GB∕Z 32458-2015 輸送粘性液體的離心泵 性能修正

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件輸送黏性液體的離心泵性能修正中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局I Ⅲ 1 1 24概述 3 36美國(guó)水力學(xué)會(huì)方法概要 57進(jìn)一步理論說(shuō)明 8其他注意事項(xiàng) 23附錄A(資料性附錄)運(yùn)動(dòng)黏度單位換算 27ⅢGB/Z32458—2015/ISO/TR17766:本指導(dǎo)性技術(shù)文件使用翻譯法等同采用ISO/TR17766:2005《輸送黏性液體的離心泵性能修 輸送黏性液體的離心泵性能修正本指導(dǎo)性技術(shù)文件給出了所有普通離心泵(以下簡(jiǎn)稱“泵”)輸送黏性液體時(shí)性能修正的技術(shù)方法。本指導(dǎo)性技術(shù)文件適用于在正常工作范圍內(nèi)輸送牛頓流體的、安裝開式或2符號(hào)和縮略語(yǔ)本指導(dǎo)性技術(shù)文件中使用的符號(hào)和定義如下1:A——用于計(jì)算修正必需汽蝕余量的吸入幾何變量。B——用于黏度修正過(guò)程的參數(shù)，參數(shù)B用于規(guī)范泵的雷諾數(shù)和調(diào)整修正泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。BEP——最佳效率點(diǎn)(在規(guī)定轉(zhuǎn)速下泵效率最高時(shí)的流量和揚(yáng)程)。C,-RR——由于圓盤摩擦損失引起的效率修正系數(shù)。CH——揚(yáng)程修正系數(shù)。CBEP-H——水時(shí)在泵最佳效率流量點(diǎn)的揚(yáng)程修正系數(shù)。C?！髁啃拚禂?shù)。Hth——理論揚(yáng)程(流動(dòng)沒(méi)有損失),m(ft)。Hvis——黏性揚(yáng)程，當(dāng)輸送黏性液體時(shí)的單級(jí)揚(yáng)程，m(ft)。葉輪的比轉(zhuǎn)數(shù)被定義為具有幾何相似尺寸的葉輪能排出1立方米每秒(m3/s),揚(yáng)程為1米(公制單位)或1加侖(US)每分鐘，揚(yáng)程為1英尺(USCS單位)時(shí)每分鐘的轉(zhuǎn)速。這些單位應(yīng)被用來(lái)計(jì)算比工2GB/Z32458—2015/ISO/TR1NPSHRwPPmPPvisPwQηp——輸送液體相對(duì)于20℃(68F)水時(shí)的比重。美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)已經(jīng)提出一種通用的方法來(lái)預(yù)測(cè)用于輸送黏度大于水的牛頓流體的回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵的性能。這是一個(gè)基于世界范圍內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)方法。美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)的方法使泵的用戶3GB/Z32458—2015/ISO/TR1和設(shè)計(jì)者能夠基于介質(zhì)為水時(shí)特定回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵的性能估算出介質(zhì)為其他已知黏度的液體時(shí)該泵的性以美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)黏度修正法(VCM)為基礎(chǔ)的計(jì)算過(guò)程已經(jīng)在基于網(wǎng)絡(luò)的HIVCMTM工具進(jìn)水相對(duì)于黏性液體的水力性能?；诒局笇?dǎo)性技術(shù)文件規(guī)定的方法，在泵的選型中使用HIVCMTM工存在偏差。第四，本指導(dǎo)性技術(shù)文件提供的經(jīng)驗(yàn)方法是根據(jù)各種合理的修正程序統(tǒng)計(jì)比較后選擇的。第6章。黏性液體試驗(yàn)獲得充分的信息。美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)從世界各地收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中沒(méi)有包括關(guān)于泵試指導(dǎo)性技術(shù)文件還給出了確定黏度對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和NPSHR影響的方法。關(guān)于黏度修正的前一版美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)標(biāo)準(zhǔn)中的參考文獻(xiàn)[24]是以1960年底前的數(shù)據(jù)為基正值增大。修正系數(shù)上發(fā)生的最顯著變化是流量不超過(guò)25m3/h(100gpm)4比會(huì)改變。輸送黏性液體時(shí)下降的性能可應(yīng)用相對(duì)于水時(shí)的揚(yáng)程、流量和效率的性能修正系數(shù)進(jìn)行效率并分別應(yīng)用修正系數(shù)CH、CQ和C,進(jìn)行估算。這些系數(shù)在式(1)中被定義：圖1中的a)和b)用簡(jiǎn)圖表示出了揚(yáng)程、效率和功率特性從輸送水到高黏度液體當(dāng)輸送水時(shí)(BEP—W),如果將測(cè)量的數(shù)據(jù)C?可直接在圖1c)中讀出。在BEP-W點(diǎn)和H-Q曲線原點(diǎn)(H=0;Q=0)之間的一條直線被稱為導(dǎo)葉體或蝸殼的特性。參考文獻(xiàn)[10]和[14]中的試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)表明，對(duì)于黏性液體BEPs符合導(dǎo)葉體或蝸殼特性。美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)從世界范圍內(nèi)收集的關(guān)于輸送黏性液體試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析也證實(shí)了這種觀a)可利用的有限數(shù)據(jù)分析表明，采用試驗(yàn)和損失分析方法預(yù)測(cè)的揚(yáng)程修正計(jì)算的精確度大致相同。關(guān)于損失分析方法基本原理的進(jìn)一步理論解釋在本指導(dǎo)性技術(shù)文件的第7章中說(shuō)明。使用這樣的本指導(dǎo)性技術(shù)文件中第6章美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)解釋的方法是以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。對(duì)于大多數(shù)5GB/Z32458—2015/ISO/T中給出的修正系數(shù)方法與以前美國(guó)水力學(xué)會(huì)(HI)的方法相似。這個(gè)新方法比已被世界各地廣泛使用BEP單級(jí)的揚(yáng)程HBEp-w=6m～130m(20ft～430ft)?？杀粦?yīng)用于以上給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍之外的泵的性能，如第6章的概述以及6.5和6.6中的特殊說(shuō)明及6.5和6.6提供的公式由于是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)而不是理論上的考慮，因此6.5和6.6中給出的限制范加引起的NPSHR增加才使用修正系數(shù)。關(guān)于NPSHR的增量估算見7.3。A用于計(jì)算修正必需汽蝕余量的6葉輪的比轉(zhuǎn)數(shù)被定義為具有幾何相似尺寸的葉輪能排出1注1:本定義中指的是泵的流量，而不是葉輪入口的流量。注2:根據(jù)我國(guó)的習(xí)慣，計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)應(yīng)乘系數(shù)3.65。Pvis5 注1:其他技術(shù)符號(hào)在美國(guó)水力學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中已被定義。注2:附錄A給出了運(yùn)動(dòng)黏度SSU和cSt單位相互間的換算公式。注3:泵黏度修正由下文中的6.4、6.5和6.6程序所決定。7GB/Z32458—2015/ISO/TR1776否否是是是是否否否參數(shù)B≥40嗎?否否計(jì)算P(6.5,步驟5)是8GB/Z32458—2015/ISO/T在6.6中闡述第三部分的程序，并歸納在圖4中。是否是否否是圖4根據(jù)給定揚(yáng)程、流量和黏度條件選擇泵的流程6.5已知泵輸送水時(shí)的性能來(lái)確定泵在輸送黏性液體時(shí)性能的說(shuō)明下面的公式用于展開修正系數(shù)調(diào)整泵輸送水時(shí)的流量、總揚(yáng)程、效率和輸入功率的性能特性以適應(yīng)對(duì)應(yīng)的黏性液體的性能。根據(jù)水時(shí)最佳效率點(diǎn)的流量(QBEP-w)計(jì)算參數(shù)B。 (2) (3)如果1.0<B<40,轉(zhuǎn)到步驟2。如果B≥40,用6.5和6.6中的公式導(dǎo)出的修正系數(shù)是很不精確的，應(yīng)該避免。而詳細(xì)的損失分析9如果B≤1.0,設(shè)定Ch=1.0,Cq=1.0,然后跳至步驟4。步驟2用式(4)計(jì)算與水時(shí)在最佳效率點(diǎn)流量(QBEP-w)性能相一致的流量修正系數(shù)(CQ)(該系數(shù)也等于在BEP時(shí)的揚(yáng)程修正系數(shù)[CBEP-H]),并據(jù)此修正輸送水時(shí)的流量(Qw),以得到黏性流量(Qvis)。以下 (4) (5)步驟3yy12圖5與參數(shù)B相對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)CQ和CH步驟4用式(7)或式(8)計(jì)算效率修正系數(shù)(C,)以及黏性泵的效率(yvg)的對(duì)應(yīng)值。下面的公式對(duì)于流量對(duì)于1.0<B<40, (7)對(duì)于B≤1.0,從下面的式(8)估算效率修正系數(shù)(C,): (8)YYX——參數(shù)B;圖6與參數(shù)B相對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)Cn步驟5步驟1步驟2Qvis=0.938×110.0×1.00=103.2HBEP-vis=0.938×77.0=72.2m步驟3對(duì)于流量(Qw)大于或小于水時(shí)在最佳效率點(diǎn)的流量(QBEP-w),計(jì)算揚(yáng)程修正系數(shù)(Cn)和相應(yīng)的黏性揚(yáng)程值(Hvis)。Cn=1—(1-0.938)×(0.60)Hyis=0.958×87.3=83.6m步驟4算C,:C,=(5.52)-[0547×(5.520.步驟5率(Pyis)。圖7單級(jí)泵性能曲線示例(公制單位)表1計(jì)算示例(公制單位)黏性液體的比重(s)泵軸轉(zhuǎn)速(N)/(r/min)水時(shí)的流量(Qw或QnEP-w)/(m3/h)水時(shí)的效率(nw)流量修正系數(shù)(Co)揚(yáng)程修正系數(shù)(CH或CBEP-H)表1(續(xù))效率修正系數(shù)(C)黏性液體的流量(Qw.)/(m3/h)黏性液體的效率(ηvis)根據(jù)水時(shí)在最佳效率點(diǎn)下的性能，用式(3)計(jì)算參數(shù)B。如果泵是多級(jí)結(jié)構(gòu)，用單級(jí)揚(yáng)程計(jì)算參規(guī)定單位，QBEp-w的單位用gpm,Hw用ft,N用r/min,V?用式(4)計(jì)算流量修正系數(shù)(Ca),修正水時(shí)流量與最佳效率點(diǎn)流量的比值(Qw/QBp-w)。Co=(2.71)-0.165×(lg5.50)Qvis=0.938×440×0.60=248gpm根據(jù)式(5),揚(yáng)程的修正系數(shù)(CBEP-a)等于在QBEp-w上的(Cq)。對(duì)于流量(Qw)大于或小于水時(shí)在最佳效率點(diǎn)的流量(QBEP-w),計(jì)算揚(yáng)程修正系數(shù)(Ch)和相應(yīng)的黏性揚(yáng)程值(Hy)。當(dāng)流量為QBEP-w的60%時(shí)，用式(6)計(jì)算相應(yīng)的揚(yáng)程修正系數(shù)(Ch)和黏性揚(yáng)程(Hvs):Cn=1-(1-0.938)×(0.60)0步驟4對(duì)于流量(Qw)大于、小于或等于水時(shí)在最佳效率點(diǎn)的流量(QBEP-w),計(jì)算效率修正系數(shù)(C,)和相應(yīng)的黏性泵的效率值(nu)。根據(jù)步驟1計(jì)算得出的參數(shù)B=5.50(在1<B<40范圍內(nèi)),用式(7)計(jì)算C,。C,=(5.50)-[0.0547×(5.50.7vis=0.738×0.602=0.步驟51一表2計(jì)算示例(USCS單位)黏性液體的比重(s)泵軸轉(zhuǎn)速(N)/(r/min)水時(shí)的單級(jí)揚(yáng)程(Hw或HBEP-w)/ft水時(shí)泵的效率(ηw)流量修正系數(shù)(Cq)揚(yáng)程修正系數(shù)(Cn或CBEP-H)效率修正系數(shù)(C,)單級(jí)修正揚(yáng)程(Hwi或HBEP-vis)/ft修正效率(ηvis)6.6對(duì)給定揚(yáng)程、流量和黏度條件下初步選擇泵的說(shuō)明給定黏性工況下泵的流量和揚(yáng)程以及泵輸送溫度下液體的黏度和比重，可用下列公式近似求出泵相應(yīng)的輸送水時(shí)性能和估算黏性泵輸入功率。根據(jù)黏性條件確定輸送水時(shí)的性能，沒(méi)有根據(jù)輸送水時(shí)的性能確定黏性時(shí)性能準(zhǔn)確，除非是做了迭代運(yùn)算。用式(11)計(jì)算參數(shù)B,規(guī)定公制單位，Qvis用m3/h,Hvi:用m,Vvis用cSt:如果1.0<B<40,轉(zhuǎn)到步驟2。如果B≥40,用6.5和6.6中的公式導(dǎo)出的修正系數(shù)是很不精確的，應(yīng)該避免。而詳細(xì)的損失分析方法可以保證。如果B≤1.0,設(shè)定CH=1.0,Cq=1.0,然后跳至步驟4。步驟2計(jì)算流量修正系數(shù)(CQ)和揚(yáng)程修正系數(shù)(CH)。這兩個(gè)修正系數(shù)在偏離水時(shí)最佳效率點(diǎn)流量(QBEP-w)的任一給定流量下都是相等的。參考式(4):步驟3步驟4步驟5如果1.0<B<40,C,=B-(0.0547×B?.如果B≤1.0,從下面的公式計(jì)算效率修正(C,)值。步驟6參考式(9):步驟1步驟2計(jì)算流量修正系數(shù)(Cq)和揚(yáng)程修正系數(shù)(Cn)。這兩個(gè)修正系數(shù)在偏離水時(shí)最佳效率點(diǎn)流量參考式(4):步驟3GB/Z32458—2015/IS步驟4步驟5用式(7)計(jì)算效率修正系數(shù)和近似的黏性泵效率或者參考圖6確定。步驟6計(jì)算黏性液體近似的泵軸輸入功率。規(guī)定單位，流量用m3/h,總揚(yáng)程用m,軸輸入功率用kW,用選擇一臺(tái)泵用來(lái)輸送流量為440gpm,總揚(yáng)程為230ft,在輸送溫度下的運(yùn)動(dòng)黏度為120cSt,比重為0.90的液體。步驟1步驟2計(jì)算流量修正系數(shù)(Cq)和揚(yáng)程修正系數(shù)(Ca)。這兩個(gè)修正系數(shù)在偏離水時(shí)最佳效率點(diǎn)流量C?≈Cn≈(2.71)-0.165×(1g5.70步驟3步驟4選擇一臺(tái)水時(shí)性能流量為471gpm,總揚(yáng)程為246ft的泵。對(duì)于水時(shí)性能最好選擇在最佳效率點(diǎn)步驟5用式(7)計(jì)算效率修正系數(shù)和近似的黏性泵的效率或參考圖6確定。7vis=0.729×0.680=0.496步驟6計(jì)算黏性液體近似的泵軸輸入功率。規(guī)定單位，流量用gpm,總揚(yáng)程用ft,軸輸入功率用hp,用式7進(jìn)一步理論說(shuō)明7.1范圍7h——水力效率；Pm——徑向和軸向軸承以及軸封所有機(jī)械損失的總和。轉(zhuǎn)動(dòng)力泵理論，有效揚(yáng)程(H)是葉輪的理論揚(yáng)程(Ht)與水力損失(HL)的差值。根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]、當(dāng)間隙相對(duì)較大的低比轉(zhuǎn)數(shù)小型泵運(yùn)行黏度約為100cSt以下時(shí)，其影響較大。這也許就是黏度適當(dāng)率損失強(qiáng)烈影響輸送黏性液體的泵的效率，圓盤摩擦損失主要發(fā)生在閉式葉裝置上。這樣的損失也隨著雷諾數(shù)的減小或黏度的增加而增大，可參照標(biāo)準(zhǔn)文圖9說(shuō)明了黏度對(duì)效率的影響，圓盤摩擦損失(PRR)與有效功率P,的比值曲線是以黏度為橫坐標(biāo)，并把比轉(zhuǎn)數(shù)n?作為一個(gè)參數(shù)來(lái)繪制的。在特定的情況下，當(dāng)黏度從10-?上升到3×10-3m2/s(1cSt~3000cSt)時(shí)，圓盤摩擦損失大約增長(zhǎng)30倍。對(duì)于黏度為3000cSt的介質(zhì)，比轉(zhuǎn)數(shù)n。=10(Ns=500)時(shí)的圓盤摩擦功率比有效功率大將近10倍；n?=45(Ns=2300)時(shí)的圓盤摩擦功率為P的50%。2n,=20(Ns=100圖10繪制了只考慮圓盤摩擦損失對(duì)效率的影響，可導(dǎo)出系數(shù)C,-RR。這證明了由于受圓盤摩擦的口法蘭和葉輪入口之間的水力損失。這些損失隨著黏度而增加并影響NPSHR。影響NPSHR的其他因素是液體的熱力學(xué)性質(zhì)和產(chǎn)生的或溶解存在的氣體，這些因素的相互作用將在7.3中被討論。以分析考慮為基礎(chǔ)估算黏性液體NPSHR的方法也將在7.3中被概述。YNPSHR作為衡量回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵吸入性能的特征參數(shù)，表示在葉輪入口處單位重量液體具有超過(guò)汽黏度對(duì)NPSHR的影響實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雷諾數(shù)函數(shù)關(guān)系。然而，這種影響不能以單一的關(guān)系式來(lái)表該通用方法不宜用于未考慮液體性能熱效應(yīng)的烴類。參閱ANSI/HI1.3.4.1.16.324]?；趽P(yáng)程下降3%準(zhǔn)則，以下公式用于推導(dǎo)出修正系數(shù)以調(diào)整泵輸送水時(shí)的NPSHR性能至相應(yīng)規(guī)定單位，QBEp-w用m3/h,NPSHRBEp-w用m,N用r/min,用吸入口幾何變量(A)的選擇如下：對(duì)于側(cè)面入口的泵(流道從吸入管進(jìn)入葉輪轉(zhuǎn)彎大約90°):A=0.5NPSHRvs=CNpsn×NPSHR在這個(gè)NPSHR修正方法中流量沒(méi)有被修正，對(duì)于NPSHR,.修正值相對(duì)應(yīng)的流量，用未修正的圖11和圖12舉例說(shuō)明了NPSHR修正方法的示例。 圖11NPSHR與流量關(guān)系圖的示例(公制單位)表3計(jì)算示例(公制單位)黏性液體的比重(s)泵軸轉(zhuǎn)速(N)/(r/min)水時(shí)的流量(Qw)/(m3/h)最佳效率流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程修正系數(shù)(CH)NPSHR修正系數(shù)(CNpsH)圖12NPSHR與流量關(guān)系圖的示例(USCS單位)表4計(jì)算示例(USCS單位)黏性液體的比重(s)泵軸轉(zhuǎn)速(N)/(r/min)水時(shí)的必需汽蝕余量(NPSHRw)/ft最佳效率流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程修正系數(shù)(CH)NPSHR修正系數(shù)(CNPsh)修正必需汽蝕余量(NPSHR,i)/ft第6章的修正公式是以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并且參數(shù)B的最大值約為35。用高于40的B值進(jìn)行推GB/Z32458—2015/ISO/TR1在層流狀態(tài)下(黏性輸送時(shí)),在葉輪蓋板和泵殼體之間的軸向間隙對(duì)圓盤摩擦損失和效率有強(qiáng)烈泵的內(nèi)部組件，例如泵軸和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)械，應(yīng)該進(jìn)行核查以確保它們足以滿足泵產(chǎn)生的額外運(yùn)動(dòng)黏度單位換算為了方便起見