离心泵管道应力分析.docx
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离心泵管道应力分析
1总则
1.0.1本标准适用于石油化工厂的离心泵管道设计,其它类似转动设备的管道可参照。
1.0.2执行本标准时,还应符合现行有关规范和标准的要求。
1.0.3本标准代替《离心泵管道应力分析规定》(BA3-6-2-94)。
2一般要求
2.0.1泵属回转机械,过大的外力会造成变形、振动和噪声,甚至毁坏设备,因此泵管道应力分析至关重要。
2.0.2泵管道应力分析应当遵循以下分析原则:
a)应力分析后的泵嘴外力应满足受力(力矩)要求
b)应力分析提出的任何管道方面的修改应符合工艺要求
c)在满足泵嘴受力要求的前提下,力求管道布置简捷,减少不必要的弯头。
d)管道布置应考虑安装和检修方便的要求
e)进行解析分析,为简化管道设计提供条件,经验分析或简单公式分析偏于保守,不利于管道布置最简洁化
f)除工艺流程明确要求使用膨胀节(波形补偿器)应慎重,采用膨胀节补偿方式应慎重,只有在工艺条件允许使用(即膨胀节本身能满足工艺条件)的前提下,下列情况方可采用;
1)设备间距小,直接相连柔度不足,又无法采用其它布置形式;
2)为追求最小压降;
3)弯管自然补偿无法进一步减小泵嘴受力;
4)采用膨胀节比自然补偿更为经济;
3泵嘴受力(力矩)验算准则
3.0.1离心泵管嘴受力不应超过制造厂提供的允许值
3.0.2如果制造厂没有提出允许受力值,可参照美国石油学会标准API610关于离心泵管嘴受力的有关规定。
4离心泵接管管道分析要点
4.0.1计算时应包括所有可能的操作工况,特别对于存在备用泵的多台泵的情况下,计算工况为多个实际操作工况的组合。
4.0.2工作泵接管管道的计算温度取最高操作温度,备用泵接管管道的计算温度取伴热线温度(管道有伴热线)或常温(管道无伴热)。
4.0.3工作泵的初始位移取工作状态下的实际位移值,备用泵的初始移值取备用状态下的实际位移值。
4.0.4泵嘴有偏心大小头时,偏心距产生的位移计入泵嘴初始位移。
4.0.5泵嘴接管管道支点距管中心的距离,应力分析时应一并输入计算不能忽略。
4.0.6弯管支吊架在弯管弧线上的位置应该准确输入。
4.0.7泵嘴附近的弹簧支吊架应在假定所有泵同时工作的情况下选取。
4.0.8弯管支托的假管部分应模拟输入。
4.0.9磨擦力不应忽略。
5减小泵嘴受力的有效途径
5.0.1合理设置支吊架位置,尽可能保持整个管系的重量平衡。
5.0.2阀门附近设置支吊架。
5.0.3泵嘴附近选用弹簧支吊架。
5.0.4两台或多台泵并排放置时,泵间管道产生的热胀推力(力矩)往往是使泵受力超标的主要原因,此时,可设法增加泵间管道的柔度。
5.0.5在适当位置设置限位架以阻止较远管道对泵的作用;
5.0.6适当加大端部或侧部管嘴与支架或弯管支托之间的距离,以减小泵嘴与支承之间发生下位移时所产生的力和力矩。
5.0.7精确计算泵嘴的初始位移;
5.0.8在保证足够支承强度的情况下,泵附近的弯管支托采用较小管子;
5.0.9磨擦力的影响较大时采用吊架;
5.0.10采用金属波纹管膨胀节。
6参考图表
6.0.1适用条件:
a)本标准中给出的最小尺寸LMIN只考虑泵间管道的热变形对泵嘴的推力(力矩),未考虑其后续管道及支架的影响。
b)本标准中给出的最小尺寸LMIN是根据6.0.2中的基本数据编制的;
c)本标准中给出的最小尺寸LMIN只适用于没有明确给出嘴子受力(力矩)要求的泵接管管道的设计;
d)本标准中给出的最小尺寸LMIN只作为泵接管管道布置的参考数据,最终应通过精确的应力分析与计算来确定;
6.0.2基本布置尺寸:
a)泵接管管道采用SCH40无缝碳钢钢管)表6.0.2-1);
b)大小头采用SHJ408-90系列(表6.0.2-2);
c)阀门采用闸阀Z41H-25和止回阀H44H-25(表6.0.2-3);
表6.0.2-1SCH40无缝钢管
DN
外径×壁厚
弯头半径R=1.5DN
80
88.9×5.6
114
100
114.3×6.3
152
150
168.3×7.1
229
200
219.1×8.0
305
250
273.0×8.8
381
300
323.9×10.0
457
350
355.6×11.0
533
400
405.4×12.5
610
表6.0.2-2同心(偏心)大小头结构长度
公称直径DN
结构长度L
DN80x50
89
DN100X50
102
DN100X80
102
DN150X80
140
DN150X100
140
DN200X100
152
DN200X150
152
DN250X150
178
DN250X200
178
DN300X200
203
DN300X250
203
DN350X250
330
DN350X300
330
DN400X300
356
表6.0.2-3阀门的结构尺寸
公称直径
Z41H-25
H44H-25
DN
L(mm)
LD(mm)
W(N)
L(mm)
LD(mm)
W(N)
80
280
390
700
310
420
520
100
300
424
820
350
474
750
150
300
494
1640
480
624
1600
200
350
560
2560
550
710
2530
250
450
620
3570
650
820
3360
300
500
684
4840
750
934
4550
350
550
746
7550
850
1046
6000
400
600
830
10550
950
1180
7040
6.0.3顶部接管的泵管道布置图和最小布置尺寸LMIN(表6.0.3-1~6.0.3-5)
表6.0.3-1LMIN(H=1700,L1=2200)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
815
1135
1385
1600
1795
1975
100
1375
1785
2125
2575
3100
3600
80
100
925
1240
1490
1710
1905
2090
150
1735
2385
3165
3900
4600
100
150
1405
1885
2435
3015
3580
4140
200
2385
3515
4580
150
200
1660
2295
3010
3695
4360
5015
250
2585
3750
4915
200
250
300
250
350
400
300
400
450
表6.0.3-2LMIN(H=1700,L1=2400)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
855
1180
1435
1655
1855
2045
100
1455
1850
2195
2750
3300
3835
80
100
960
1285
1545
1765
1970
2160
150
1790
2550
3365
4140
100
150
1535
1950
2600
3215
3810
4405
200
2525
2740
4870
150
200
1720
2445
3205
3930
4640
250
2750
4030
5220
200
250
300
250
350
400
300
400
450
表6.0.3-3LMIN(H=2000,L1=2600)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
100
80
100
150
100
150
1590
2045
2755
3050
3650
4250
200
2400
3625
4765
150
200
1810
2320
3085
3815
4530
250
2660
3950
5160
200
250
2000
2965
3885
4770
300
3160
4655
250
350
2380
3500
4555
400
300
400
450
表6.0.3-4LMIN(H=2000,L1=2800)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
100
80
100
150
100
150
1640
2105
2490
3230
3965
4485
200
2540
3825
5025
150
200
1875
2455
3260
4030
250
2805
4170
5445
200
250
2095
3130
4100
5030
300
3345
4910
250
300
2505
3690
4800
350
300
350
400
表6.0.3-5LMIN(H=2000,L1=3000)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
100
80
100
150
100
150
1685
2165
2560
3295
3645
3970
200
2675
4025
150
200
1915
2585
3435
4240
5025
250
2955
4385
200
250
2205
3290
4310
5285
300
3510
5155
250
300
2635
3875
5040
350
300
350
400
6.0.4端部接管的泵管道布置图和最小布置尺寸LMIN(表6.0.4-1~6.0.4-5)
表6.0.4-1LMIN(H=1700,L1=2200)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
0
0
0
0
440
785
100
0
0
825
1205
1485
1710
80
100
0
0
0
0
0
765
150
0
0
1240
1595
1880
2130
100
150
0
0
590
1150
1450
1695
200
150
200
250
200
250
300
250
350
400
300
400
450
表6.0.4-2LMIN(H=2000,L1=2400)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
0
0
0
0
0
585
100
0
0
620
1145
1475
1750
80
100
0
0
0
0
0
495
150
0
0
1160
1615
1945
2230
100
150
0
0
0
1050
1440
1730
200
0
1245
1815
2220
2560
2855
150
200
0
0
730
1385
1725
2020
250
200
250
300
250
350
400
300
400
450
表6.0.4-3LMIN(H=2200,L1=2600)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
0
0
0
0
0
410
100
0
0
430
1120
1490
1790
80
100
0
0
0
0
0
0
150
0
0
1150
1650
2005
2325
100
150
0
0
0
1000
1455
1780
200
0
1225
1875
2315
2685
3010
150
200
0
0
0
1390
1785
2095
250
0
1330
1970
2400
2760
3080
200
250
0
0
1170
1720
2080
2390
300
250
350
400
300
400
450
表6.0.4-4LMIN(H=2400,L1=2800)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
0
0
0
0
0
0
100
0
0
0
1075
1495
1820
80
100
0
0
0
0
0
0
150
0
0
1110
1675
2075
2405
100
150
0
0
0
930
1465
1815
200
0
1180
1930
2410
2820
3100
150
200
0
0
0
1380
1830
2170
250
0
1290
2030
2500
2890
3240
200
250
0
0
1070
1750
2150
2480
300
0
1600
2260
2720
3110
3560
250
350
0
0
1610
2120
2500
2825
400
300
400
450
表6.0.4-5LMIN(H=2700,L1=3000)
泵嘴直径
管道直径
管道温度(℃)
DN
DN
100
150
200
250
300
350
50
80
0
0
0
0
0
0
100
0
0
0
890
1420
1790
80
100
0
0
0
0
0
0
150
0
0
880
1630
2090
2460
100
150
0
0
0
0
1370
1800
200
0
930
1920
2470
2910
3300
150
200
0
0
0
1240
1800
2200
250
0
1020
2030
2580
3010
3400
200
250
0
0
0
1700
2180
2560
300
0
1470
2290
2820
3260
3640
250
350
0
0
1480
2130
2580
2940
400
0
1270
2235
2780
3270
3600
300
400
0
0
1800
2400
2830
3210
450
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