API610對高層建筑空調系統水泵管口荷載校核

時興洪，王 雪 ，扶宇欽，聶 偉 ，楊仲卿

（1.中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北武漢 430070；2.重慶大學能源與動力工程學院，重慶 400044）

0 引言

高層建筑空調管道系統中通常有離心式壓縮機、離心泵等轉動設備。當管路系統中輸送的介質，如溫度、壓力等參數發生變化時會使管道產生膨脹或收縮等影響，從而對與管道相連的轉動設備產生附加的作用力，當作用力過大時會引起設備的轉動軸發生偏移而造成設備的振動和損耗，進而影響整個管道系統的正常運行。

通常對離心水泵管口的荷載校核方法共有2種：①根據水泵生產廠家提供的水泵管口允許受力荷載標準，對水泵進行安裝和工作狀態下的荷載進行校核；②根據API610標準對離心泵的管口進行安裝和工作狀態下的荷載校核。本文通過對某空調管路系統中的離心式水泵按照API610標準進行管口校核，并介紹管口校核的過程和方法，以及提出減小水泵管口應力荷載的措施與方法。

1 API610校核規范

API610是美國石油協會提出的對離心泵進行泵口受力校核的常用規范，該規范所提出的泵口應力許用值較為保守。對臥式泵的校核規范及方法如下：

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

（2）當泵的某些管口的分力和力矩超過許用值，但小于許用值的2倍時，同時滿足以下2個條件時，那么整個水泵的應力校核合格。

①單個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——規定的允許吸入口所受合力，N

FRDT2——規定的允許排出口所受合力，N

MRSTR——規定的允許吸入口所受合力矩，N·m

MRDT2——規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當滿足以下條件：

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——規定的吸入口Y方向的合力矩的允許值，N·m

MYDT2——規定的排出口Y方向的合力矩的允許值，N·m

圖1 水泵結構

2 模型建立與泵口校核

進行管口荷載校核水泵的系統結構，如圖1；同時定義各方向上力的坐標，如圖2。

圖2 水泵泵口荷載全局坐標

運用應力分析軟件對管道系統、水泵進行建模以及應力分析，得到水泵的進出口各方向上的應力荷載如表1。根據泵口各方向的荷載及上述的API610準則進行校核，也可根據應力分析軟件自帶的API610模塊進行校核，共有4個步驟：①對泵和要校核的泵口的基本信息進行相應描述；②輸入泵和泵口的基恩參數，包括泵的尺寸參數、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??；④進行泵口校核分析，得出結果。根據2種方法校核，該泵口均能通過API610的校核。

表1 進出泵口外加荷載

3 減小泵口荷載的思路方法

管道系統中水泵泵口荷載過大的主要原因，是管道系統的整體以及局部區域的剛性過大而柔性不足，因此要減少泵口荷載應增大泵口區域的柔性，以及整個管路系統的柔性，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范的情況下盡量減小管路中支撐結構，以及設備的支撐力及管路的內應力，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生扭轉和彎曲，以增加管道的柔性，減小泵口的應力和推力。

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

4 結語

在管道布置中，與管道相連的水泵泵口等設備管口都會受到應力和推力的約束，當管道在設備管口變形受阻時就會產生較大的二次應力，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，從而減小對設備管口的荷載，保證管路系統的正常運行。