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前言
工程师们常常担心他们在系统设计上过于保守。设计过程中存在许多不确定性，包括实际运行工况的差异、流体特性的变化、设备随时间的老化、管道结垢等。工程师使用设计因素来解释这些项目，以防止选型/购买尺寸过小。它们还解释了老化对系统的影响。
然而，一些工程师没有考虑到在设计中应用过多的安全裕量实际上会增加过流零部件的磨损，并缩短系统寿命，尤其是在确定泵的尺寸时。
当选择泵和管道系统时，主要目标通常是实现应用所需的压力（扬程）和流量，无论是冷却水系统、燃料输送管道、化工生产厂还是其它许多应用中的一个。系统所需的流量用于确定泵的总动态扬程，然后用于比较所有可选泵型的性能曲线。泵的过大或过小可能会对系统产生严重影响，这就是为什么在该过程中使用准确的工作点至关重要。
过大或过小的影响
如果所选泵尺寸不足，则系统中的流量将低于要求。这将需要额外的泵或对系统进行调整，例如打开排放阀（让泵偏大工况运行）。超大尺寸的泵将提供比系统所需的更多的流量。根据应用的不同，可能需要使用节流阀或通过调整叶轮来减少流量。如果泵的工作点可以通过简单地调整系统中的阀门来校正，则似乎对系统几乎没有影响。然而，当考虑泵效率时，泵尺寸过大或过小的影响变得更加明显。
最佳效率点（BEP）是泵的理想工作点，在该点中，用于运行泵的能量最大百分比被传递到流体上。当泵的工作点偏离BEP时，会发生几件事。最明显的影响是效率降低，泵需要更多的驱动功率。这种没有传递到流体中的能量必须以其它形式输出，例如热或振动。因此随着泵的效率降低，泵产生的振动和热量增加。在少量情况下，这对泵的影响很小，但泵离BEP越远，这种影响就越大。
离心泵标准（如水力协会标准HI 9.6.3）通常建议在BEP的约80 %至110 %范围内运行泵，以避免这些影响。如果超过BEP的110 %，操作员可能会面临因净正吸入压头（NPSH）裕量低而产生汽蚀的风险，以及振动和热量造成的损坏。而低于BEP的 80 %的负面影响，如泵卡住、低流量汽蚀、内部回流和高温可能发生。随着时间的推移，这种泵的运行会导致高维护成本、高能源成本和较短的泵使用寿命。那么问题来了，工程师如何有效地利用设计因素来避免系统中泵尺寸过小或过大呢？
谨慎确定总体设计系数
需要考虑的一件事是，泵需要多少设计系数，以及何时应用该安全裕度。通常，有如下几方可能会考虑在设计中添加设计系素：系统设计工程师确定系统尺寸，项目经理审查设计，泵制造商推荐泵。在理解用于确定系统大小的假设和边界条件时应小心谨慎，以防止在不知不觉中定义了不合理的设计系数。
考虑运行极限
尺寸计算和所选设计系数是否考虑到系统运行的极端情况？可能已经为系统的峰值流量进行了有效的设计，但是这是否改变了原有的工作点？选择具有使其在所有情况下都可以接近BEP运行特性的泵，而不仅仅是出于极限工况的需求，这一点很重要。如果对系统的需求频繁变化，则可能需要考虑诸如为泵添加变频驱动器（VFD）之类的选项，以将泵的运行保持在期望的范围内。
选择正确的工具
确定系统的大小，特别是对于大型系统，是一个复杂的过程。使用有助于简化流程的工具，以减少出错的机会。在与其他人沟通和报告信息时，使用自动调整工具可以使建模方法更加清晰。一个有效的自动化尺寸确定工具允许工程师将制造商的信息快速输入到设计中，并根据设计验证拟定设备将按预期运行。这种冗余可以防止潜在的代价高昂的错误。此外，一个有效的自动化尺寸计算工具将允许用户快速比较不同的运行情况甚至在进行尺寸计算时将多个相关设计情况考虑在内。
总结
设计满足运行要求的系统至关重要。然而，当涉及到设计一个系统时，显然并不是越大越好。有效的设计不仅有助于在构建系统时降低材料和安装成本，而且还可以防止系统中的部件（例如泵）的额外磨损。
来源 | 微信公众号：水处理新视野
