脉动和机械分析：往复式泵
该分析包括脉动研究、机械评估、共振风险规避分析，以及按需提供受迫响应分析（根据API674，API688）。
背景
往复式泵（包括隔膜泵、柱塞泵、和其他容积式泵）会用于多种应用中，包括石油生产设施和炼油厂。
新建或改装的往复式泵系统通常需要脉动和机械分析，以避免如下的典型问题:
- 过度管道振动和管道故障；
- 小口径管道连接故障；
- 压力脉动引起的气蚀现象；
- 由脉动引起的、不应出现的PSV开启；以及
- 有害泵阀运动导致的阀寿命短暂、流量降低。
脉动和机械分析需在设计阶段实施。在进行该分析的同时，通常还会进行小口径管道（SBP）分析。如果泵安装于钢结构上时，还需要进行结构振动和动态设计分析。
1 分析范围
根据风险和应用，振动控制分析包含不同的方面。标准需求通常包括：
- 脉动和机械分析（见1.1和1.2）
- 管道热应力分析（热学/管道柔性分析）
- 小口径管道连接（SBC）评估
根据应用，可能还会需要以下研究：
这些服务彼此相关联，来综合解决一切关于泵，包括撬块外管道系统的振动风险。请别忘了，北塔还可以为您的设施提供压缩机以及管道系统的振动管理。
为帮助您判断所需的泵应用服务，请参考泵脉动应用标准 (英文, PDF)或者联系我们的应用支持判断您应用的风险类型。
1.1 脉动分析（也称为声学分析）
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DataMiner™ 软件能对数以百计的工况在整个管道系统各个位置显示脉动，脉动力和其它数据。参见为什么 DataMiner 对项目提供有价值的信息。 |
根据API 674的术语定义，该研究也被称为设计方法2（DA2），并应用于风险等级“中”的机组。风险等级请参见应用标准 (英文, PDF)
其特色功能包括：
- 工况 用于分析整个工况范围内泵的运行状况。标准服务，不超过评估20个工作条件。
- 脉动等级 在不同工况下，评估脉动大小。脉动很大程度上受泵阀的行为影响。
- 扰乱条件 对扰乱条件的效果进行报告，比如泵阀故障的脉动等级，导致柱塞开关失灵等。振动和脉动特性受有效流体端的数量影响。
- 脉动和其他动力载荷 北塔考虑不同压力、温度、气体组成和速度范围。 为已知工况评估脉动以及其他动力载荷。
- 压力脉动 北塔将评估压力脉动量级以及脉动，包括使用MAPAK模拟软件评估管道系统的振动力。为了获得精确的脉动分析结果，相比频域法，我们更推荐时域声学模拟。更多脉动软件的信息
- 脉动控制 使用滤波器、气体缓冲器、可定购的脉动控制容器、节流孔板、谐振器和/或管道改造，来对脉动进行控制。脉动（压力和受力）根据API 674（最新版本）或其他经现场证实的标准进行控制。
- 压降 北塔的特色分析，可以评估静态和整体压降。整体压降包括动态压降损失。
- 管道约束或机械评审 本项会通过使用图表、实证计算和良好的工程设计经验，对管道支撑位置进行评估。
- 结果和报告。北塔的DataMiner软件工具和报告方法，预测泵脉动和工况性能，为您提供具有价值的信息。
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这个系统脉动模型用来在系统不同位置，不同工况下计算脉动压力和由其产生的脉动力。本例为一个第三级中间系统。红箭头长短代表力的大小。 |
| 降低脉动力示例 | |
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| 原始系统 （没有经过脉动控制分析） |
经北塔脉动控制处理后， |
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脉动力大于 11,000 lbf |
脉动力小于200 lbf, 远低于允许值 |
1.2 机械分析
该研究是设计方法2（DA2）API 674条款的一部分，包括以下特色功能：
- 有限元（FE）模型。北塔能快速构造出精确的泵、容器、管道系统，以及撬块关键区域（若可适用）的FE模型。对于更加精确的结果，可以在模型中包含泵的详细机身模型和/或整个撬块和基础。北塔使用ANSYS为所有FE模型保障精确结果。一些管道有限元（FEA）分析软件，并不推荐用于本应用。
- 精确度 使用壳体或固体微元，精确建立复杂几何模型。其中包括转动惯性情况。
- 结构固有频率（MNFs）系统中的关键部件的结构固有频率和振型将在报告中提供。
- 避免共振 结构固有频率应当在柱塞泵运行速度一倍之上20%，并与其他具有显著力作用的倍频间隔20%。
- 结果和报告。北塔将提供详细报告，总结建议和机械分析结果。
机械分析需要精确的泵管道系统有限元模型（见上），来测定结构固有频率并避免共振。模型还可以用于受迫响应研究（可选服务，见下），来测定振动幅度和应力大小。为避免问题发生，需要现场经验和测量，来精确提供边界条件、动态力以及可执行建议。
1.3 可选分析
以下为常用可选分析：
- 小口径管道连接（SBC） 根据应用和客户的风险容错度，北塔提供一系列服务进行小口径管道的设计、分析和测试。
关于小口径管道的可选服务 - 额外运行工况（超过20个标准工况）对于一些应用，20个工况运行点不能完全覆盖工况和流量控制的范围，不能发现所有潜在脉动和振动问题。北塔可以协助您，选择合适数量的工况进行分析。
- 受迫响应分析 当避免频率重合的建议不能达成或实施时，我们推荐进行此项研究。该研究包括所有重要的泵受力（包括流体力、脉动力、扭距等），并且将根据API 674标准进行振动和应力评估。该研究在下列两种位置施行：
- 泵主块系统-包括对缓冲罐、泵主机的周围管线；以及
- 泵主块以外的管线系统.当脉动力大于允许值，或避免共振的分析推荐不能实施时，推荐进行该研究。
- 撬块外或工作站管道 北塔将提供泵机组撬块外的管道脉动评估（若有相关信息）。当冷却器和/或涤气罐位于泵撬块外时，或当需要对汇管以及整个管系进行脉动分析时，该附加分析非常重要。
- 多机组分析（机组间相互作用）当多个泵彼此并联或串联时，北塔将针对汇管以及管路系统，包括机组间的相互作用进行脉动分析。
水锤分析，也称为流体系统的瞬态喘振分析，是另一种可选研究。当往复式泵和管道系统被瞬态事件，比如停电、阀门摆动、检查阀门撞击以及其他原因影响时，需要进行该研究。有些操作方要求调查系统瞬态扰乱条件下状况，来保证系统完整性。请见水锤分析
2 北塔优势
北塔机械分析公司是全球脉动分析的领军者，具有独一无二的优势：
- 北塔早在1970年代就成为了数字声学模拟发展的佼佼者。
- 从那时起，该公司每年都会大力投入于声学模拟工具开发和现场验证，以保证其MAPAK软件处于世界领先水平。目前Mapak软件基于时域分析，包括非线性流体动力，及根据时间变化的边界条件；这是更高频域声学模拟分析的重要特性。这些重要的特性功能，也是其它小公司所使用的商用软件所不具备的。
- 更多优势特性，包括更优化的工况分析、更精确的边界条件以及更优化的撬块外管道分析。
- 更好的质量控制和项目管理经验。注重质量、技术评审，以及有效的客户交流，造就更成功的项目。
- 切实的应用建议，以及跟踪客户服务。
- 研究遵循API618。
- 及时、实际的建议。
- 北塔有全职的现场工程团队，提供全球性的启动检查或现场服务。
- 使用经过现场验证的脉动和机械振动模拟方法。其他公司只能提供理论性的结果，因为他们缺乏全职的现场工程师，无法提供在设计阶段必要的现场数据对模型进行精度调整。
- 我们的客户支持服务位于美国的休斯敦；加拿大的卡尔加里；马来西亚的吉隆坡；以及中国的天津。
- 北塔提供完整的集成振动解决方案——包括压缩机、泵以及管道系统的设计和现场支持。该方法能为您保证可靠性和综合管理的需求。
- 北塔参与（领导）美国气体机械研究委员会进行工业研究项目。北塔也因此获得了专家级的知识累积和项目经验。
- 北塔也是API和GMRC振动委员会的活跃成员。
3 客户利益
作为全球脉动设计服务的领导者，北塔能够提供一系列独一无二的服务和功能，包括精确的脉动和机械分析，为成撬商、工程公司和业主带来利益。这些利益包括更高的系统可靠性、最小的压降和能源损耗，更快的设计时间，优化的容器尺寸，以及更低的整体成本。 其他利益还包括：
- 整个管道系统的脉动力控制
- 管道系统和容器振动最小化
- 完整评估工况范围
- 综合平衡所有矛盾需求的建议（脉动控制、压降、机械约束条件和实施方案的可操作性）
- 为现场分析和监测做出有效的报告和分析
4 相关信息
往复式泵的脉动和机械分析，和针对往复式压缩机的相关分析十分相似。为了解释这个问题，请参见我们的知识中心，观看该类问题的视频和文章。
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泵相关文章：
- 不良的泵设计会限制操作（英文, PDF）
- 脉动控制不足的长远影响 (英文, pdf）
- 往复式泵设计瑕疵致使采油平台关闭（英文, PDF）
- 流体系统中脉动缓冲器的整体性（英文, PDF）
- 不正确的柱塞泵阀门选择(英文, PDF)
视频示例：
5 相关服务
般性研究将与脉动和机械分析同时进行：
6 关键词
- API 674脉动分析
- 声学研究
- 缓冲器
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