袁伊汝

(華陸工程科技有限責任公司,陜西西安 710065)

1 泵的分類

目前化工裝置中用到的泵的種類很多，根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu)，其分類如下：

文章討論的泵的類型是臥式離心泵，探討的重點是臥式離心泵的管口荷載在超過允許值但沒有超過允許值兩倍的情況下，如何進行整機校核，如何判斷管口荷載是否通過。

2 理論介紹

離心泵管口允許的作用力和力矩值通常由制造廠提出，對于制造廠未提出受力要求的離心泵，如果廠家確認泵是按照API610標準設(shè)計的，可以按照API610標準進行管口荷載校核[1]，泵口允許承載數(shù)值見表1。

API610中對于臥式泵的校核規(guī)定如下[2]：

(1)當單個管口各分力和分力矩不大于表1中的數(shù)值時，表示受力合格，不需要進一步校核。

(2)當單個管口各分力和分力矩超出表1中的數(shù)值，但不大于其2倍，并且滿足下列兩個條件時，也認為泵受力滿足要求，即進行整機校核；

①作用在泵的單個管口的合力及合力矩滿足：

式中：FRSa—— 吸入口所受的合力，N；FRDa—— 排出口所受的合力，N；MRSa——吸入口所受的合力矩，N·m；MRDa——排出口所受的合力矩，N·m；FRSt4——表1規(guī)定吸入口允許合力值，N；FRDt4——表1規(guī)定排出口允許合力值，N；MRSt4—— 表1規(guī)定吸入口允許合力矩值，N·m；MRDt4——表1規(guī)定排出口允許合力矩值，N·m。

②作用在泵的單個管口上的分力和分力矩平移到泵的中心，泵所受的總體合力及合力矩滿足：

FRCa<1.5(FRSt4+FRDt4)

|MYCa|<2.0(MYSt4+MYDt4)

MYCa<1.5(MRSt4+MRDt4)

式中：FRCa——吸入和排出口上作用力的合力，N；MRCa——吸入和排出口上力與力矩合成到泵中心的合力矩，N·m；MYCa——吸入和排出口上力與力矩合成到泵中心的Y方向合力矩，N·m；MYSt4——表1規(guī)定的吸入口Y方向的允許合力矩值，N·m；MYDt4——表1規(guī)定的排出口Y方向的允許合力矩值，N·m。

表1 泵口允許承載數(shù)值Tab.1 Allowable load value of pump nozzle

注：表中數(shù)值表示絕對值。

在②中提到的泵中心及泵的坐標見圖1和圖2，泵中心由泵軸中心線與通過兩個支撐壁中心的垂直平面的交點確定。

3 工程實例

某項目中的除氧水泵，該泵屬于頂部吸入和頂部排出的臥式泵，如圖1。泵的進口管徑為DN250，出口管徑為DN200，設(shè)計和操作參數(shù)為：設(shè)計壓力 0.4 MPa，設(shè)計溫度140 ℃，操作壓力0.3 MPa，操作溫度109 ℃。除氧水泵為一開一備，工況較多，文中只討論A泵開B泵關(guān)的工況。泵的吸入口和排出口的位置坐標見表2，坐標系參見圖1，該坐標系與CAESARⅡ軟件中的坐標系不一致。

圖1 頂部吸入和頂部排出的臥式泵Fig.1 Horizontal pump with top suction and top discharge

圖2 軸向吸入和頂部排出的臥式泵Fig.2 Horizontal pump with axial suction and top discharge

泵口管徑/mmX/mmY/mmZ/mm吸入口250-5250550排出口20000745

3.1 除氧水泵吸入口荷載分析

初版除氧水泵的吸入口應(yīng)力模型如圖3。

圖3 A泵開B泵關(guān)Fig.3 Pump A opening; Pump B closing

CAESARⅡ軟件計算的圖3模型中A泵的吸入口荷載見表3。

表3 A泵的吸入口荷載Tab.3 Intake load of Pump A

查表1可得DN250管口的允許荷載為FXSt4=5 340 N,FYSt4=4 450 N,FZSt4=6 670 N,MXSt4=5 020 N·m,MYSt4=2 440 N·m,MZSt4=3 800 N·m。與表3中的值對比可知，泵口操作工況荷載不滿足API610中(1)的規(guī)定，可按(2)進一步校核。

對于A泵的吸入口：

超過2倍，不滿足(2)的要求，可得出A泵的吸入口荷載不滿足要求。調(diào)整管道支架已經(jīng)不能降低管口荷載，所以，只能通過修改管道走向來降低泵口荷載。通過研究決定將主管上A泵支管的接口位置移動4.5 m，增加Z方向的尺寸，改變管系的柔性，降低泵口荷載。

3.2 修改后的除氧水泵吸入口應(yīng)力模型(見圖4)

圖4 A泵開B泵關(guān)Fig.4 Pump A opening; Pump B closing

CAESARⅡ軟件計算圖4模型中A泵的吸入口荷載見表4。

表4 A泵的吸入口荷載Tab.4 Intake load of Pump A

表4中的數(shù)值與表1中的允許值對比可知，A泵的吸入口操作和安裝工況荷載均滿足要求。

3.3 除氧水泵的排出口荷載分析，應(yīng)力模型(見圖5)

圖5 A泵開B泵關(guān)Fig.5 Pump A opening; Pump B closing

CAESARⅡ軟件計算的圖5模型中A泵的排出口荷載見表5。

表5 A泵的排出口荷載Tab.5 Intake load of Pump A

查表1可得DN200管口的允許荷載為FXSt4=3 780 N,FYSt4=3 110 N,FZSt4=4 890 N,MXSt4=3 530 N·m,MYSt4=1 760 N·m,MZSt4=2 580 N·m。與表5中的數(shù)值對比可以得出A泵的排出口安裝工況下所有荷載滿足要求，在操作工況下Fx、Fy和Mx不能滿足(1)的規(guī)定，需要按(2)進一步校核。

對于A泵的排出口：

同時其他方向上的力和力矩都小于允許值。

除了加快立法，我國還要構(gòu)建國家網(wǎng)絡(luò)安全防護體系。有西方分析家指出，中國的水電站大壩、石油天然氣管道和其他一些計算機控制的公共基礎(chǔ)設(shè)施易受到攻擊。

3.4 整機校核

由3.2和3.3泵吸入和排出口的具體荷載可知，安裝工況的泵口荷載滿足表1的要求，不需要進一步校核。

操作工況下吸入口的荷載滿足表1的要求，排出口部分荷載超出表1中的數(shù)值，但均不大于其2倍[3]，因此需要按照②進一步校核，即進行整體校核來判斷泵口操作荷載是否可以接受。

3.4.1 校核單個管口的合力和合力矩

(2)中式①滿足，該條件校核通過。

3.4.2 校核總體合力與合力矩

吸入和排出口上作用力的合力

1.5(FRSt4+FRDt4)=1.5(9 630+6 920)=24 825 N

吸入和排出口上力與力矩合成到泵中心的Y方向合力矩，泵中心按圖1來取，力矩的方向按右手定則

=207+1 507+(-4 357)×0.55+(-5 827)×0.745-(-3 913)×(-0.525)-(-4 231)×0=7078 N·m

2.0(MYSt4+MYDt4)=2.0(2 440+1 760)=8 400 N·m

式|MYCa|<2.0(MYSt4+MYDt4)，滿足。

吸入和排出口上力與力矩合成到泵中心的合力矩，泵中心按圖1來取，力矩的方向按右手定則

=-36-3 600-(-1 439)×0.55-4 529×0.745+(-3 913)×0-(-4 231)×0

=-6218.6 N·m

=2 043+1 428-(-4 357)×0-(-5 827)×0+(-1 439)×(-0.525)+4 529×0

=4 226.5 N·m

=10 326 N·m

1.5(MRSt4+MRDt4)=1.5(6 750+4 710)

=17 190 N·m

式MRCa<1.5(MRSt4+MRDt4)，滿足。

通過整機校核的方法可判定泵口荷載在操作工況下可以接受。

由3.1～3.4可以得出泵的操作工況和安裝工況荷載均可滿足要求。

通過CAESARⅡ軟件中自帶的API610模塊來計算，對比結(jié)果一致。

4 結(jié)論

泵在化工裝置中是很重要的設(shè)備，泵能否正常運行關(guān)系到整個裝置的運行狀況，應(yīng)認真分析泵口荷載的計算結(jié)果，仔細研究泵的圖紙及廠家的要求。當出現(xiàn)泵口荷載超過允許值時，靈活運用標準規(guī)范，判斷是否滿足整機校核的條件，如果滿足則通過整機校核來確定泵口荷載是否在可以接受的范圍內(nèi)。通過研究分析，合理設(shè)計，改變對泵口荷載校核的認識，提高管道應(yīng)力分析的水平。