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加速头损失对压力表性能的影响

作者:发表时间:2019-08-03


案例分析

      对于石油化工厂,客户订购了一台隔膜压力表,用于从地下坑中提升水,以便间歇使用。坑深5米,客户不得不将压力表安装在地面上。所需的流量为5立方米/小时,他们通过10米水头的管道排水。选择1“带有Buna隔膜的铝压力表。在详细工程期间,一位压力表专家评论说,“压力表可能能够提升材料但不能提供所需的流量。”专家得到的其他人似乎都错过了什么?

加速头损失

      正排量压力表 - 很少旋转和所有往复式 - 产生脉动流。发生这些流动脉冲是因为压力表的液体腔在吸入冲程中反复充满液体,然后在排出冲程中被推出。这种脉动流会导致破坏性振动,压力波动和噪音增加。来自活塞或隔膜压力表的流量不是线性的 - 它在压力表冲程开始时加速,在中点达到最大速度,并在冲程结束时减速到零流量。当流动加速和减速时,压力表排出处的流体压力增加和减少。来自压力表的峰值流量可以是平均流量或平均流量的三倍,从而产生加速头现象。液体压力表送系统的设计和构造通常集中在确保在压力表的下游实现期望的压力和流量。通常,在系统设计中没有适当考虑压力表入口条件。鉴于加速器水头损失现象,包括往复压力表的压力表入口条件的完整设计分析更为关键。

NPSHA和NPSHR

      可用净正吸入压头(NPSHA)是压力表吸入口处液体绝对压力的英尺压力,减去蒸汽压力。液压研究所规定了NPSHR程序的测量,其相对于高吸力头处的稳定效率,往复压力表的体积效率损失3.0%。NPSHR必须由压力表制造商提供。如果NPSHA小于NPSHR,则吸入区域中某点的压力将小于液体的蒸汽压力,压力表中将发生空化。

NPSHA通常表示为可用的净正入口压力(NPIPA)和所需的净正入口压力(NPIPR)。这些术语反映了使用压力单位(psi或bar)而不是英尺。在计算NPSHA时经常忘记加速头损失。必须在每次压力表冲程时启动和停止压力表的吸入管路中的液体质量。在吸入冲程期间,压力表必须消耗能量以加速液体进入压力表,然后在排出冲程中停止入口流量。这是用于往复压力表的NPSHA的加速头部件,可以使用以下公式计算:

公顷= LVNC /千克

哪里

      ha =以英尺为单位的加速头损失

      L =以英尺为单位的实际吸管长度 

      V =吸气管中的平均流速,单位为英尺/秒

      n =压力表速度,单位为每分钟循环

      C =常数(取决于压力表类型)

      K =表示理论加速度头部分的倒数的因子,必须提供该部分以避免吸入管路中的明显扰动

      g =引力常数(32.174英尺/秒2)

      V = 0.0485 * Q / D 2

哪里:

      V =吸气管中的平均流速,单位为英尺/秒

      Q =以每分钟加仑计的流速

      D =管道内径

回到案例研究

专家展示了以下计算:

      没有加速头损失的NPSHA:4.6 MWC(水柱表)

      NPSHR:2.5 MWC

      NPSHA超过NPSHR-所以它应该是可以接受的。但是,让我们计算加速器水头损失 - 它超过8 MWC-当然压力表不能提供所需的流量。

      我们将吸水管从1.5“改为2”,压力表从1“到1.5”。由此产生的加速头损失变为1.5 MWC。

      加速压头损失的NPSHA:3.1 MWC

      NPSHR:1.7 MWC

      当然,具有较大吸入管道尺寸(2“)的1.5”压力表不仅可以提升5米,而且还可以提供5 m3 / hr的流量。

克服可能导致的头部损失问题

1、减少加速头损失

      (a)增加管道直径以减少摩擦损失和液体速度

      (b)将压力表尽可能靠近供应源移动,以减少每次冲程必须重新加速的质量并减少摩擦损失

      (c)直管在压力表入口处至少有10-15个管道直径,以最大限度地减少湍流

      (d)使用更大的压力表以允许更慢的行程速度

      (e)使用多个腔室以减少加速头损失

2、容量瓶(立管):

      当压力表的入口阀交替打开和关闭时,立管提供压力表送液体的积聚和释放区域。通常,立管需要是吸入管线直径的1.5倍,与供应罐高度一样高,并且安装在压力表吸入的25(优选10)管径内。立管也必须加盖,通常通向供水箱。因此,它不能用于吸力提升应用。立管的另一个问题是,当顶部的截留空气夹带在立管中积聚的液体中时,它们会变得淹水并变得无效。

3、入口稳定剂

      基本上是脉动阻尼器,入口稳定器具有柔性内部隔膜或气囊,以防止系统液体与稳定器的气体混合物混合。尺寸合适并安装在压力表入口的T形管直径10处,通常可将加速压头损失降至3至4 psi以下。它通过在压力表的排出冲程期间积聚液体并在压力表的入口冲程期间将液体释放回吸入管线来实现。实际上,入口稳定器使用压缩气体的储存能量将液体重新加速回到吸入管线中。它只会对它与压力表入口之间的液体产生影响,因此正确的位置至关重要。特殊入口稳定器可用于抽吸升降应用

结论

      总之,重要的是要考虑与容积压力表的入口管道相关的几个因素,特别是往复压力表和蠕动(或软管)压力表。加速头损失是计算NPSHA时非常重要的因素。由于加速压头损失取决于系统参数(管道直径,长度,液体细节等)和压力表尺寸(冲程速率,压力表型 - 单作用或双作用,无喷头),加速压头损失计算经常被忽视和误解。通过压力表入口处的合适系统设计,其可包括立管或入口稳定器,通过减少加速头损失将获得改进的压力表性能。


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