就流体机械进出口接口设计中应注意的问题探讨

杨加林

摘 要：介绍了化工石油工业或日常供热、供水生产设备中 ，两种常见的流体动力机械进出口接口设计中要注意的一些问题：即进出口接口管道或安装阀、仪器等设备对流体机械额定输出性能 、机械寿命 、工作稳定性的影响；阐明了正确进行流体机械进出口接口设计 、提高流体机械运行性能的原理与方法 。

关键词：流体机械；接口设计 ；紊流 ；脉动 ；压力损失

1 离心式和轴流式等旋转流体机械进口接口部位对介质流动的影响

为了能使离心式轴流式（压缩机 、鼓风机、泵等）旋转流体机械输出额定性能， 其必要条件是进口处的介质流动的状态为额定状态（定常流）、及旋转叶轮进口流为全周一样的流动。如果在介质流动方向、流速 、流量瞬时变化的不稳定情况下，那么流体机械的输出额定性能也将发生变动，发生异常是难免的 。

例如 ，在流体机械进口附近因为安装阀装置过近， 阀门开启不当， 进口管道前形成障碍物 ，或管道通流截面突变， 引起进口处介质流动紊乱或偏流 ，流动方向偏斜， 陡然改变方向等 ，则使旋转叶片进口圆周上的各个位置的流动状态混乱 ，流动介质分配不匀，使旋转叶片不能正常工作 ，因而造成流体机械输出性能异常 。

改变形成进口流动介质的紊流或偏流 ，首先要考虑阀等扰乱因素， 可以考虑安装的阀 、仪器要离进口处远些 ，或者进口管道截面避免突变 ， 或者避免进口管道管流方向随意变更 ，采用导向装置或导流装置等。

2 对于往复式流体机械进口接口部位对介质流动的影响

对于往复式流体机械（压缩机和泵等），由于活塞或柱塞的往复运动而进行间歇的吸入， 其进口介质流动本身的流速不是均匀 、而是脉动的。如果其瞬时速度及速度变化量大 ，则会引起流体机械吸入障碍，不能吸进额定的介质容量。如果介质是气体，进口吸入管气柱的固有振动频率如与间歇吸入周期一致，则可能发生“吸入共振” ，吸入介质容量将发生大幅度变化 。这些都会造成流体机械性能异常。这些不良情况的发生，一般地是与流体机械进口接口部位的结构有关。一般解决方法如图1 和图2 所示。图 1 为在流体机械进口处较近的位置上设置了缓冲器，以缓和其吸入介质流速的过大变化；图2 为避免固有频率与脉动周期重合，采用改变吸入口管子的长度或管子口径的方式，避免谐振。

图 1 设置缓冲器 图 2 改变吸入口管子的长度或管子的口径

對于并联运转的流体机械，多数情况是，从共同的进口主管道并列吸入， 要注意使吸入口附近的条件一致，并联运转机械吸入的介质基本相同，这样，流体机械的输出性能才基本相同。否则 ，即使是相同的机械 ，吸入的介质容量也不一定相同，引起输出标定性能的不同。错误的设计如图 3所示。改正方式如图4 所示，该设计使流体进口条件趋向一致 。

图 3 进口条件不一致 图 4进口条件趋向一致

3 离心式和轴流式等旋转机械（压缩机 、鼓风机 、泵等）出口后的流动

前面我们叙述了通顺入口前介质流动的重要性，对于介质经旋转机械出口后的流动， 也要十分重视 。

介质流体由旋转机械出口后， 假如遇到像进口前同样的障碍 ，如阀装置 、仪器等 ，或阀、仪器安装不当形成偏流， 或出口管截面积急变， 或管道急弯使流动方向突然改变 ， 或流动方向发生偏斜等等 ，那么， 介质流出造成后果虽然不象进口那样 ， 直接影响旋转叶轮本身的性能 ，但会增大流体机械阻力损失范围 。对于压力比较小的低压流体机械来说 ，其影响程度不小 ，要充分注意 。其改正方法如图 5和图 6所示。其方法是管截面积逐步增大， 采用过渡式管流截面等。

图5管截面积逐步增大 图6过渡式管流截面

4 往复运动式流体机械（压缩机和泵）出口后的流动

前面叙述了往复运动式流体机械入口前介质流动通顺的重要性 ， 对于介质出口后的流动 ， 其重要性也是相同的。流动介质由往复式流体机械出口后， 遇到像进口前同样的障碍， 虽然出口后的这些障碍不像进口那样直接影响流体机械的性能，但是会引起液压缸压力上升 ，引起瞬时强度上的超载和动力损失范围的增大 ；同时 ，如果出口流动介质作为脉动流流入连接下面机械装置的管道系统，可能会因脉动而引起故障。为了解决上述问题 ，要考虑在出口附近尽量缓和这种脉动， 方法是可在出口处安装缓冲器

小结：

经多年实践 ，我们在对石化工业、生活供热和供气设备中的流体机械设计进出接口时，分别按照旋转式流体机械和往复式流体机械两种类型，遵循上述进出接口注意的有关问题进行设计与安装后 ，不但流体机械运转正常 ， 输出性能达到标定值 ， 阀门管道仪表等附加设备运行正常 ，而且能延长流体机械 、接口管道、附加设备等工作使用寿命 ，避免了不必要的损坏与贻误生产。