漫谈离心泵最小流量
漫谈离心泵最小流量
前言
每台离心泵都有一个特定的运行范围，一旦超出该范围可能会引起一系列的问题：振动和噪音的显著增加、性能的下降、零部件寿命的减少，甚至导致机械损坏。这个特定的运行范围包括一个最小流量，而这个“最小流量”在API 610标准中有两个：最小连续热限制流量（minimum continuous thermal flow）和最小连续稳定流量（minimum continuous stable flow）。
实际工程应用中，具体指哪一个呢？或者是两者的结合？泵沙龙将为你进行简单解读。
注：本文中所涉及的条款、表及图号均指ANSI/API610第11版标准所对应的条款、表及图号。
最小连续热限制流量
标准定义：将泵能够维持工作而其运行不致被泵送液体的温升所损害的最低流量，称之为最小连续热限制流量。
苏尔寿公司对最小连续热限制流量给出了一个估算公式，具体如下：
Qmin = (P x 3600) / (ρ·c·∆t)
式中，
Qmin = 最小连续热限制流量， m3/h
P = 关死点或近关死点的功率，kW
ρ = 液体的密度，kg/m3
c = 液体的比热，kJ/(kg·K)
∆t = 允许的温升， ºC
最小连续稳定流量
API 610标准（以下简称“标准”）对最小连续稳定流量的相关描述有：
条款3.28 在不超出本国际标准规定的振动限值的情况下，泵能够工作的最低流量。
条款6.1.8 ……在确定NPSHA时，买方和卖方应认识到最小连续稳定流量和泵的吸入比转速之间的关系。一般来说，最小连续稳定流量随着吸入比转速的增加而增加。
条款6.9.3.1 离心泵的振动随着流量而变化，通常在最佳效率点附近流量下运行时最小，而随着流量的增大或减少而增加。从最佳效率流量起振动随流量的变化取决于泵的能量密度的增加、比转速增高和吸入比转速提高而增加。
根据这些一般的特征，离心泵的工作流量范围可以分成两个区，一个称为“最佳效率区”或“优先工作区”，在此区内，泵体现出低振动；另一个区为“允许工作区”，此区以这样的流量点来确定，即在此区内的流量下泵的振动较高，但仍然是“可以接受”的水平。图30中示出了这一概念。除振动以外的其它几种因素，例如，温升随着流量减少而增大，或NPSH3随着流量的增大而增大，这两个因素可能会决定“允许工作区”变得更窄。
标准图30中定义了允许工作区。允许工作区由泵供应商给定，这个区域的最低流量点称为最小连续稳定流量。该点不得大于机械数据表中规定的最小流量。如果泵运行时其振动值符合API 610标准表8和表9的规定，则供应商给定的最小连续稳定流量是真实的。
解读：
从标准中可以看出，最小连续稳定流量的定义或界定如下：
1） 不超过标准规定的振动限值时、泵能够工作的最低流量；
2） 泵允许工作区的最低流量点，泵的振动较高，但却是“可以接受的”水平。
从标准中可以看出，最小连续稳定流量影响的因素主要有：
1） 吸入比转速（入口回流）；
2） 能量密度（能量密度又称能量强度，即泵的额定功率kW和额定转速r/min的乘积。标准规定：如果泵的能量强度为400万或更大，则应使用流体动压径向轴承和推力轴承）；
3） 比转速。
最小连续稳定流量还与以下因素密切相关：
1） 泵型的大小；
2） 温升；
3） 使用寿命。
总结
1） 最小流量 = 最小连续稳定流量和最小连续热限制流量的综合，取两者中的大值。通常，最小连续稳定流量均大于最小连续热限制流量。也就是说，通常，最小流量 = 最小连续稳定流量。
2） 最小流量可以通过振动测量来评估（在确保振动不超标时的最低流量）。
3） 为了避免在最小流量以下运行而损伤离心泵，最保守的办法是提供一个可靠的旁路系统（见下图）。可选择的措施有：
- 提供连续旁路。
- 变频驱动。
- 安装自动再循环阀。
- 提供功率监测。
- 提供振动监测。
- 提供温度/温升监测。
具有最小流量再循环管线的简单管道系统
注：更多信息可参见泵沙龙另一篇文章《离心泵允许工作区的探讨》。