備份，以提高系統的可靠性。
1.2 最小連續穩定流量（minimum continuous stable flow）
API610標準[1]定義為：在不超過(guò)本國際標準規定的振動(dòng)限值的情況下泵能夠工作的最小流量。
1.3 吸入能量（suction energy，SE）
吸入能量是離心泵葉輪入口處液體動(dòng)量的量度，其定義是：葉輪入口直徑、泵轉速、吸入比轉速和泵送介質(zhì)比重之間的乘積。
對于端吸泵，SE值大于等于160 × 106（rpm-gpm-ft）時(shí)定義為高SE；對于剖分式泵和徑向入口泵，SE值大于等于120 × 106（rpm-gpm-ft）時(shí)定義為高SE。而當SE值大于等于1.5倍高SE值時(shí)稱(chēng)為很高SE。
1.4 狀態(tài)監測系統（condition monitoring systems，CMS）
一種測量指定機器過(guò)程參數和預測趨勢的系統。提供報警、顯示和分析工具，用于檢測和識別發(fā)展中的故障。
2 可靠性及其影響因素
在規定的條件下和規定的時(shí)間區間內，完成規定功能的能力，稱(chēng)為產(chǎn)品的可靠性?？煽啃允桥c時(shí)間相關(guān)的質(zhì)量指標，泵只能在一定的時(shí)間范圍內達到可靠性目標值。
影響離心泵可靠性的因素很多，主要分為四大類(lèi)：泵本體設計、產(chǎn)品加工制造及裝配、配套件選型及設計和現場(chǎng)安裝應用?？梢赃M(jìn)一步細分為：
2.1 泵本體設計
1） 執行標準
2） 水力設計
3） 結構設計
2.2 產(chǎn)品加工制造及裝配
1） 加工制造
2） 裝配
2.3 泵配套件選型及設計
1） 軸承選型及潤滑
2） 機械密封及系統
2.4 現場(chǎng)安裝應用
1） 現場(chǎng)安裝
2） 現場(chǎng)調試
3） 現場(chǎng)運行
3 執行標準
我國離心泵行業(yè)執行的標準較多較雜，有國內標準（如國家標準GB、機械工業(yè)部標準JB及企業(yè)標準）、國外標準（如歐盟標準EN、德國標準DIN、日本工業(yè)標準JIS、美國國家標準協(xié)會(huì )標準ANSI、美國石油協(xié)會(huì )標準API等）和國際標準（ISO）。
不同標準對泵的要求各不相同，特別是可靠性方面相差非常大。
總體來(lái)說(shuō)，API610標準要求最高 - 從水力設計到結構設計再到配套零部件的選型與設計，都有嚴格要求，且該標準所涉及的內容基本來(lái)自于良好的工程驗證和運行實(shí)踐，執行該標準的產(chǎn)品具有高可靠性、長(cháng)壽命、可操作性強和安裝維護方便等突出優(yōu)點(diǎn)，因此，目前已被廣泛應用于國內外重要工況、關(guān)鍵場(chǎng)合的設備中。
文章將主要結合ANSI/API610第11版標準（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“標準”）中的相關(guān)條款要求及實(shí)際工程經(jīng)驗，就如何提高離心泵可靠性問(wèn)題給出較系統、全面的建議，希望對同行們有所幫助。
注：本文中所涉及的條款、表及圖號均指ANSI/API610第11版標準所對應的條款、表及圖號。
4 水力設計
優(yōu)秀的水力設計除了滿(mǎn)足所需要的性能（流量、揚程、汽蝕）以外，還應滿(mǎn)足高效、高可靠性要求。
4.1 條款6.1.8…在確定裝置汽蝕余量時(shí)，買(mǎi)方和賣(mài)方應當弄清楚最小連續穩定流量與泵的吸入比轉速之間的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，泵的最小連續穩定流量隨著(zhù)吸入比轉速的增加而增加……，選擇吸入比轉速的大小及NPSH安全裕量時(shí)，應當考慮現有的工業(yè)水平和制造廠(chǎng)經(jīng)驗。
【解讀】關(guān)于吸入比轉速對離心泵運行可靠性的影響，國際同行具有非常豐富的工程應用經(jīng)驗，并給出了吸入比轉速的最大限定值。其中，UOP 5-11-7規范[2]規定的吸入比轉速的限定值在全球得到了廣泛的認可和應用，其規定：泵的吸入比轉速不得高于13000（m3/h,rpm, m）；當泵送介質(zhì)為水或水含量超過(guò)50%的溶液，并且泵的單級葉輪功率超過(guò)75 kW時(shí)，吸入比轉速不得高于11000 （m3/h, rpm,m）。
【建議1】隨著(zhù)科技的進(jìn)步，由于出現了一些其它可改善離心泵吸入性能的設計手段，吸入比轉速的限定值也隨之相應提高。根據國際同行的實(shí)際工程使用經(jīng)驗，對于BB2型泵限定值通?？刂圃?4400（m3/h, rpm, m）。具體可參見(jiàn)文獻[3]。
【建議2】對于高能泵和高吸入能量泵，需要提供比常用標準規范中推薦的更大的NPSH裕量或裕量比，詳細要求可參見(jiàn)文獻[4]和[5]。
4.2 條款6.1.11 對于所有應用條件，泵最好具有穩定的流量-揚程曲線(xiàn)（即揚程曲線(xiàn)呈連續上升狀直到關(guān)死點(diǎn)為止）。
【解讀】應避免流量-揚程曲線(xiàn)出現駝峰而使泵出現一個(gè)不穩定的運行區間（即偏小流量運行工況），在該區間內運行時(shí)將導致振動(dòng)和噪聲的顯著(zhù)增加、可靠性下降。
【建議】對于已發(fā)貨的實(shí)型泵應避免在不穩定運行區間（即偏小流量運行工況）內運行；對于新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，在設計過(guò)程中應采取適當的措施避免流量-揚程曲線(xiàn)出現駝峰。
4.3 條款6.1.15單級揚程超過(guò)200m和單級功率超過(guò)225kW的泵需要特殊措施來(lái)減小葉輪葉片通過(guò)頻率振動(dòng)和小流量時(shí)的低頻振動(dòng)。對于這些泵，導葉與葉輪葉片外圓周之間的徑向間隙至少為最大葉輪葉尖半徑的3%（對于導葉式泵）和最大葉輪葉片尖半徑的6%（對于蝸殼式泵）。
【解讀】此類(lèi)泵稱(chēng)為高能泵。如果出現振動(dòng)超標，上述間隙因素有可能是引起的主要原因。
在實(shí)際工程應用中，其實(shí)這種現象普遍存在于所有離心泵，國外將這種現象稱(chēng)為“葉片流道綜合癥”。當液體流經(jīng)該小通道時(shí)，液體的流速增加引起液體壓力的下降、局部汽化，產(chǎn)生汽泡，然后在較高的壓力下破裂，導致汽蝕、引起泵的振動(dòng)。
【建議】對于高能泵，葉輪葉片與蝸殼/導葉之間的間隙應不小于上述推薦值。
5 結構設計
影響可靠性的結構設計很多，如承壓殼體、泵軸及底座的強度；結構件的受力及配合；軸向力的平衡方式；轉子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題等。
如何從設計入手來(lái)解決產(chǎn)品的可靠性問(wèn)題？這里有一些指導性原則 [6]：
1） 盡量采用經(jīng)過(guò)驗證的成熟的技術(shù)。
2） 盡可能簡(jiǎn)化結構，減少零件數量。
3） 盡可能采用標準化、模塊結構。
4） 設置故障監測和診斷裝置。
5） 保證零件部設計裕度（安全系數）。
6） 必要時(shí)采用冗余設計。
7） 失效安全設計。
8） 安全壽命設計。保證使用中不發(fā)生破壞而充分安全的設計。
9） 加強重要零部件的可靠性分析。FMEA（失效模式影響分析）和FTA（故障樹(shù)分析）是可靠性分析中的重要手段。
10） 可靠性確認試驗，在沒(méi)有現成數據和可用的經(jīng)驗時(shí)，這是唯一的手段。
標準中與可靠性設計相關(guān)的條款較多，現摘錄一些典型的條款進(jìn)行解讀。
5.1 ANSI/API610第11版標準增加了附錄K.1關(guān)于OH2和OH3型懸臂式泵的軸剛性的判定原則。
圖1顯示了一個(gè)簡(jiǎn)易的懸臂泵轉子，D等于機械密封軸套處的軸徑（mm），L為葉輪出口中心線(xiàn)與徑向軸承之間的跨距（mm），軸撓性系數ISF=L3/D4。
圖2 - 懸臂泵軸撓性系數與尺寸因子的關(guān)系圖（SI單位制）
圖2為懸臂式泵軸撓性系數與其尺寸因子的關(guān)系圖，圖中給出了一條用于判別軸剛性的限制線(xiàn)即剛性線(xiàn)（采用國際單位制時(shí)，其由公式ISF, SI = 32 × Kt-0.76來(lái)定義）。
圖中Kt為泵的“尺寸”因子，等于泵最大葉輪直徑、最高效率點(diǎn)流量Q×總揚程H / 轉速N（m3/h，m，r/min），與扭矩有關(guān)。從該圖可以看出：較小的泵比大型泵具有更高的L3/D4。
【解讀】API/ISO工作組回顧了來(lái)自一些用戶(hù)關(guān)于軸剛性及被制造商廣泛關(guān)注的軸撓性的紀錄。軸撓性系數逐漸發(fā)展成為一個(gè)直接的判定工具，用于評估真正的API泵與貼著(zhù)API標簽但不符合API標準設計要求的泵[7]。
L3/D4是轉子剛度的度量標準，并成為間接評估或比較負載下轉子撓度的標準。
L3/D4越小，轉子撓度越小，這有利于提高機械密封的可靠性。如果L3/D4太大，特別是在接近泵關(guān)死點(diǎn)位置運行、水力徑向負荷過(guò)大的地方，泵軸可能會(huì )折斷[8]。
【建議】關(guān)于L3/D4的使用原則是：對于某一尺寸因子的懸臂泵，如果其撓性系數位于剛性線(xiàn)之下，則表明該泵為剛性軸設計，滿(mǎn)足API泵要求，是安全的；如果L3/D4的值超過(guò)剛性線(xiàn)20%，用戶(hù)應該要求泵制造商為其設計的合理性負責，或者提供相同或相近工況的運行業(yè)績(jì)。
5.2 條款9.2.4.1.1隨著(zhù)泵設計的不同，（BB型）多級泵和高轉速泵的一階或二階濕橫向臨界轉速可能會(huì )與工作轉速相重合，特別是當內部間隙隨著(zhù)磨損而增大時(shí)。橫向分析能夠預測出何時(shí)可能發(fā)生這種重合，以及由此引起的振動(dòng)是否可以接受……
【解讀】標準對“橫向臨界轉速”的定義是：轉子-軸承-支撐系統處于共振狀態(tài)時(shí)的軸轉速。在臨界轉速下，轉子對于不平衡比任何其它轉速時(shí)更敏感。與其它類(lèi)型的旋轉設備相比，泵轉子動(dòng)力學(xué)涉及到更多的設計變量，了解臨界轉速的目的在于讓離心泵的工作轉速避開(kāi)臨界轉速，以免引起共振。
泵的臨界轉速取決于軸的橫向剛度系數和圓盤(pán)的質(zhì)量，而與偏心距無(wú)關(guān)。更具體的說(shuō)，臨界轉速的大小與軸的材料、結構、粗細、葉輪質(zhì)量及位置、耐磨環(huán)處間隙及表面型式、軸的支承方式等因素有關(guān)。臨界轉速還與軸所受到的軸向力的大小和方向有關(guān)，當軸向力為拉力時(shí)，臨界轉速提高，而當軸向力為壓力時(shí)，臨界轉速則降低。
【建議】雖然標準中給定了是否需要做橫向分析將根據表18中規定的流程來(lái)確定，但是實(shí)際工程應用中，對于一些重要場(chǎng)合高轉速或調速型泵、特別是大型多級離心泵，不管用戶(hù)是否有要求均需進(jìn)行橫向臨界轉速分析，而且通常要求一階濕橫向臨界轉速高于泵額定轉速20 % 以上。另外，對于細長(cháng)軸泵（如VS6），可以通過(guò)增加支撐的方式來(lái)提高軸子的剛性和臨界轉速。
6 產(chǎn)品加工制造
提高泵可靠性最簡(jiǎn)單和最快捷的方法之一是加工制造出、并使用符合制造商原始規范的零件。
影響零部件加工制造質(zhì)量的因素主要包括：尺寸及公差（含鑄造精度和加工精度）、跳動(dòng)及撓度、零部件不平衡量等。
6.1 公差
對于一些重要尺寸，如軸向定位尺寸（影響轉子軸向對中）和配合尺寸，通常直接在圖紙上標有公差（包括尺寸公差和形位公差）范圍，這些尺寸必須嚴格控制。
對于其它非重要尺寸，其允許的公差要求通常按相關(guān)標準執行。
6.2 跳動(dòng)及撓度
條款6.6.9應沿軸的全長(cháng)進(jìn)行機械加工并進(jìn)行拋光，使總指示器跳動(dòng)（TIR）不大于25 μm。
【解讀】限制軸的跳動(dòng)的主要目的是避免泵運行過(guò)程中振動(dòng)超標、而嚴重影響到軸承和機械密封的使用壽命。
【建議】可通過(guò)提高軸的剛度來(lái)達到標準要求。
實(shí)際工程應用中，新軸的跳動(dòng)值通常要求控制在0.02 mm以?xún)取?/span>
對于泵軸最大允許跳動(dòng)限定值，不同的泵公司、針對不同規格及不同結構的離心泵，在實(shí)際應用中各有不同 – 有的放寬到0.04 mm，有的放寬到0.05 mm。不管限定值大小如何，最終必須確保其在滿(mǎn)足一定的可靠性基礎上使設備及零部件的使用壽命達到合同要求。
條款6.9.1.3為得到良好的密封效果，在最嚴重的動(dòng)態(tài)條件下，在泵的允許工作范圍內（最大葉輪直徑和在規定轉速、規定的介質(zhì)條件下），在主要密封面處，軸的剛度應當限定軸的總撓度小于50 μm。
【解讀】限制軸的撓度的主要目的與限制軸的跳動(dòng)一樣，也是為了避免泵運行過(guò)程中可靠性降低，從而影響到機械密封的使用壽命。
【建議】也可通過(guò)提高軸的剛度來(lái)達到標準要求。對于蝸殼式泵，當泵的出口通徑達到80 mm及以上時(shí)，可通過(guò)采用雙蝸殼結構來(lái)平衡徑向力，以避免主要密封面處軸的撓度超標。
6.3 零部件的平衡
條款6.9.4.1葉輪、平衡鼓及類(lèi)似的主要旋轉零部件應當進(jìn)行到ISO 1940-1 G2.5級的動(dòng)平衡...對具備過(guò)盈配合組件的BB1和BB2單級泵轉子，賣(mài)方可以選擇平衡轉子部件而不是單獨地平衡主要的旋轉零件。
條款6.9.4.4如果有規定，葉輪、平衡鼓及類(lèi)似的主要旋轉零部件應當動(dòng)平衡到ISO 1940-1 G1.0級……
【解讀】轉子不平衡是引起泵振動(dòng)的一個(gè)非常重要的因素，轉子最好作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行動(dòng)平衡。但是，由于受到結構（如懸臂泵轉子）及制造商試驗能力的制約，有些轉子無(wú)法進(jìn)行整體動(dòng)平衡試驗，可以進(jìn)行分體動(dòng)平衡（如懸臂泵轉子可以采用芯軸僅對葉輪進(jìn)行動(dòng)平衡）。ISO1940-1標準允許進(jìn)行分體動(dòng)平衡，但要求“每個(gè)部件的剩余不平衡度均小于整體部件的剩余不平衡度”。
注意：API610標準明確規定，平衡試驗的轉子不包括泵的半聯(lián)軸器和機械密封旋轉部件。
至于轉子動(dòng)平衡精度達到G1.0級的要求，使用現代平衡設備是完全可以做到的。但是由于與不平衡量相關(guān)的質(zhì)量偏心距太小，當轉子動(dòng)平衡后，很多泵型的轉子均需要經(jīng)過(guò)拆卸、重新裝配，質(zhì)量偏心距將會(huì )發(fā)生變化，平衡精度等級無(wú)法得到保持。因此，對于動(dòng)平衡精度等級要求，實(shí)際工程應用中國內外普遍按G2.5級執行，且經(jīng)過(guò)幾十年的運行驗證，完全能滿(mǎn)足泵的可靠性要求。
【建議】動(dòng)平衡之前，應檢查泵轉子葉輪口環(huán)處的跳動(dòng)，不應超過(guò)設計要求。
7 產(chǎn)品裝配
對于一些重要用泵，通常僅允許經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓的、合格的人員從事裝配工作。同時(shí)，應根據良好的機械工程實(shí)踐經(jīng)驗來(lái)進(jìn)行裝配。
產(chǎn)品的裝配涉及到正確的安裝、對中及緊固。對于一些較大型、臥式泵的轉子，還涉及到抬軸的問(wèn)題。在此不再贅述。
8 配套件選型及設計
離心泵本體主要配套件包括機械密封和軸承。它們對泵的運行可靠性有著(zhù)重大的影響，也是離心泵最容易出現故障的部件。
8.1 機械密封
條款6.8.1泵應當配有API682標準[9]中規定的機械密封和密封系統。泵和密封接觸面尺寸應按照本國際標準的表7和圖26……
【解讀】對于軸封型離心泵來(lái)說(shuō)，機械密封及其系統屬于本體上非常重要的部件，如果選型、使用不當，不僅直接影響到泵組的運行可靠性，而且對企業(yè)財產(chǎn)、員工的人身安全及環(huán)境帶來(lái)威脅。API682標準給出了機械密封的選型步驟和密封沖洗方案的指導意見(jiàn)，該標準以實(shí)踐經(jīng)驗為依據，特別強調靈活運用。
【建議】工程實(shí)踐中，對于絕大多數常用工況，可以直接采用該標準推薦的機械密封結構及沖洗方案。對于一些特殊工況，可根據供應商的實(shí)際應用經(jīng)驗，選擇更合適的機械密封結構及沖洗方案。
8.2 軸承
條款6.10.1.1每根軸均應由兩個(gè)徑向軸承和一個(gè)雙作用的軸向（推力）軸承支承……軸承應該采用下列組合中的一種：
- 滾動(dòng)徑向軸承和滾動(dòng)推力軸承；
- 流體動(dòng)壓徑向軸承和滾動(dòng)推力軸承；
- 流體動(dòng)壓徑向軸承和推力軸承。
除非另有規定，軸承應按表10中規定的界限選用。表10關(guān)于軸承的選擇：如果能量強度（即泵額定功率kW和額定轉速r/min的乘積）為4百萬(wàn)或更大，則必須使用流體動(dòng)壓徑向軸承和推力軸承。
【解讀】標準規定離心泵軸承的配置方式分為三種，且當泵的能量強度大于等于4百萬(wàn)時(shí)，必須采用流體動(dòng)壓徑向軸承和推力軸承。
【建議1】離心泵軸承的選擇主要考慮以下因素：負荷（大小和方向）、轉速、潤滑和軸向位移。實(shí)際工程應用中，通常按兩倍的實(shí)際最大負荷來(lái)選擇軸承。對于一些特殊應用工況（如高吸入壓力工況），軸承確定后，應對軸承使用壽命進(jìn)行估算，以確定是否滿(mǎn)足標準或合同要求。具體計算方式可參見(jiàn)相關(guān)軸承標準（如ISO 281）、軸承供應商手冊（如SKF）或文獻[10]。
【建議2】很多場(chǎng)合，離心泵既可采用流體動(dòng)壓軸承也可采用滾動(dòng)軸承，從承載能力和使用壽命來(lái)說(shuō)流體動(dòng)壓軸承具有明顯的優(yōu)勢，但卻無(wú)價(jià)格優(yōu)勢。在選型時(shí)，應綜合考慮各種因素。對于普通流程泵，盡可能采用滾動(dòng)軸承。
9 選型
當泵制造商收到買(mǎi)方的詢(xún)價(jià)資料時(shí)，需要進(jìn)行的第一項工作就是選型。合理的選型不僅有利于泵制造商提高中標概率、降低用戶(hù)投資成本，而且直接影響到泵（組）是否能夠長(cháng)期、安全可靠運行。
每臺離心泵都有一個(gè)特定的流量運行范圍，也可以說(shuō)，離心泵是為特定流量運行范圍而設計的。當泵型合適且運行于最佳效率點(diǎn)（BEP）時(shí)，作用在葉輪上的徑向力最小。這樣可以使泵獲得最高的效率和最小的振動(dòng)。
如果泵偏離BEP運行，泵內部將出現受力不平衡，這種不平衡會(huì )導致泵軸發(fā)生偏移、軸承和機械密封過(guò)度負載、過(guò)度振動(dòng)并產(chǎn)生過(guò)度的熱量，所有這些都會(huì )顯著(zhù)降低泵的壽命，增加過(guò)早故障的可能性。由于大多數泵的運行條件是動(dòng)態(tài)的，并且實(shí)際流量和壓力要求會(huì )發(fā)生變化，因此確定泵的大小以使其在BEP或附近運行非常重要[11]。
影響離心泵選型的因素很多（如流量、揚程、溫度、介質(zhì)特性、入口壓力、現場(chǎng)條件、執行標準、市場(chǎng)因素等），如何快速合理地選擇離心泵是一個(gè)較復雜的過(guò)程，可參考文獻[12]。
10 其它
影響泵運行可靠性的其它因素還有：不適當的（現場(chǎng)）安裝、調試和運行。
10.1 現場(chǎng)安裝對中
條款6.3.3壓力泵殼應設計成：
a) 在同時(shí)承受最大允許工作壓力（及最高工作溫度）和表5中列出的作用到每個(gè)管口上兩倍允許管口負荷的最壞組合情況下，做到運轉無(wú)泄漏或旋轉部件與靜止部件之間無(wú)接觸。
b) 經(jīng)得住水壓試驗。
附錄F條款F.1.1 （臥式泵）可以接受的管路配置不應引起泵和驅動(dòng)機之間過(guò)度不對中。管路配置產(chǎn)生的管口載荷在表5規定的范圍內時(shí)，泵殼體變形應限制在泵制造商設計標準的一半以?xún)龋ㄒ?jiàn)6.3.3），并確保泵軸的位移小于250 μm。
【解讀】在泵運轉過(guò)程中，旋轉部件與靜止部件之間出現接觸摩擦是導致振動(dòng)超標、可靠性下降的主要因素之一。因此，壓力泵殼要有足夠的強度 - 確保在泵運行過(guò)程中動(dòng)、靜零部件之間無(wú)接觸。同時(shí)，在現場(chǎng)管路傳遞到泵接口上的負荷為表5的一倍值時(shí)，殼體的變形量不應超過(guò)動(dòng)、靜零部件之間總間隙值的一半。另外，在最壞組合情況下，要求泵底座的最大變形量（導致泵軸的徑向位移）不超過(guò)250 μm。
【建議】對于一些重要場(chǎng)合用泵，應考慮到現場(chǎng)可能存在的最大接管載荷（往往達到表5中列出的允許管口負荷的2.5~4倍，甚至更大），并以此來(lái)核算壓力泵殼及底座的強度，避免過(guò)量變形、導致動(dòng)/靜零部件之間發(fā)生摩擦或泵與驅動(dòng)機之間過(guò)度不對中，引起振動(dòng)和泵可靠性降低。
良好的對中可以大大提高泵組的使用壽命。泵組對中時(shí)需要注意的事項：
1） 對中基準。標準規定：泵腳的下面（泵腳與底座之間）不允許使用墊片。也就是說(shuō)API泵（組）要求以泵為基準進(jìn)行對中，并且規定了驅動(dòng)機組件（如電動(dòng)機+齒輪箱）下面所使用墊片的具體要求。
實(shí)際工程應用中，對于一些大型機組，由于驅動(dòng)機往往遠重于泵（如帶有增速或變速設備的百萬(wàn)機組核電站常規島主給水泵組），通常以驅動(dòng)機為基準進(jìn)行對中。
2） 熱膨脹影響。運行過(guò)程中，泵送高溫介質(zhì)和泵組部件溫度的上升均會(huì )引起聯(lián)軸器安裝盤(pán)在不同方向上的熱位移（熱膨脹）。因此，對于一些大型、熱態(tài)復雜的泵組（如上述的主給水泵組），在冷態(tài)下進(jìn)行聯(lián)軸器對中時(shí)，必須對此熱位移進(jìn)行補償。
10.2 調試
正如上文所說(shuō)的：每臺離心泵都有一個(gè)特定的流量運行范圍，一旦超出該流量運行范圍（如低于最小連續穩定流量），將會(huì )引起內部回流、汽蝕、額外的徑向力（特別是單蝸殼泵）及液體溫度的升高等，從而引發(fā)機械振動(dòng)和噪音的顯著(zhù)增加，輕則大大降低機械密封和軸承的壽命，重則發(fā)生斷軸、進(jìn)而導致整個(gè)轉子及其配合零部件的嚴重損壞。
實(shí)際工程應用中，不少用戶(hù)習慣性采用低負荷調試，使泵較長(cháng)時(shí)間內處于最小連續穩定流量附近運行；或者在產(chǎn)品調試期間由于對設備運行維護手冊未充分理解，認為離心泵可以在任何工況（包括最小連續穩定流量以下、甚至零流量）下都能較長(cháng)時(shí)間運行；
再或者因為產(chǎn)品處于“質(zhì)保期內”，極少數用戶(hù)為了防止正常運行時(shí)出現誤操作，而在調試階段有意嘗試在某些禁止工況下運行。對于離心泵來(lái)說(shuō)，在最小連續穩定流量以下運行屬于破壞性運行工況，必須避免或禁止。
10.3 運行
由于缺乏經(jīng)驗，不少買(mǎi)方/工程公司/用戶(hù)很難準確地計算出系統阻力，但為了確保性能滿(mǎn)足使用要求，從買(mǎi)方到設計方再到泵制造商，不得不層層增加（性能）安全余量，從而導致離心泵的選型不合理（泵型偏大），始終偏小工況運行。這給用戶(hù)帶來(lái)一系列的問(wèn)題：效率低下、可靠性降低、機械故障頻繁、運行和維護成本不斷攀升。
【建議】實(shí)際工程應用中，出現泵選型偏大的情況比較常見(jiàn)。最佳的處理措施及建議是：盡快與泵制造商聯(lián)系，更換新的、滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際性能的水力零件 – 葉輪。
10.4 現有產(chǎn)品提高可靠性的手段
隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步，數字化或數字化轉型已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。對于離心泵行業(yè)來(lái)說(shuō)，面臨的最現實(shí)的難題是：如何使你的泵適應未來(lái)？同時(shí)業(yè)主和運營(yíng)商還想知道：如何使用數字化方法改進(jìn)圍繞泵維修和服務(wù)的流程以及如何使泵智能化（并提高運行可靠性）？有沒(méi)有一種方法可以在不產(chǎn)生重大費用的情況下啟動(dòng)該流程？
答案是明確的：有，即對離心泵提供“狀態(tài)監測”。狀態(tài)監測不僅可以適時(shí)地監測泵的運行參數，而且還可以根據運行參數的變化進(jìn)行趨勢預測 – 確定泵的運行狀態(tài)，并預測出機械零部件的使用壽命、故障可能發(fā)生的時(shí)間，以便在預期或規定的期限內對問(wèn)題進(jìn)行糾正。
如力士霸泵業(yè)2020年新推出的LSZH系列直連式戶(hù)外智能供水設備、LSZH系列直連式戶(hù)外智能供水設備，它可以配套遠程監控功能，運行數據上傳至智慧供水管理平臺，實(shí)現智慧運行、智能調控、遠程啟停、設定壓力、以及運行狀態(tài)監控等。
該智能設備結構緊湊，包括三個(gè)組件：傳感器單元、變送器和電池單元、網(wǎng)關(guān)。借助戶(hù)外智能供水設備，每一臺泵都可以快速、輕松地集成到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）中。整個(gè)安裝和調試過(guò)程既快捷又高效，很容易將現有的泵變成智能泵，并使工廠(chǎng)和泵適應未來(lái)[13]。
11 總結
影響離心泵運行可靠性的因素主要包括泵本體設計、產(chǎn)品加工制造及裝配、配套件選型及設計和現場(chǎng)安裝應用，只有管控好每個(gè)環(huán)節的質(zhì)量，才能打造出高可靠性的產(chǎn)品。
12 參考文獻
[1] ANSI/API STANDAED 610 'Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries', ELEVENTH EDITION, SEPTEMBER 2010; ISO 13709: 2009 (Identical)
[2] UOP 5-11-7, CENTRIFUGAL PUMPS, STANDARD SPECIFICATION, 2005, Page 2 of 9
[3] 謝小青等，全面理解離心泵吸入比轉速，泵工程師，2020年4月號，總第80期，P27-31
[4] 謝小青、于麗紅，離心泵汽蝕安全裕量的探討，泵，2019年02期，總第145期，P44-54
[5] 謝小青等，吸入能量的解讀及其對離心泵的影響，泵友圈，2020年6月8日
[6] 半畝田，對可靠性設計的認識，www.91zhiliang.com，91質(zhì)量網(wǎng)，2016-4-26
[7] F. KORKOWSKI, Flowserve; R.L.JONES, Consultant; and J.D.SANDERS, Fluor, 'What is new in API610 11th Ed. (ISO13709 2nd Ed.) ? ', HYDROCARBON PROCESSING, DECEMBER 2010
[8] ‘WHAT IS L3/D4 AND WHY IS IT GOOD FOR THE SEALS IF IT IS LOW?’, https://www.wwdmag.com, Apr 22, 2003
[9] API Standard 682 'Pumps - Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps', Fourth Edition, May 2014.
[10] 孔海艷、謝小青，高吸入壓力離心泵之工程設計經(jīng)驗，泵工程師，2019年6月號，總第75期，P41-47
[11] Tom Dabbs, Dan Pereira, ‘10 Steps to Pump Reliability’, https://reliabilityweb.com
[12] 謝小青，如何快速合理地選擇離心泵，泵管家，2018年8月29日
[13] 謝小青，如何讓泵適應未來(lái)？德國KSB Guard技術(shù)，泵友圈，2020年9月4日
摘自：泵友圈
本文網(wǎng)址:http://www.kmjsk.com.cn/news/802.html