[工学]第二章叶片式水泵二.ppt

2.7 离心泵装置定速运行工况 工况点: 水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水 流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等这些值 在水泵性能曲线上的具体位置，称为水泵的瞬时工况 点。 对应最高效率的点，称为设计工况点。 决定离心泵装置工况点的因素 （1）水泵本身型号； （2）水泵实际转速； （3）管路系统及边界条件管道系统特性曲线。 水泵各条性能曲线 1 2.7.1 管路系统的特性曲线 由净扬程与管道水头损失特性曲线叠加而成 表示装置所需扬程（需要扬程）与流量之间的关系H需Q 1 1、管道水头损失特性曲线、管道水头损失特性曲线 管路中流量和水头损失变化规律的曲线hQ 管路总水头损失=沿程损失+局部损失 二次抛物线 2 管路水头损失的特性曲线 0Q 2 2、管道系统特性曲线（需要扬程曲线）、管道系统特性曲线（需要扬程曲线） 将管路损失特性曲线叠加到净扬程将管路损失特性曲线叠加到净扬程H HST ST上而得到 上而得到 H = HST +h h= SQ2 3 2.7.2 图解法求水箱出流工况点 4 M K D HST HST Q QM H Q-H Q-H H 2.7.3 图解法求离心泵装置的工况点 （）直接法（）直接法 离心泵装置的工况点 HM K1 将将QHQH和和QQ（HHST ST+h +h）绘制在同一坐标图上，则两条）绘制在同一坐标图上，则两条 曲线的交点曲线的交点MM即为水泵在该装置系统的运行工况点。即为水泵在该装置系统的运行工况点。 水泵运行工况点定义：水泵运行工况点定义： 水泵所提供的扬程水泵所提供的扬程 与装置所需要的扬程相与装置所需要的扬程相 等的点，即供需平衡点等的点，即供需平衡点 水泵工作点水泵工作点 5 M HST Q QM H Q-H Q-H （）折引法（）折引法 离心泵装置的工况点 Q-H M1 HM 折引特性曲线折引特性曲线 Q-H Q-H 表示：表示： 扣除了管道扣除了管道 中水头损失后中水头损失后 ，剩余的能量，剩余的能量 。 该能量仅该能量仅 用来改变抽升用来改变抽升 液体的位能。液体的位能。 6 2.7.4离心泵装置工况点的改变 泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中 之一或者同时改变即可实现流量的调节。 (1)自动调节 (2)人工调节 调节阀门；调节转速； 调节叶轮；水泵的联合运行 7 优点：调节流量，简便易行，可连续变化 缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能 量，经济上不够合理。 QA A H Q QB B 最常见：最常见：改变阀门开度 B1 8 2.7.5 数解法求离心泵装置的工况点 原理：拟合Q-H曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。 1 1、抛物线法、抛物线法 HH水泵的实际扬程；水泵的实际扬程； SxQSxQm m 相应于流量为相应于流量为QQ时，泵体时，泵体 内的虚水头损失之和。内的虚水头损失之和。 mm指数，给水管道一般指数，给水管道一般m=2m=2或或m=1.84m=1.84 。 9 10 11 12 13 14 2.8 离心泵装置调速运行工况 2.8.2.8.叶轮相似定律叶轮相似定律 n n 基于基于几何相似几何相似和和运动相似运动相似基础之上基础之上 n n 是表征是表征两个叶轮性能参数之间关系两个叶轮性能参数之间关系的定律。的定律。 几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成 一定比例，所有的对应角相等。 b2、b2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度； D2、D2m实际泵与模型泵叶轮的外径； 比例。 15 运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流 的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在 相应点上水流的速度三角形相似。 在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似 。 16 叶轮相似定律有三个方面：叶轮相似定律有三个方面： 1、第一相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的 流量之间的关系。 2、第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的 扬程之间的关系。 3、第三相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的 轴功率之间的关系。 17 若两叶轮尺寸相差若两叶轮尺寸相差 不大，且工况相近不大，且工况相近 时，可近似认为效时，可近似认为效 率相等率相等 18 2.8.2 2.8.2 相似定律的特例相似定律的特例比例律比例律 1、比例律的用途：把相似定律应用于以不同转速 运行的同一台叶片泵，则可得到比例律。 2、比例律公式 19 3 3、比例律应用的图解方法、比例律应用的图解方法 两种常见问题的求解两种常见问题的求解 (1)已知水泵转速为nl时的(QH)l曲线，但所需 的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点 A2(Q2，H2)处。现问；如果需要水泵在A2点工作 ，其转速n2应是多少? (2)已知水泵nl时的(QH)l曲线，试用比例律翻 画转速为n2时的(QH)2 曲线。 20 解：作过A2点“相似工况抛物线 ” 求A1点：即相似工况抛物线 与(QH)l线的交点。 求n2：A1、A2点符合比例率 A1 Q H Q-H A2 问题(1)：已知水泵转速为nl时的(QH)l曲线，但所需的工况点，并不 在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。现问；如果需要水泵在A2点 工作，其转速n2应是多少? 21 问题问题(2)(2)：已知水泵nl时的(QH)l曲线，试用比例律翻画 转速为n2时的(QH)2 曲线。 解：在(QH)l线上任取a、b、c、d、e、f点； 利用比例律求(QH)2上的a、b、c、d、e、 f 作(QH)2曲线。 Q H （Q-H）1 A2 a b d c e f （Q-H）2 同理可求(QN)2曲线。 22 另问题（另问题（3 3）：）：求(Q)2曲线。 在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等 的，将已知图中a、b、b、d等点的效率点平移即可。 23 定速运行与调速运行比较： 泵站调速运行的优点表现于 (1)省电耗(即NB2NB2)。 (2)保持管网等压供水(即HST基本不变) 24 【例2-3】某泵转速n1=950r/min时的（QH）1曲线如图，管道特性曲线方 程为H=10+17500Q2(m3/s)。试求： （1）该泵装置工况点的QA、HA； （2）保持静扬程为10m，流量下降33.3%时，其转速n2应将为多少？ （3）降速后的（QH）2曲线如何？ m 25 4 4、比例律应用的数解方法、比例律应用的数解方法 问题(1)：已知水泵转速为nl时的(QH)l曲线，但所需的 工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。 现问；如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少? 问题问题(2)(2)：已知水泵nl时的(QH)l曲线，试用比例律翻画 转速为n2时的(QH)2 曲线。 26 2.8.2.8.相似准数相似准数比转数比转数(ns)(ns) 、比转数的概念：叶片泵的型号繁多、规格各异，为了对整个叶 片泵进行分类，需要找到一个既能反映泵的形状，又能反映泵 的性能的综合特征数（判别指标），从而将叶片泵分类为不同 的相似泵群，该判别指标就是比转数ns。 根据水泵的相似原理，把各种叶片泵分成若干相似泵群，在 每一个相似泵群中，拟用一台标准模型泵作代表，即该泵群中 的每一个泵都可以放大或缩小成这样的模型泵： 模型泵：在最高效率下，当有效功率Nu735.5W(1HP)，扬程 Hm1m，流量 m3s。这时该模型泵的转数， 就叫做与它相似的实际泵的比转数ns 。 27 将模型泵的Hm1m，Qm0.075m3s代入 注：(1)Q和H是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵 的设计工况点。 (2)比转数ns是根据所抽升液体的密度1000kgm3时 得出的。 (3)Q和H是指单个叶轮单个叶轮单吸、单级泵的流量和扬程。 (4)比转数不是无因次数，它的单位是“rmin”。 (5)比转数相同的泵，其叶轮几何形状相似，性能参数 满足相似律；反之，叶轮形状及性能不同。比转速不随 转速的改变而改变。 28 2、对比转数的讨论 (1)从性能上看：比转数(ns) 反映实际水泵的 主要性能。 当转速当转速n n一定时：一定时： ns越大，水泵的流量越大，扬程越低。 ns越小，水泵的流量越小，扬程越高。 轴流泵 ns=5001200 混流泵 ns=350500 离心泵 ns=40350 29 (2)(2)从叶轮形状上看：从叶轮形状上看：叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效 率都随比转数而变的。用比转数率都随比转数而变的。用比转数nsns可对叶片泵进行分类。可对叶片泵进行分类。 要形成不同比转数要形成不同比转数nsns，在构造上可改变叶轮的外径，在构造上可改变叶轮的外径(D(D 2 2 ) )和和 减小内径减小内径(D(D 0 0 ) )与叶槽宽度与叶槽宽度(b(b 2 2 ) )。 30 (3)相对性能曲线 ns越小：QH曲线就越平坦； Q0时的N值就越小。因而，比转数低的水泵， 采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小； 效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。 31 2.8.42.8.4调速途径及调速范围调速途径及调速范围 1、调速途径 (1)电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的 目的。 采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以 大量节约电能，并可使电动机空载(或轻载)启动 ，热 能损耗多。 (2)电机本身的转速可变。 改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改 变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种 。 32 2、在确定水泵调速范围时，应注意如下几点： (1)调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其 临界转速（水泵产生共振时的转速）重合、接近或成 倍数。 (2)水泵的调速一般不轻易地调高转速。 (3)降低转速可以改善汽蚀状况；但一般水泵转速下降幅 度不应超过设计转速的50%； (4)合理配置调速泵与定速泵台数的比例。 (5)水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于 各自的高效段内。 (6)调速时尚需考虑因调速而投资增加部分的回收。 33 2.9 离心泵装置换轮运行工况 2.9.1 2.9.1 切削律：切削律：实践证明，在一定条件下，叶轮 经过切削后，其性能参数的变化与切削前后轮径 间存在下列关系 注意：切削律是建于大量感性试验资料的基础上。如果叶轮的切 削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变 。 此切削限量与水泵的比转数有关。34 2.9.22.9.2切削律的应用切削律的应用 1、切削律应用的两类问题 (1)已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化 。 (2)已知要水泵在B点工作，流量为QB，扬程为HB，B点位 于该泵的(Q-H)曲线的下方。现使用切削方法，使水泵 的新特性曲线通过B点，要求：切削后的叶轮直径D2 是多少?需要切削百分之几?是否超过切削限量? 35 (1)解决这一类问题的方法归纳为“选点、计算、立 点、连线”四个步骤。 Q H Q-H 1 2 4 3 5 6 Q- H Q-N Q-N Q- Q- 0 36 (2) 求“切削抛物线” 求A点坐标：切削抛物 线与(QH) 线的交 点。 求D2： 切削量百分数 A Q H Q-H B 37 2、应用切削律注意点 (1)切削限量，否则降低水泵效率 (1)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。 38 (3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可提高水 泵扬程、功率，改善叶轮的工作性能。 39 (4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大。 水泵的高效率方框图 40 Sh型离心泵性能曲线型谱图 水泵厂在样本中通常将厂方生产的某种型号泵的高效率方 框图，成系列绘在同一张坐标纸上，称为性能曲线型谱图 41 2.10 离心泵并联及串联运行工况 水泵并联工作： (1) 增加供水量； (2) 通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程 ，以达到节能和安全供水； (3) 水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和 供水的可靠性。 多台水泵向一条共用的出水管供水称为泵的并联 运行。 42 2.10.1 并联工作的图解法 1、同型号的两台(或多台)泵并联后的总和流量，将等于 某扬程下各台泵流量之和。 Q 0 H 43 2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作 Q (Q-H)1+2 (Q-H)1,2 H Q-H M Q1+2 Q1,2 N H N1,2 N S H Q 44 步骤： (1)绘制两台水泵并联后的总和(Q-H)l+2曲线 (2)绘制管道系统特性曲线,求并联工况点M。 (3)求每台泵的工况点N Q (Q-H)1+2 (Q-H)1,2 H Q-H M Q1+2 Q1,2 N H N1,2 N S H Q 45 结论： (1)NN1,2，因此，在选配电动机时，要根据单条单独 工作的功率来配套。 (2)QQ1,2，2QQ1+2，即两台泵并联工作时，其流量 不能比单泵工作时成倍增加。 Q (Q-H)1+2 (Q-H)1,2 H Q-H M Q1+2 Q1,2 N H N1,2 N S H Q 46 5 5台同型号水泵并联台同型号水泵并联 注意： (1)如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作 时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。 (2)如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各 泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。 47 3、不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作 Q H H (Q-H) (Q-H) Q-HAB Q-HBC Q H Q (Q-H)+ Q-HBD E 48 步骤： (1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)、(Q-H) 曲线 (2)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H) 曲线 (3)绘制BD段管道系统特性曲线,求并联工况点E (4)求每台泵的工况点 Q H H(Q-H) (Q-H) Q-HAB Q-HBC Q H Q (Q-H)+ Q-HBD E 49 4、如果两台同型号并联工作的水泵，其中一台 为调速泵，另一台是定速泵。 在调速运行中可能会遇到两类问题： (1) 调速泵的转速n1与定速泵的转速n2均为已 知，试求二台并联运行时的工况点。其工况点 的求解可按不同型号的2台水泵在相同水位下 的并联工作所述求得。 50 (2)只知道调速后两台泵的总供水量为QP(HP为未 知值)，试求调运泵的转速n1值(即求调速值)。 51 5、一台水泵向两个并联工作的高地水池输水 （1）水泵同时向两个高地水池输水 52 （2）水泵与高水池D并联工作，共同向低水池C输水 53 并联机组的总轴功率及总效率：并联机组的