為什么泵進出口管道應設置橡膠接頭?
在泵進出口管道安裝可曲撓橡膠接頭或伸縮接頭(包括帶伸縮接頭的閥門),可補償管道的伸縮變化及安裝誤差, 還可減少管道震動(大流量液體引起震動等)對泵及其它設備造成的傷害。這兩種接頭在民用建筑中多用于水泵站及震動劇烈的管道上,主要起隔震作用;在工業(yè)建筑中與閥門或設備連接, 主要為方便閥門及設備的維修和更換。裝在水泵出口端和管道系統(tǒng)中的可曲撓橡膠接頭或伸縮接頭, 如未配置防拉脫和限位裝置(螺栓), 當管道系統(tǒng)運行時, 管道內的流體作用在管道盲端、 閥門、 異徑管、 彎頭等管件上的推力(即盲板力), 使可曲撓橡膠接頭膨脹, 或使伸縮接頭伸長, 可能會推動管道產(chǎn)生一定的滑動偏移。當水泵出口水壓較高時, 會沿管道軸心方向產(chǎn)生一個較大的推力。如果在設計中沒有采取消除管道系統(tǒng)盲板力的措施, 輕者可發(fā)生管道或設備偏移, 重者會推壞泵殼或將可曲撓橡膠接頭由法蘭中拉出和將伸縮接頭拉開, 造成供水系統(tǒng)無法正常工作。因此,水泵配管設計時, 應分析管道系統(tǒng)自身是否可消除盲板力, 如消除不了, 就應選用防拉脫可曲撓橡膠接頭和限位伸縮接頭或設置固定管架, 以消除盲板力對管道系統(tǒng)的影響, 避免造成不必要的損失,保證系統(tǒng)的安全運行。
1 盲板力對不同水泵配管的影響
1.1 水泵采用彎頭配管水泵采用彎頭配管時的水泵配管A、B 兩種配管只是出水管道方向不同)。水泵的進水管和出水管上都安裝有可曲撓橡膠接頭。由于水泵的進水管水壓很低(通常靜水壓力小于 0.04 MPa), 有的工程還為負壓, 在水泵進水管上安裝的可曲撓橡膠接頭在低水壓的作用下, 膨脹變形非常小, 管道內的水流所產(chǎn)生的盲板力對管道系統(tǒng)不會造成大的影響。水泵出水管上的可曲撓橡膠接頭在水壓的作用下, 會沿管道軸心方向向兩端膨脹偏移, 同時推動管道偏移, 推動力為管道系統(tǒng)工作水壓下所產(chǎn)生的盲板力。 由于管道出水方向干管為埋地敷設, 土壤的阻力使得管道不能偏移, 因而管道的偏移量全部轉向水泵出口的彎頭上, 水泵出口與彎頭之間形成一個杠桿作用, 在水泵出水壓力的作用下, 盲板力推動著彎頭, 使得作用在水泵出口上的力成倍增加, 由此可能出現(xiàn)水泵啟動后自身轉動偏移或泵殼被推裂的現(xiàn)象。 1.2 水泵采用直線配管(干管敷設在管溝內)水泵采用直線配管(干管敷設在管溝內)時的水泵配管。水泵的進水管和出水管也都安裝有可曲撓橡膠接頭。
由于水泵端為固定基礎, 可視為固定端, 管道不會發(fā)生偏移, 因而盲板力所產(chǎn)生的管道軸心推力全部轉向水泵出水端的干管, 管道干管會發(fā)生偏移。當偏移量過大時, 就有可能出現(xiàn)可曲撓橡膠接頭由法蘭中拔出的現(xiàn)象。
1.3 水泵采用直線配管(干管埋地敷設)水泵采用直線配管(干管埋地敷設)時的水泵配管。
由圖 4 可知, 水泵配管的出水干管采用埋地敷設, 土壤的阻力使得管道不會發(fā)生偏移, 出水壓力所產(chǎn)生盲板力由水泵基礎和埋地敷設的出水干管相互作用而抵消。在供水壓力較低和管徑較小時, 不會發(fā)生管道偏移和可曲撓橡膠接頭由法蘭中拔出的問題 。已建成運行近 20 a 的工程 (出水管道管徑 DN 500mm, 供水壓力 0.55 MPa), 可以說明這個問題。當管徑較大或水壓較高時, 出水壓力所產(chǎn)生的盲板力會很大, 對水泵端和埋地出水干管會產(chǎn)生很大的推力, 由于出水干管埋地敷設, 土壤的阻力使得管道不能偏移。推力全部轉向作用于水泵, 因此易發(fā)生水泵地腳螺栓及水泵基礎被破壞的情況。
1.4 水泵采用立式配管水泵出口采用立式配管時, 管道上安裝的可曲撓橡膠接頭在水壓產(chǎn)生的盲板力作用下會膨脹并推動著管道向上移動, 當水壓過大的時候, 可曲撓橡膠接頭有從法蘭中拉脫出來的可能。當水泵出口管道上安裝有伸縮接頭時, 會發(fā)生伸縮接頭被拉開的現(xiàn)象。
2 不同水壓作用下盲板力分析在不同水壓作用下, 水流所 產(chǎn) 生 的 盲 板 力 也 增 大 。一 般 在 管 徑 不 小 于 150m 時, 安裝有可曲撓橡膠接頭的管道, 就宜設置防拉脫裝置(螺栓)或固定管架來消除水壓所產(chǎn)生的盲板力。
3 水泵出口配管盲板力的應對措施
(1) 在水泵配管設計中, 當系統(tǒng)需要安裝可曲撓橡膠接頭時, 應分析管道系統(tǒng)自身是否可消除盲板力的影響, 如消除不了, 就應選用帶防拉脫(螺栓)的可曲撓橡膠接頭或設置固定管架, 以消除盲板力造成的管道偏移。(2) 在水泵配管設計中, 如果只是為運行檢修和更換設備方便, 配置安裝可曲撓橡膠接頭時, 應分析管道系統(tǒng)是否必須安裝可曲撓橡膠接頭。進水和出水端的可曲撓橡膠接頭是可以取消的, 檢修閥門和更換設備時, 只要把大小頭與水泵和彎頭與閥門間的連接法蘭松開就可以了。
(3) 在明敷和架空管道的設計中, 建議盡量少采用伸縮接頭, 這樣可以減少管道系統(tǒng)可能出現(xiàn)的滲漏現(xiàn)象。當必須采用伸縮接頭時, 應選用帶限位螺栓)的伸縮接頭或設置固定管架以消除盲板力造成的管道偏移。
4 產(chǎn)品選用現(xiàn)在國內市場上已有帶防拉脫(螺栓)的可曲撓橡膠接頭和帶限位(螺栓)的伸縮接頭的產(chǎn)品供選用。由于防拉脫可曲撓橡膠接頭和限位伸縮接頭的用途很廣, 使用的場合有所不同。因此各生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品差別很大, 有的產(chǎn)品上防拉脫裝置和限位裝置只是配幾根很細的螺栓。當產(chǎn)品使用在水泵出水管道上, 用于消除出水壓力產(chǎn)生的盲板力時, 存在著所配螺栓偏少和偏小, 拉桿(螺栓)的抗拉強度不夠的問題。所以在選用防拉脫可曲撓橡膠接頭和限位伸縮接頭時, 應選用拉桿(螺栓)配置較大的, 并應根據(jù)水泵的工作壓力或系統(tǒng)的試驗壓力進行必要的校核計算。
5 防拉脫(螺栓)和限位(螺栓)裝置防拉脫(螺栓)和限位(螺栓)裝置的計算, 一般應先根據(jù)水泵的工作水壓或系統(tǒng)的試驗壓力來計算管道系統(tǒng)所產(chǎn)生的盲板力, 再根據(jù)管道系統(tǒng)的盲板力計算防拉脫和限位裝置所需螺栓的數(shù)量和規(guī)格。等級螺栓的抗拉強度可由國家標準 [1] 中查得。拉脫和限位裝置所采用的拉桿(螺栓)一般宜采用高強螺栓, 這樣可減少所配螺栓的數(shù)量。拉桿螺栓)通常采用雙頭長螺栓。
6 結語(1) 在進行水泵配管設計時, 若管道系統(tǒng)中需設置可曲撓橡膠接頭, 首先應分析管道系統(tǒng)自身是否可消除盲板力的影響, 再確定是否選用帶防拉脫(螺栓)的可曲撓橡膠接頭或設置固定管架。選配防拉脫可曲撓橡膠接頭時, 一般應對防拉脫裝置所配的拉桿(螺栓)進行必要的校核計算。
(2) 在室外水泵配管設計中不應選用可曲撓橡膠接頭, 因為紫外線的作用會加速橡膠的老化。在室外水泵配管設計中宜選用雙法蘭傳力接頭(C2F型補償接頭)或大拉桿金屬波紋管補償器, 以消除盲板力對管道系統(tǒng)的影響。
(3) 在明敷和架空管道系統(tǒng)設計中建議盡量少采用伸縮接頭。在地下管道系統(tǒng)的設計中, 由于土壤阻力的作用, 管道系統(tǒng)可消除盲板力的影響。地下管道系統(tǒng)對管道可能發(fā)生的滲漏問題要求不高,以可優(yōu)先選用帶伸縮接頭的閥門, 以便閥門的更換和維修。
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