離心泵出口限流孔板設計

劉景源　牛瑞濤

摘 要：泵振動超標是核電站工藝系統調試過程中的常見現象。文章通過在某核電站消防泵房調試過程中發現循環水泵振動超標，并經過管系阻力損失的理論計算，分析了問題產生的原因，給出了泵出口增加限流孔板的修改方案。經現場驗證，方案可行。

關鍵詞：振動超標；阻力損失；限流孔板

在核電站工藝系統調試過程中，泵振動超標是一種常見現象，如不及時處理，后果非常嚴重。泵振動超標的原因很多，其中一種是泵出口管系阻力過小，泵實際出口流量超出泵運行允許的最大流量，導致泵超功率運行。

在工藝系統調試過程中，也發生了多起泵振動超標的現象。文章選取消防泵房循環水泵為例，介紹了一種解決的方法——泵出口增設限流孔板。

1 發現問題

循環水泵在試運行過程中，發現泵振動超標，同時噪音較大。現場實測數據見表1所示。

2 原因分析

根據泵工作原理，在泵的Q-H曲線上，有一個最大流量值Qmax和一個最小流量值Qmin。一般情況下，最大流量值Qmax約為額定流量的1.2倍，最小流量值約為額定流量的0.3倍。泵只有在（Qmin，Qmax）之間的工況下，才能長期穩定運行。

當泵處于（Qmin，Qmax）之間的某工況下運行時，設該點為（Q1，H1），則根據Q1核算的泵出口管線的水力損失應為H1與泵前壓力之和再減去剩余水頭的值。若根據Qmax算出的該值小于泵最大允許流量限值對應的揚程，泵實際流量則會超出泵最大允許流量限值。在這樣的工況下，就可能出現振動超標，噪聲大，電流超載現象。

由以上分析可知，泵實際流量Q=225m3/h遠遠超過泵最大允許流量限值，應是循環水泵振動超標的原因。

3 改進方案

增大泵出口管線的阻力損失，將泵流量調節至泵允許流量范圍以內。由于泵出口是蝶閥，不能長期作為調節閥使用。文章采用在泵出口管線增加限流孔板的方式解決問題。由于限流孔板安裝需要滿足孔板前10D、孔板后5D的要求，根據現場踏勘結果，限流孔板布置于閥門至變徑管之間的直管段上。

閥門至1/2號水池的管道尾端高差一致、局部水損基本一致，直管道長度相差5.5米，直管阻力損失相差很小，因此可認為閥門至1/2號水池管道阻力損失基本一致。第6節選取循環水泵至1號水池進行分析計算。

4 分析與計算

考慮到計算值與實際值可能的誤差，為確保泵在允許的流量范圍內運行，將目標流量設置為170m3/h。

現場實測，當循環水泵流量為170m3/h時，泵前壓力表讀數為0.16MPa.。

查循環水泵流量-揚程曲線圖可知，當循環水泵流量為170m3/h時，泵揚程為H=23.4米。泵前水頭與泵揚程之和39.7米轉化成5部分：

（1）剩余水頭H4=1.0m；

（2）孔板處局部水損H5=39.7-（H1+H2+H3+H4）=16.79m

根據DL/T5054—2016《火力發電廠汽水管道設計規范》，水管道節流孔板孔徑可按下式計算：

式中：dk——節流孔板的孔徑，mm；

G——通過孔板的流量，t/h；

ρ——水的密度，kg/m3；

Δp——孔板前后壓差，MPa.

取G=170t/h，ρ=水的密度1000kg/m3，Δp=0.1647MPa。

代入計算得，dk=71.7mm

孔板孔徑取70mm。

根據SGA系統手冊，SGA系統介質為常溫、常壓水。根據HG/T20570.15-2009《管路限流孔板的設置》，當流體溫度小于3750C時，計算得H=3.96mm，取孔板厚度為5mm。

5 調試驗證

GB/T2624.2-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第2部分：孔板》第5.1.8節規定：孔板孔徑d/D應始終大于或等于0.10，小于或等于0.75。

0.1

GB/T2624.2-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第2部分：孔板》第5.1.5節規定：孔板厚度應大于0.005D，小于0.05D。

0.79mm=158×0.005=0.005D<5mm<=0.05d=158×0.05=7.9mm，滿足要求。

根據分析計算結果，現場在閥門至變徑管之間的DN150直管段上分別增加一個孔板孔徑d=70mm，孔板厚度H=5mm、材料為20碳鋼的孔板。

現場調試時，關閉分支閥門，啟動循環水泵，測得管道流量為約165m3/h，小于最大流量值Qmax=180m3/h，滿足要求，泵振動、噪音值、電流也降到規定值以下。

6 結語

泵振動超標是核電站工藝系統調試過程中的常見現象。從設計的角度，需保證泵與其所在的管系設計相匹配，從而確保泵在允許的工況下運行。希望設計人員做好泵與工藝系統的設計銜接，以避免此類問題的再次發生。

參考文獻

[1] DL/T5054-2016.火力發電廠汽水管道設計規范[S].2016.

[2] G/T20570.15-2009.管路限流孔板的設置[S].2009.

[3] GB/T2624.2-2006.用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第2部分：孔板[S].2006.