1、清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.1背景,当泵运行工况小于泵额定流量时，如偏小不多，只是效率下降，浪费电能，机械故障仍少。 一旦偏小到某一限量，将引起噪声和振动，泵性能出现不稳定。 早于20世纪60年代，国外就给予重视，现已发表了数百篇文献。 在我国石油化工系统，对此问题的重视远不如国外，只对“大马拉小车”引起能耗损失有所重视，而对小流量运行所引起的机械故障，在认识上还有一定差距。 美国API610曾为此专门加以强调， 作出规定。即：（1）最小连续稳定流量是指不超过API610标准所规定的噪声和振动限度下泵能够工作的最小流量。（2）最小连续热控流量是指能维持工作而其运行不致被泵送液
2、体作温升所损害的最低流量。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.1背景,关于温升的计算方法，日本提出的计算温升的根据是：驱动机提供的动力，除克服轴承、轴封的机械损失之外，主要用于输送液体。一旦泵处于半关闭状态的小流量下运行，驱动机的功有很大份额转变成热的形式使流体温升。假定泵壳不向外散热，驱动机功率全转变成为热。 最小操作流量的机理一般可从以下三个方面解释：（1）离心泵内存在高压流向低压流的内部泄漏。液温上升时，高温液从高压向低压流动，如此时温度大于饱和温度，液体汽化，可能在口环、平衡盘等旋转密封处造成液体原有的润滑作用失效，旋转密封件烧损，平衡盘及推力轴承烧损。有的学者就按此制定最
3、小流量值。（2）由首级口环或平衡管回流高温液体泄向吸入口，泵入口温度上升，蒸汽压也上升，造成NPSHa下降，一旦NPSHa NPSH，就要发生汽蚀。一般烃类泵的最大温升极限值，当相对密度为0.65左右时，应小于8。,九、离心泵最小操作流量,9.1背景,最小操作流量的机理一般可从以下三个方面解释：（3）如NPSHa远大于NPSH，因小流量造成的故障仍多在机械上，不致汽蚀。但要注意：转子重量比泵壳小得多，泵壳因有散热而升温比转子升温慢得多，一旦转子热膨胀，旋转密封件间隙变小，导致烧损，因此最小温升应按此确定。此外，高压泵壳壳壁较厚，在内外层间会产生热应力。会加剧泵壳的载荷，甚至断裂。从机械密封角度
4、来说，也要求按此限定最小流量值。还要观察垫片密封件耐温限定值。我国目前对离心泵的最小连续流量的计算方法主要分两种：一是最小连续稳定流量，另一种是最小连续热流量。两者取其中大者为泵的最小连续流量。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.2最小稳定连续流量,指泵在不超过标准规定的噪声和振动的限度下能够正常工作的最小流量。 一般泵厂通过试验测定并提供给用户。 必要时，可用下述方法估算。根据吸入比转速和出口管外径从图222求出最大叶轮外径和最佳效率点流量的百分数，与从图223求出的最小流星校正系数Km相乘即为最小连续稳定流量的百分数，再与流量相乘即为最小连续稳定流量值。,清华精仪绿色制造,九、
5、离心泵最小操作流量,9.2最小稳定连续流量,吸入比转速可用下式求出：,例题1-7,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,指泵处在小流量条件下工作时，部分液体的能量转变为热能，使进口处液体的温度升高。当液体温度达到使系统有效汽蚀余量等于泵必需汽蚀余量时，这一温度即为产生汽蚀的临界温度，泵在低于该点温度下能够正常工作的流量就是泵的最小连续热流量。泵的最小连续热流量用下述方法估算（基于汽蚀）：（1）确定进口处液体温升的原则：液体温度升高时，饱和蒸汽压相应增大，应使：NPSHa NPSHr。（2）进口处液体温升：可采用下式计算：（3）进口处液体的允许温升：根据上述方法计算出的
6、温升值，求得温升后的温度t2 t2 = t1+ t参考有关资料查出t2下液体的饱和蒸汽压，加上进口侧的有效汽蚀余量（换算为压强），即可得出进口处的压力。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（3）进口处液体的允许温升： 再根据此压力查出对应的饱和温度，允许温升值为： ta= t- t1 应满足： ta t （4）最小连续热流量下的效率：可用下式计算：,（5）泵的最小连续热流量：根据计算的Ef值，从已选定泵的特性曲线QEf上查出对应的流量值，即为泵的最小连续热流量值。为简便起见，可利用实际经验数据来确定离心泵的最小连续热流量。有的资料，对最小连续热流量近似采用额定流量
7、的3040%，对国产某些较小Y型油泵，有此实际操作经验。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的最小连续热流量： 还可用经验的允许温升值来估算泵的最小连续热流量，经验值如下： （1）锅炉给水泵：取810，最大不超过1215。 （2）石油产品泵：取885，对密度小于0.65的烃类，不宜采用此值，汽油可取5。 （3）液化石油气泵：ta可取1。如果得不到泵的最小连续热流量值。对一般离心泵来说，可近似地按泵的额定流量的3040%估算。另外，国外学者提出一些新计算安全操作最小流量的方法（非汽蚀）：。1988年在美国休斯敦召开第五届国际泵学术会议报道：一种简易的计算安全
8、运行最小流量公式，其思路是：离心泵安全操作的最小流量，根据叶轮内发生再回流的流量再加上足够的安全余量来决定。可根据半经验的方法计算泵内发生再回流起始流量。安全余量取决于泵尺寸、转速、输液密度等。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的最小连续热流量：在泵HQ特性曲线上设定若干重要的流量点，如图224。当流量所对应的液流角与叶片角一致时，称为无冲击流量，BEP（最佳效率点）是泵内多种水力损失总和为最小的点，但各项单独的损失井不是最小。,流量小于BEP的流量时，内回流起始情况如图2一25所示。在给定的许用净正吸入压头NPSHa，泵尚能够防止汽蚀。但在某个小流量，
9、叶轮、扩压导叶或蜗壳产生的液体流动作用力现象，轴承、密封的寿命会受到损失。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的最小连续热流量：非常小的流量时，严重的汽蚀与两相流机制的上升，会造成大的轴向与切向运动。在极小流量时，泵无效率，使泵所送流体温度明显上升。目前可以对最小操作流量的技术规范加以必要的解析。,对轻烃泵，对入口时蒸发超过了对密封与轴承寿命的关心，温升成为限制最小操作流量的准则。对于单级扬程较小的泵，泵在有富余的NPSH下运行，从腐蚀观点来看，叶轮寿命成为限制最小操作流量的准则。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的
10、最小连续热流量：对于高扬程泵，在内回流时有严重振动而无法容忍，因此内回流的起始流量成为限制最小操作流量的准则。除了以上建议外，有的学者还按离心泵的可靠性来考虑。,回流起始是关键因素，可按下式计算最小操作流量：其中内回流起流量可参考下式求得：,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的最小连续热流量：前面公式里：功率强度因素系数K1：与转速的2次方，直径的4次方成正比，因此可近似认为K1是流量与转速的函数，可参见图2一26选取。密度因素K2：可认为K2即等于密度。,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的最小连续热流量：汽蚀影响因
11、素K3：汽蚀的产生增加了不稳定力的数量值。汽蚀影响对端部吸入泵最显著。在叶轮前头部位及靠近中心线区，由于充满蒸发汽泡，该汽泡的生长与崩溃时会产生显著的不稳定力。K3与NPSHa/NPSHr的比值有关。对端部吸入的泵，允许取较小的安全余量，见图227所示。操作回断性因素K4，在最小操作流量时是连续还是间歇性运行影响着泵预期的寿命。K4值可按下式决定：（1）连续操作时K4=1.0；（2）间断操作时，K4=0.7（指断续时间少于总操作时回的0.25）,清华精仪绿色制造,九、离心泵最小操作流量,9.3最小连续热流量,（5）泵的最小连续热流量：机械设计因素K5，机械设计质量严重影响最小流量。轴的偏斜、轴承载荷系数、机械密封的选择、密封环境的稳定性等都影响最小流量。但这些都无法定量。通常，对于中型泵，如果转子长径比（L3/D4）小于100时，K5可取小于1。以上在第五届国际泵用户学术研讨会论文集（5th lnternational Pump Users Symposium 1988）中有详细论述。,
