工程師們常常擔心他們在系統設計上過(guò)于保守。設計過(guò)程中存在許多不確定性,包括實(shí)際運行工況的差異、流體特性的變化、設備隨時(shí)間的老化、管道結垢等。工程師使用設計因素來(lái)解釋這些項目,以防止選型/購買(mǎi)尺寸過(guò)小。它們還解釋了老化對系統的影響。
然而,一些工程師沒(méi)有考慮到在設計中應用過(guò)多的安全裕量實(shí)際上會(huì )增加過(guò)流零部件的磨損,并縮短系統壽命,尤其是在確定泵的尺寸時(shí)。
當選擇泵和管道系統時(shí),主要目標通常是實(shí)現應用所需的壓力(揚程)和流量,無(wú)論是冷卻水系統、燃料輸送管道、化工生產(chǎn)廠(chǎng)還是其它許多應用中的一個(gè)。系統所需的流量用于確定泵的總動(dòng)態(tài)揚程,然后用于比較所有可選泵型的性能曲線(xiàn)。泵的過(guò)大或過(guò)小可能會(huì )對系統產(chǎn)生嚴重影響,這就是為什么在該過(guò)程中使用準確的工作點(diǎn)至關(guān)重要。
過(guò)大或過(guò)小的影響如果所選泵尺寸不足,則系統中的流量將低于要求。這將需要額外的泵或對系統進(jìn)行調整,例如打開(kāi)排放閥(讓泵偏大工況運行)。超大尺寸的泵將提供比系統所需的更多的流量。根據應用的不同,可能需要使用節流閥或通過(guò)調整葉輪來(lái)減少流量。如果泵的工作點(diǎn)可以通過(guò)簡(jiǎn)單地調整系統中的閥門(mén)來(lái)校正,則似乎對系統幾乎沒(méi)有影響。然而,當考慮泵效率時(shí),泵尺寸過(guò)大或過(guò)小的影響變得更加明顯。
最佳效率點(diǎn)(BEP)是泵的理想工作點(diǎn),在該點(diǎn)中,用于運行泵的能量最大百分比被傳遞到流體上。當泵的工作點(diǎn)偏離BEP時(shí),會(huì )發(fā)生幾件事。最明顯的影響是效率降低,泵需要更多的驅動(dòng)功率。這種沒(méi)有傳遞到流體中的能量必須以其它形式輸出,例如熱或振動(dòng)。因此隨著(zhù)泵的效率降低,泵產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量增加。在少量情況下,這對泵的影響很小,但泵離BEP越遠,這種影響就越大。
離心泵標準(如水力協(xié)會(huì )標準HI 9.6.3)通常建議在BEP的約80 %至110 %范圍內運行泵,以避免這些影響。如果超過(guò)BEP的110 %,操作員可能會(huì )面臨因凈正吸入壓頭(NPSH)裕量低而產(chǎn)生汽蝕的風(fēng)險,以及振動(dòng)和熱量造成的損壞。而低于BEP的 80 %的負面影響,如泵卡住、低流量汽蝕、內部回流和高溫可能發(fā)生。隨著(zhù)時(shí)間的推移,這種泵的運行會(huì )導致高維護成本、高能源成本和較短的泵使用壽命。那么問(wèn)題來(lái)了,工程師如何有效地利用設計因素來(lái)避免系統中泵尺寸過(guò)小或過(guò)大呢?
謹慎確定總體設計系數需要考慮的一件事是,泵需要多少設計系數,以及何時(shí)應用該安全裕度。通常,有如下幾方可能會(huì )考慮在設計中添加設計系素:系統設計工程師確定系統尺寸,項目經(jīng)理審查設計,泵制造商推薦泵。在理解用于確定系統大小的假設和邊界條件時(shí)應小心謹慎,以防止在不知不覺(jué)中定義了不合理的設計系數。
考慮運行極限尺寸計算和所選設計系數是否考慮到系統運行的極端情況?可能已經(jīng)為系統的峰值流量進(jìn)行了有效的設計,但是這是否改變了原有的工作點(diǎn)?選擇具有使其在所有情況下都可以接近BEP運行特性的泵,而不僅僅是出于極限工況的需求,這一點(diǎn)很重要。如果對系統的需求頻繁變化,則可能需要考慮諸如為泵添加變頻驅動(dòng)器(VFD)之類(lèi)的選項,以將泵的運行保持在期望的范圍內。
選擇正確的工具確定系統的大小,特別是對于大型系統,是一個(gè)復雜的過(guò)程。使用有助于簡(jiǎn)化流程的工具,以減少出錯的機會(huì )。在與其他人溝通和報告信息時(shí),使用自動(dòng)調整工具可以使建模方法更加清晰。一個(gè)有效的自動(dòng)化尺寸確定工具允許工程師將制造商的信息快速輸入到設計中,并根據設計驗證擬定設備將按預期運行。這種冗余可以防止潛在的代價(jià)高昂的錯誤。此外,一個(gè)有效的自動(dòng)化尺寸計算工具將允許用戶(hù)快速比較不同的運行情況甚至在進(jìn)行尺寸計算時(shí)將多個(gè)相關(guān)設計情況考慮在內。
總結設計滿(mǎn)足運行要求的系統至關(guān)重要。然而,當涉及到設計一個(gè)系統時(shí),顯然并不是越大越好。有效的設計不僅有助于在構建系統時(shí)降低材料和安裝成本,而且還可以防止系統中的部件(例如泵)的額外磨損。