就流體機械進出口接口設計中應注意的問題探討

楊加林

摘 要：介紹了化工石油工業或日常供熱、供水生產設備中 ，兩種常見的流體動力機械進出口接口設計中要注意的一些問題：即進出口接口管道或安裝閥、儀器等設備對流體機械額定輸出性能 、機械壽命 、工作穩定性的影響；闡明了正確進行流體機械進出口接口設計 、提高流體機械運行性能的原理與方法 。

關鍵詞：流體機械；接口設計 ；紊流 ；脈動 ；壓力損失

1 離心式和軸流式等旋轉流體機械進口接口部位對介質流動的影響

為了能使離心式軸流式（壓縮機 、鼓風機、泵等）旋轉流體機械輸出額定性能， 其必要條件是進口處的介質流動的狀態為額定狀態（定常流）、及旋轉葉輪進口流為全周一樣的流動。如果在介質流動方向、流速 、流量瞬時變化的不穩定情況下，那么流體機械的輸出額定性能也將發生變動，發生異常是難免的 。

例如 ，在流體機械進口附近因為安裝閥裝置過近， 閥門開啟不當， 進口管道前形成障礙物 ，或管道通流截面突變， 引起進口處介質流動紊亂或偏流 ，流動方向偏斜， 陡然改變方向等 ，則使旋轉葉片進口圓周上的各個位置的流動狀態混亂 ，流動介質分配不勻，使旋轉葉片不能正常工作 ，因而造成流體機械輸出性能異常 。

改變形成進口流動介質的紊流或偏流 ，首先要考慮閥等擾亂因素， 可以考慮安裝的閥 、儀器要離進口處遠些 ，或者進口管道截面避免突變 ， 或者避免進口管道管流方向隨意變更 ，采用導向裝置或導流裝置等。

2 對于往復式流體機械進口接口部位對介質流動的影響

對于往復式流體機械（壓縮機和泵等），由于活塞或柱塞的往復運動而進行間歇的吸入， 其進口介質流動本身的流速不是均勻 、而是脈動的。如果其瞬時速度及速度變化量大 ，則會引起流體機械吸入障礙，不能吸進額定的介質容量。如果介質是氣體，進口吸入管氣柱的固有振動頻率如與間歇吸入周期一致，則可能發生“吸入共振” ，吸入介質容量將發生大幅度變化 。這些都會造成流體機械性能異常。這些不良情況的發生，一般地是與流體機械進口接口部位的結構有關。一般解決方法如圖1 和圖2 所示。圖 1 為在流體機械進口處較近的位置上設置了緩沖器，以緩和其吸入介質流速的過大變化；圖2 為避免固有頻率與脈動周期重合，采用改變吸入口管子的長度或管子口徑的方式，避免諧振。

圖 1 設置緩沖器 圖 2 改變吸入口管子的長度或管子的口徑

對于并聯運轉的流體機械，多數情況是，從共同的進口主管道并列吸入， 要注意使吸入口附近的條件一致，并聯運轉機械吸入的介質基本相同，這樣，流體機械的輸出性能才基本相同。否則 ，即使是相同的機械 ，吸入的介質容量也不一定相同，引起輸出標定性能的不同。錯誤的設計如圖 3所示。改正方式如圖4 所示，該設計使流體進口條件趨向一致 。

圖 3 進口條件不一致 圖 4進口條件趨向一致

3 離心式和軸流式等旋轉機械（壓縮機 、鼓風機 、泵等）出口后的流動

前面我們敘述了通順入口前介質流動的重要性，對于介質經旋轉機械出口后的流動， 也要十分重視 。

介質流體由旋轉機械出口后， 假如遇到像進口前同樣的障礙 ，如閥裝置 、儀器等 ，或閥、儀器安裝不當形成偏流， 或出口管截面積急變， 或管道急彎使流動方向突然改變 ， 或流動方向發生偏斜等等 ，那么， 介質流出造成后果雖然不象進口那樣 ， 直接影響旋轉葉輪本身的性能 ，但會增大流體機械阻力損失范圍 。對于壓力比較小的低壓流體機械來說 ，其影響程度不小 ，要充分注意 。其改正方法如圖 5和圖 6所示。其方法是管截面積逐步增大， 采用過渡式管流截面等。

圖5管截面積逐步增大 圖6過渡式管流截面

4 往復運動式流體機械（壓縮機和泵）出口后的流動

前面敘述了往復運動式流體機械入口前介質流動通順的重要性 ， 對于介質出口后的流動 ， 其重要性也是相同的。流動介質由往復式流體機械出口后， 遇到像進口前同樣的障礙， 雖然出口后的這些障礙不像進口那樣直接影響流體機械的性能，但是會引起液壓缸壓力上升 ，引起瞬時強度上的超載和動力損失范圍的增大 ；同時 ，如果出口流動介質作為脈動流流入連接下面機械裝置的管道系統，可能會因脈動而引起故障。為了解決上述問題 ，要考慮在出口附近盡量緩和這種脈動， 方法是可在出口處安裝緩沖器

小結：

經多年實踐 ，我們在對石化工業、生活供熱和供氣設備中的流體機械設計進出接口時，分別按照旋轉式流體機械和往復式流體機械兩種類型，遵循上述進出接口注意的有關問題進行設計與安裝后 ，不但流體機械運轉正常 ， 輸出性能達到標定值 ， 閥門管道儀表等附加設備運行正常 ，而且能延長流體機械 、接口管道、附加設備等工作使用壽命 ，避免了不必要的損壞與貽誤生產。