CB/T3721船用臥式離心泵標準的修訂

文獻標識碼：A

DOI：10.14141/j.31-1981.2015.05.005

作者簡介：孫衛平（1971），男，研究員，研究方向：艦船用泵的研制。

Emending Standard of CB/T3721 Marine Horizontal Centrifugal Pump

Sun Wei-ping, Ma Qun-nan, Gu Hai-fei, Feng Yan-hua

(Shanghai Marine Equipment Research Institute, Shanghai 200031, China)

Abstract: The marine horizontal centrifugal pump is the most widely used type of pump.The relevant product standard was formulated in 1995, and it cannot adapt to the development of the product technology.The article improves the standard from the following several aspects, such as improving the product performance, raising the safety reliability and maintainability, perfecting the technical regulation of parts, reducing the cost of the product, improving the quality and saving energy and reducing consumption.It improves the technological level of the standard and leads the technology development.

Key words: horizontal centrifugal pump; marine

0　引言

船用臥式離心泵廣泛地應用在船舶的消防、壓載、生活用水、海水冷卻等多種系統中，產品規格多、應用環境差異大，是覆蓋面最廣的泵型。經過二十年的產品技術發展，船用臥式離心泵的性能參數、組成結構、驅動方式、材料應用、制造工藝、質量控制等方面都有了明顯的進步。船用臥式離心泵標準制定于1995年，標準的一些條款已經滯后于產品性能，難以規范、引領產品發展，亟待修訂。

在修訂標準之初，將不同規模、不同使用地域的生產廠（公司）的相應的泵產品進行了歸類分析，結合生產廠（公司）生產控制情況和實際船用產品的技術特性的需求及使用情況，進一步對比國外某些知名廠的生產質量和使用情況，參考了國際民用先進標準和艦船用標準的某些條款，從而得出主要產品技術控制要求。標準的改進主要從貫徹最新的國家標準和行業標準、提高產品性能、提高安全可靠性、維修性、完善部套件的技術規定、降低產品成本、提高產品質量、節能降耗等幾方面著手，較全面地提升了標準的技術性能，能對船用臥式離心泵的設計、制造和檢驗起到較強的指導作用。本標準將以于2015年4月30日批準發布，2015年10 月1日實施。下文主要從性能、材料、管道作用力等幾個方面代表性地介紹標準的修訂條款。

1　性能

離心泵一般可在80%至110%額定流量區間內運行，因此期望水泵的額定設計流量即為水泵的最高效率流量點，以實現水泵的高效節能運行。實際設計中，受到水力模型的參數限制，最高效率點的流量值與額定流量值存在一定的偏差。原標準對此沒有相應的規定，出現了一些實際偏差過大的情況，導致較多地偏離高效區域運行，不利于節能減排。因此本次修訂中增加了“工作區位于葉輪的最佳效率點流量的70%至120%區間內”的條款規定，確保水泵運行在高效區，利于節能減排。

船舶系統經常處于變工況狀態，導致船用臥式離心泵常常處于偏工況運行。泵的特性曲線（流量—揚程）可能影響到系統的穩定運行，某些情況下，水泵的特性曲線對使用的安全性有著至關重要的作用。Johann Friedrich Gulich [1]闡述了從關死點（或流量Q=0）到最大可能的流量（速）范圍內的特性曲線形狀對處于流程中水泵操作的重要性。大多數的水泵應用需求“流量—揚程”曲線穩定地隨流量（速）增加而降低，即斜率小于零。這就是所謂的“穩定的特性曲線” [1]。在某種場合中，如果泵的特性曲線是不穩定的（即有極大值，俗稱駝峰） [2]，應用的系統管網特性曲線的靜揚程（裝置揚程）大于泵的關死揚程 [2]，容易發生泵與系統耦合的喘振等不穩定問題。喘振發生在性能曲線呈駝峰形的水泵上，伴隨著振動和噪音，嚴重時能導致葉片斷裂，影響水泵的安全運轉，因此在工程中應予以防止 [3]。本標準為了保證系統的穩定運行，規定了“泵應具有穩定的‘流量—揚程’曲線，流量逐漸減小時曲線一般呈連續上升狀”的條款，從根本上規避了此類風險，有利于系統及水泵的安全可靠運行。

2　材料

船用臥式離心泵可用于海輪及遠洋輪上輸送海水的泵、海輪及遠洋輪上輸送淡水的泵、內河輪上的泵。內河輪上的泵輸送的介質為淡水，且工作環境中沒有海洋環境的鹽霧，相對于海輪或遠洋輪上輸送淡水的泵來說，水泵的材料要求上可有一定程度的降低。原標準未考慮此方面的情況，均采用了較高的材料規定，不利于降低生產成本和生產資源的節約。因此，本標準參考了《船用離心泵、旋渦泵通用技術條件（GB/T10832－2008）》要求，將原標準“海水泵”和“淡水泵”兩類材料的規定拓寬至“第I類適用于海輪及遠洋輪上輸送海水的泵；第II類適用于海輪及遠洋輪上輸送淡水的泵；第III類適用于內河輪上的泵” [4]三類。

3　管道作用力

水泵的進出口法蘭上作用了較大的附加力后，會導致水泵進出口法蘭明顯變形、水泵轉子部件與泵體口環碰擦、軸承出現異常噪聲、聯軸器摩擦等問題。問題嚴重的，直接導致水泵損壞停機。較多的水泵設計人員認為水泵的進出口法蘭與船舶系統管路采用了統一的法蘭標準，管路法蘭不會對水泵法蘭產生多大的附加力，甚至認為水泵的剛度大，承受的管路安裝作用力不會產生問題。在管路作用力的問題處理過程中，除了出現水泵進出口法蘭斷裂、扭曲等明顯特征，一般情況下船舶方都認為水泵出現的問題為制造方的質量原因，與船舶安裝條件無關。有些船舶系統在水泵的進出口安裝了橡膠撓性接管，很多工程技術人員就認為管路對水泵基本無附加力了。實際情況是撓性接管經常出現安裝扭曲、偏斜情況，同樣在水泵進出口法蘭上剩余了很大的附加力。由于對水泵的承受力沒有清晰的認識，在管路系統、安裝工藝設計中都沒有采取針對性措施。有些情況下出現了相反的情況，出現管道附加力導致水泵損壞后，水泵供貨廠要求系統管路不得對水泵有附加力，這明顯地背離實際情況。其實，認為管道作用力可忽略或過大的情況都不合理。管道作用力的要求是有據可查的，《離心泵技術條件（I類）（GB/T16907-1997）》是國內等效采用的國際標準，對不同安裝型式、不同通徑的法蘭有著詳實的三個方向的作用力、外力矩的規定，可以指導水泵的設計、制造以及用戶的安裝、使用。為了避免實際使用中出現的技術爭議，并規范水泵設計單位和船舶設計單位的正確應用，本次修訂中，規定了“作用在泵管口的外力和外力矩不得超過GB/T 16907的規定”。

4　固定傾斜

船用臥式離心泵應滿足“橫搖±22.5°”的船用條件，即表明水泵應耐受得住22.5°的傾斜角。原標準在“固定傾斜試驗”項目中規定，“固定傾斜試驗臺的傾斜角為20°，即泵的軸線與水平面成20°”。從參數比較可以看出，試驗的角度并不能完全滿足使用條件。另外，臥式離心泵在船上的安裝位置具有一定的隨機性，不一定全都垂直于船舶的軸線安裝，還存在著沿船舶軸線安裝的情況。因此，僅做一個方向的固定傾斜試驗，不能證明水泵能夠滿足使用條件。本次標準修訂規定了“固定傾斜試驗臺的傾斜角為22.5°，……泵應在軸線方向及水平垂直軸線方向上分別進行固定傾斜試驗”。該條款能夠充分保證船用臥式離心泵滿足“橫搖±22.5°”的使用條件，確保使用安全。

5　軸承壽命

軸承是影響水泵可靠性和安全性的重要零件。不同的場合，對水泵軸承的設計壽命要求不同。水泵轉速不同時，為了保證軸承的可靠運行將采取不同的潤滑方式或者軸承型式。受到產品技術發展的限制，原標準只是規定了滾動軸承按照相關國家標準選擇和計算，在壽命要求、潤滑方式、軸承型式等方面未作進一步規定。

本次修訂工作中，根據系統對泵的需求調研結果，提出了“用在主機冷卻或需要連續運轉的場合”是船用臥式離心泵的使用重要場合。用于重要場合的水泵滾動軸承有著最低的設計壽命要求。在參考國外優秀產品的企業標準、《石油、重化學和天然氣工業用離心泵（API610）》的基礎上，提出了“在額定條件下連續運轉至少為25000h，在最大徑向和軸向負荷下的額定轉速下不少于16000h”的規定。此規定使得用于重要場合水泵的可靠性品質有了一定的保證。

不同參數或者特殊用途的船用臥式離心泵很可能采用不同的潤滑方式或軸承型式。本次修訂中，為了指導設計者和使用者正確把握軸承的相關設計，參考《船用離心泵、旋渦泵通用技術條件（GB/T10832－2008）》規定了“當滾動軸承的軸徑D（mm）與額定轉速n sp（r/min）的乘積D·n sp≤1.6×10 4mm·r/min時應采用油脂潤滑；當D·n sp>1.6×10 4mm·r/min時應采用稀油潤滑；當D·n sp>3×10 5mm·r/min或額定軸功率P sp與額定轉速n sp的乘積P sp·n sp>2×10 6kW·r/min時應采用滑動軸承 [4]”。此規定細化了軸承的潤滑方式及結構型式的要求，確保了水泵設計和使用的安全與可靠。

上述說明介紹了本次標準中的幾個主要改進的方面，以上改進對提高標準的適用性和技術引領性有著較明顯的改善作用。修訂工作中，還有一些較細小的改進，如機械密封泄漏量、聯軸器的要求、兩級以上轉子動平衡要求、汽蝕試驗的測量點規定、泵殼上的頂絲規定、軟填料結構的軸套要求、軸承冷卻方式規定、底座的安裝平面偏差規定等等，在細微處體現了提高產品性能、安全可靠性、維修性等等標準的修訂原則，對標準的技術提升同樣有著重要作用，使得標準變得具體、易操作。修訂后的標準規范了船用臥式離心泵技術特性和產品特性，保證了產品的設計質量和制造質量，有利于提升國產泵的競爭力，對產品在國內、國際市場上的推廣有著深遠而廣泛的意義，使得標準有著較好的社會效益，企事業單位產品貫標后有著較好的經濟效益。

6　結論

船用臥式離心泵標準的改進主要從貫徹最新的國家標準和行業標準、提高產品性能、提高安全可靠性、維修性、完善部套件的技術規定、降低產品成本、提高產品質量、節能降耗等幾方面著手，較全面地提升了標準的技術性能，能對水泵的設計、制造和檢驗起到較強的指導作用。

修訂后的標準可操作性強，可引領臥式離心泵的技術發展，提升臥式離心泵的整體水平，有利于提升國產泵的競爭力。標準有著較好的社會效益和經濟效益。