API610對(duì)高層建筑空調(diào)系統(tǒng)水泵管口荷載校核

時(shí)興洪，王 雪 ，扶宇欽，聶 偉 ，楊仲卿

（1.中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢 430070；2.重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 400044）

0 引言

高層建筑空調(diào)管道系統(tǒng)中通常有離心式壓縮機(jī)、離心泵等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。當(dāng)管路系統(tǒng)中輸送的介質(zhì)，如溫度、壓力等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)會(huì)使管道產(chǎn)生膨脹或收縮等影響，從而對(duì)與管道相連的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生附加的作用力，當(dāng)作用力過(guò)大時(shí)會(huì)引起設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)軸發(fā)生偏移而造成設(shè)備的振動(dòng)和損耗，進(jìn)而影響整個(gè)管道系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

通常對(duì)離心水泵管口的荷載校核方法共有2種：①根據(jù)水泵生產(chǎn)廠家提供的水泵管口允許受力荷載標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水泵進(jìn)行安裝和工作狀態(tài)下的荷載進(jìn)行校核；②根據(jù)API610標(biāo)準(zhǔn)對(duì)離心泵的管口進(jìn)行安裝和工作狀態(tài)下的荷載校核。本文通過(guò)對(duì)某空調(diào)管路系統(tǒng)中的離心式水泵按照API610標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管口校核，并介紹管口校核的過(guò)程和方法，以及提出減小水泵管口應(yīng)力荷載的措施與方法。

1 API610校核規(guī)范

API610是美國(guó)石油協(xié)會(huì)提出的對(duì)離心泵進(jìn)行泵口受力校核的常用規(guī)范，該規(guī)范所提出的泵口應(yīng)力許用值較為保守。對(duì)臥式泵的校核規(guī)范及方法如下：

（1）當(dāng)泵每個(gè)管口的分力和力矩都在許用值以下時(shí)，則整個(gè)水泵的受力合格，不需要再進(jìn)行受力校核。

（2）當(dāng)泵的某些管口的分力和力矩超過(guò)許用值，但小于許用值的2倍時(shí)，同時(shí)滿足以下2個(gè)條件時(shí)，那么整個(gè)水泵的應(yīng)力校核合格。

①單個(gè)泵口的合力和合力矩滿足的條件：見式（1）和式（2）。

式（1）～（2）中：

FRSA——吸入口所受合力，N

MRSA——吸入口所受合力矩，N·m

FRSTR——規(guī)定的允許吸入口所受合力，N

FRDT2——規(guī)定的允許排出口所受合力，N

MRSTR——規(guī)定的允許吸入口所受合力矩，N·m

MRDT2——規(guī)定的允許排出口所受合力矩，N·m

FRDA——排出口所受合力，N

MRDA——排出口所受合力矩，N·m

②水泵整體的合力與合力矩應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：

式（3）～（5）中：

FRCA——吸入口和排出口所受合力，N

MRCA——吸入口和排出口上力與力矩合成到泵中心線的合力矩，N·m

MYCA——吸入口和排出口上力與力矩合成到泵中心線的Y方向的合力矩，N·m

MYST2——規(guī)定的吸入口Y方向的合力矩的允許值，N·m

MYDT2——規(guī)定的排出口Y方向的合力矩的允許值，N·m

圖1 水泵結(jié)構(gòu)

2 模型建立與泵口校核

進(jìn)行管口荷載校核水泵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1；同時(shí)定義各方向上力的坐標(biāo)，如圖2。

圖2 水泵泵口荷載全局坐標(biāo)

運(yùn)用應(yīng)力分析軟件對(duì)管道系統(tǒng)、水泵進(jìn)行建模以及應(yīng)力分析，得到水泵的進(jìn)出口各方向上的應(yīng)力荷載如表1。根據(jù)泵口各方向的荷載及上述的API610準(zhǔn)則進(jìn)行校核，也可根據(jù)應(yīng)力分析軟件自帶的API610模塊進(jìn)行校核，共有4個(gè)步驟：①對(duì)泵和要校核的泵口的基本信息進(jìn)行相應(yīng)描述；②輸入泵和泵口的基恩參數(shù)，包括泵的尺寸參數(shù)、軸線方向及工作形式等；③輸入得到的泵口各方向的載荷大小；④進(jìn)行泵口校核分析，得出結(jié)果。根據(jù)2種方法校核，該泵口均能通過(guò)API610的校核。

表1 進(jìn)出泵口外加荷載

3 減小泵口荷載的思路方法

管道系統(tǒng)中水泵泵口荷載過(guò)大的主要原因，是管道系統(tǒng)的整體以及局部區(qū)域的剛性過(guò)大而柔性不足，因此要減少泵口荷載應(yīng)增大泵口區(qū)域的柔性，以及整個(gè)管路系統(tǒng)的柔性，這是減小泵口荷載的主要思路。方法如下：

（1）在滿足配管原則以及規(guī)范的情況下盡量減小管路中支撐結(jié)構(gòu)，以及設(shè)備的支撐力及管路的內(nèi)應(yīng)力，在一定剛度條件的限定下盡可能的增大管道的柔性。

（2）在管路中盡量采用自然補(bǔ)償，包括在直管部分可以增加彎頭，使管道在外加荷載的作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲，以增加管道的柔性，減小泵口的應(yīng)力和推力。

（3）采取合理的支吊架布置，使整個(gè)管路系統(tǒng)以及泵口局部區(qū)域的應(yīng)力等，均處在安全的水平。

4 結(jié)語(yǔ)

在管道布置中，與管道相連的水泵泵口等設(shè)備管口都會(huì)受到應(yīng)力和推力的約束，當(dāng)管道在設(shè)備管口變形受阻時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的二次應(yīng)力，因此合理的支吊架布置以及有效的增大管道柔性的方法能夠有效吸收管路的變形，從而減小對(duì)設(shè)備管口的荷載，保證管路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。