Приложение В (обязательное). Внешние силы и моменты, прикладываемые к патрубкам (фланцам) насоса

Приложение В
(обязательное)

Внешние силы и моменты, прикладываемые к патрубкам (фланцам) насоса

B.1 Основные положения

Силы и моменты, приложенные к патрубкам (фланцам) насоса при присоединении трубопровода, могут вызвать несоосность валов насоса и привода, деформацию и превышение предельных нагрузок в корпусе насоса или болтов крепления насоса к опорной плите.

В настоящем приложении предложен простой метод проверки допустимости нагрузок, передаваемых насосу трубопроводом. В данном методе нагрузки (силы и моменты) вычисляются проектировщиком трубопровода, а оценка максимально допустимых нагрузок на патрубках (фланцах) для различных групп зависит от их размеров и способа установки.

B.2 Определение группы насоса

Основное количество групп было определено конструкцией насосов и наиболее часто используемыми эксплуатационными режимами.

Характеристика групп горизонтальных насосов приведена в таблице В.1, а вертикальных - в таблице В.2.

Если определенное исполнение насоса не отражено в настоящих таблицах, то изготовитель может отнести его к одной из групп по своему усмотрению или же должно быть проведено согласование между потребителем и изготовителем в каждом конкретном случае.

B.3 Допустимые значения сил и моментов

B.3.1 Максимально допустимые силы и моменты для каждой группы насосов были установлены с применением соответствующих коэффициентов к базовым значениям, которые являются характерными для каждой группы насосов (см. таблицы В.4 и В.5).

B.3.2 Базовые значения, приведенные в таблице В.3, применимы к каждому из фланцев насоса, учитывая расположение трех осей координат в зависимости от рассматриваемого фланца.

Таблица В.1 - Классификация групп горизонтальных насосов

Окончание таблицы В.1

Таблица В.2 - Классификация групп вертикальных насосов

N группы	Основная схема		Технические параметры			Материал
			Максимально допустимое рабочее давление, МПа	Максимально допустимая рабочая температура, °С	Фланец DN
10А(1),(2)		Патрубок всасывания погружен	2,0	60	От 50 до 600 включ.	Чугун
10В (1),(2)						Литая сталь
11 А(1)			2,0	60	" 50 " 600 "	Чугун
11В(1)						Литая сталь
12 А(1)			3,0	От 0 до 110 включ.	" 40 " 350 "	Чугун
12В(1)			5,5	" -45 " 250 "		Литая сталь
13А(1)			3,0	" 0 " 110	" 40 " 350 "	Чугун
13В(1)			5,5	"-45" 250		Литая сталь
14А(1)			3,0	" 0 " 110	" 40 " 350 "	Чугун
14В(1)			5,5	" -45 " 250		Литая сталь
15А(1)			3,0	" 0 " 110	" 40 " 350 "	Чугун
15В(1)			5,5	" -45 " 250		Литая сталь
16А			3,0	110	" 40 " 150"	Чугун
16В				250	" 40 " 200 "	Литая сталь
17А			3,0	110	" 40 " 150 "	Чугун
17В				250	" 40 " 200 "	Литая сталь
(1) Допустимые величины сил и моментов по таблицам В.3 и В.5 для групп 10 - 15 действительны только, когда расстояние между осевыми линиями фланцев, на которые приложены нагрузки, находится в допустимых пределах, указанных ниже. (2) Для групп 10А и 10В приведенные значения сил и моментов могут быть приложены к фланцу при условии, что колено напорного патрубка сделано заодно с основанием двигателя, которое непосредственно служит поддерживающей основой всего насосного агрегата. В случае раздельной конструкции такого агрегата (два или больше компонента) значения, приведенные в таблице В.5, должны быть разделены на 2. Примечание - Части, изготовленные из стали (сварные), могут быть приравнены к литой стали, поскольку допустимые нагрузки рассмотрены при условии, что они имеют жесткую конструкцию с эквивалентной толщиной стенки.

Таблица В.3 - Базовые значения сил и моментов для горизонтальных и вертикальных насосов

Тип насоса, патрубок	Диаметр(1) DN	Сила, Н				Момент,
		Fy	Fz	Fx	F	My	Mz	Мх	M
	40	1000	1250	1100	1950	900	1050	1300	1900
	50	1350	1650	1500	2600	1000	1150	1400	2050
	80	2050	2500	2250	3950	1150	1300	1600	2350
	100	2700	3350	3000	5250	1250	1450	1750	2600
Горизонтальный насос	150	4050	5000	4500	7850	1750	2050	2500	3650
	200	5400	6700	6000	10 450	2300	2650	3250	4800
	250	6750	8350	7450	13 050	3150	3650	4450	6550
Верхний патрубок, расположенный вдоль оси z	300	8050	10 000	8950	15 650	4300	4950	6050	8900
	350	9400	11 650	10 450	18 250	5500	6350	7750	11 400
	400	10 750	13 300	11 950	20 850	6900	7950	9700	14 300
	450	12 100	14 950	13 450	23 450	8500	9800	11 950	17 600
	500	13 450	16 600	14 950	26 050	10 250	11800	14 450	21 300
	550	14 800	18 250	16 450	28 650	12 200	14 050	17 100	25 300
	600	16 150	19 900	17 950	31250	14 400	16 600	20 200	29 900
Горизонтальный насос Боковой патрубок, расположенный вдоль оси у	40 50 80 100 150 200	1250 1650 2500 3350 5000 6700	1000 1350 2050 2700 4050 5400	1100 1500 2250 3000 4500 6000	1950 2600 3950 5250 7850 10 450	900 1000 1150 1250 1750 2300	1050 1150 1300 1450 2050 2650	1300 1400 1600 1750 2500 3250	1900 2050 2350 2600 3650 4800
Вертикальный насос Боковой патрубок под прямым углом от вала и расположенный вдоль оси у	250 300 350 400 450 500 550 600	8350 10 000 11 650 13 300 14 950 16 600 18 250 19 900	6750 8050 9400 10 750 12 100 13 450 14 800 16 150	7450 8950 10 450 11 950 13 450 14 950 16 450 17 950	13 050 15 650 18 250 20 850 23 450 26 050 28 650 31 250	3150 4300 5500 6900 8500 10 250 12 200 14 400	3650 4950 6350 7950 9800 11 800 14 050 16 600	4450 6050 7750 9700 11 950 14 450 17 100 20 200	6550 8900 11 400 14 300 17 600 21 300 25 300 29 900
Горизонтальный насос Концевой патрубок, расположенный вдоль оси х	40 50 80 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600	1100 1500 2250 3000 4500 6000 7450 8950 10 450 11 950 13 450 14 950 16 450 17 950	1000 1350 2050 2700 4050 5400 6750 8050 9400 10 750 12 100 13 450 14 800 16 150	1250 1650 2500 3350 5000 6700 8350 10 000 11 650 13 300 14 950 16 600 18 250 19 900	1950 2600 3950 5250 7850 10 450 13 050 15 650 18 250 20 850 23 450 26 050 28 650 31 250	900 1000 1150 1250 1750 2300 3150 4300 5500 6900 8500 10 250 12 200 14 400	1050 1150 1300 1450 2050 2650 3650 4950 6350 7950 9800 11 800 14 050 16 600	1300 1400 1600 1750 2500 3250 4450 6050 7750 9700 11 950 14 450 17 100 20 200	1900 2050 2350 2600 3650 4800 6550 8900 11 400 14 300 17 600 21 300 25 300 29 900
(1) Для DN, превышающих значение 600, величины сил и моментов должны быть согласованы между потребителем и изготовителем.

Таблица В.4 - Коэффициенты для базовых значений сил и моментов для горизонтальных насосов

N группы насоса	Коэффициент для базовых значений
	силы	момента
1 2 3	0,85 0,85 1	My, Mz, Мх (-500 ) х 1 My, Mz, Мх (-500 ) х 1 1
4А 4В 5А 5В	0,30 0,72 0,40 1	(-500 ) х 0,35 (-500 ) х 0,84 0,30 1
6 7А 7В 7С	1 1 1 1	1 1 0,75 0,50

Таблица В.5 - Коэффициенты приведения к фактическим значениям сил и моментов для вертикальных насосов

N группы насоса	Коэффициент
	для силы	для момента
10А(1) 10В(1) 11А 11В	0,3 0,6 0,1 0,2	0,3 0,6 0,1 0,2
12А	0,375	My, Mz, Mx (-500 ) х 0,5
12В	0,75	My, Mz, Mx (-500 ) х 1
13А	0,262	My, Mz ,Mx (-500 ) х 0,35
13В	0,525	My, Mz, Mx (-500 ) х 0,7
14А	0,375	My, Mz, Mx (-500 ) х 0,5
14В	0,75	My, Mz, Mx (-500 ) x 1
15А	0,262	My, Mz, Mx (-500 ) x 0,35
15В	0,525	My, Mz, Мх (-500 ) х 0,7
16А	0,5	0,5
16В	1	1
17А	0,375	My, Mz, Mx (-500 ) x 0,5
17В	0,75	My, Mz, Mx (-500 ) x 1
(1) Коэффициенты даны для максимального рабочего давления, равного 2,0 МПа. Для значительно более низких давлений, которые оправдывают изготовление облегченной (легкой) конструкции, коэффициенты должны быть уменьшены прямо пропорционально давлению, но не должны быть менее 0,2. Данный случай применяется для насосов очень высокой быстроходности (например, осевые насосы).

B.4 Пути увеличения базовых значений сил и моментов

В.4.1 Основные положения

Основные значения сил и моментов указаны для насосов со стандартными составными элементами и применяемых для нормального обслуживания. С целью облегчения проектирования и строительства трубопровода потребителю может быть предложено увеличение базовых значений сил и моментов, если назначение трубопровода требует этого.

B.4.1.1 Горизонтальные насосы

Необходимо учитывать два возможных типа исполнения горизонтальных насосов:

a) с усиленными фундаментными плитами (выполняются изготовителем);

b) с корректирующими устройствами (выполняются потребителем):

- при отключении насоса с дополнительной регулировкой или без нее;

- с предварительной нагрузкой трубопроводов.

B.4.1.2 Вертикальные насосы

Для вертикальных насосов только к группам 12В, 14В, 15В, 16В и 17В может быть применено увеличение базовых допустимых нагрузок, за исключением следующих случаев:

- отключение насоса с или без регулировки;

- усиленные или залитые раствором опорные плиты.

Основанием для увеличения базовых допустимых нагрузок могут быть:

- предварительно нагружаемый трубопровод;

- использование взвешивания или формулы компенсации;

- комбинация этих двух вариантов.

Предварительное нагружение трубопровода неприменимо для группы 16В.

Увеличения базовых допустимых нагрузок могут быть применены, если предварительно было достигнуто соглашение между потребителем и изготовителем.

B.4.2 Нагружение или формула компенсации

Если не все приложенные нагрузки достигают максимально допустимых величин, одна из них может превысить нормальный предел при условии, что выполнены следующие требования:

- каждый компонент силы или момента не должен превышать 1,4 его максимально допустимой величины;

- фактические силы и моменты, действующие на каждый фланец, соответствуют следующей формуле:

,

(2)

где - суммарные нагрузки на уровне насоса (фланец входа + фланец выхода) и - арифметические суммы для каждого фланца (входного и выходного) как расчетного, так и максимально допустимого значения без учета их алгебраического знака.

В.4.3 Влияние материала и температуры

В отсутствие какой-либо противодействующей нагрузки все значения сил и моментов приведены в таблицах В.1 и В.2 для основного материала рассматриваемой группы насоса и для максимальной температуры, равной 100°С.

Выше этой температуры и для других материалов величины нагрузок должны быть скорректированы в соответствии с отношением их модулей эластичности по следующей формуле:

,

(3)

где - модуль эластичности основного материала при 20°С;

- модуль эластичности материала, выбранного при рабочей температуре t.

B.5 Обязанности изготовителя и потребителя

Изготовитель обязан сообщить потребителю группу, к которой принадлежит предложенное оборудование.

Тип используемой опорной плиты (стандартная, усиленная, забетонированная в фундамент) должен быть согласован между потребителем и изготовителем.

Потребитель (или подрядчик монтажа, технический консультант и т.д.) обязан рассчитать или определить расчетным путем нагрузки при всех предусмотренных рабочих условиях (влияние горячего, холодного, опорожненного трубопровода или находящегося под давлением), действующие на фланцы насоса.

Потребитель должен убедиться, что величины действующих нагрузок не превышают пределы, указанные в соответствующей для выбранного насоса таблице. В случае превышения пределов либо трубопровод должен быть изменен для уменьшения этих нагрузок, либо выбран другой тип насоса, способный выдержать более высокие нагрузки.

B.6 Практические условия

B.6.1 Насос является не статичным элементом системы трубопровода, а высокоточной машиной с вращающимся с высокой скоростью ротором при минимальном зазоре и высокой точности уплотнительных элементов механических уплотнений. Необходимо оставаться в рамках максимальных пределов нагрузок, установленных в его спецификации.

B.6.2 Данные условия, согласованные и составленные совместно изготовителем и потребителем в их взаимных интересах, содержат следующие рекомендации:

a) начальная центровка соединения привод - насос должна быть выполнена и периодически проверяться согласно инструкциям изготовителя муфты или насоса;

b) соединение с карданной передачей всегда является более предпочтительным, особенно для крупного насосного агрегата и/или системы, содержащей жидкость при температурах, превышающих значение 250°С;

c) соединения трубопровода во время начального монтажа выполняются согласно правилам и инструкции, данным изготовителем насоса или проектировщиком системы трубопровода. Проверку рекомендуется проводить каждый раз, когда есть возможность частичного или полного демонтажа насоса (насосного агрегата);

d) в соответствии с типом насоса и температурой перекачиваемой жидкости при эксплуатации (обслуживании) в определенных случаях первоначальная центровка осей насоса и привода проводится при температуре выше температуры окружающей среды.

Условия сборки и центровки соединения должны быть определены изготовителем и потребителем и согласованы между ними.

B.6.3 Вертикальные насосы, кроме моноблоков, соединенных по типу "в линию", имеют своей характерной особенностью длинный или достаточно длинный трансмиссионный вал, вращающийся в подшипниках скольжения, установленных на одинаковом интервале; часто эти подшипники смачиваются перекачиваемой жидкостью. Уменьшение вибрации (поперечной) валов зависит от качественной центровки. Это может быть обеспечено только при условии, что внешние нагрузки, приложенные к фланцам, не вызывают упругих деформаций (перекосов), превышающих установленные изготовителем.

В силу конструктивных особенностей вертикальных насосов и их чувствительности к несоосности настоящие правила устанавливают предельные значения сил и моментов на фланцах меньше, чем для горизонтальных насосов.

В связи с тем, что у вертикальных насосов затруднено отслеживание перекосов полумуфт относительно друг друга, перекосы в таких местах могут быть зафиксированы относительно точки отсчета. Поскольку верификация является затруднительной, потребитель обязан строго следовать предписаниям, данным изготовителем.

Чрезмерные нагрузки на фланцы в дополнение к ухудшению условий работы насоса и/или надежности обычно приводят к:

- повышению вибрации относительно установленного уровня;

- затруднению проворачивания ротора рукой во время технологического останова (при рабочей температуре), если вес ротора позволяет такое проворачивание.