《水泵与水泵站》PPT课件.ppt

2.7 离心泵装置定速运行工况,2.7.1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称水泵瞬时工况点。 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。,2.7.2管路系统的特性曲线 管路总水头损失,管道水头损失特性曲线,管道系统特性曲线,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,离心泵装置的工况点,HM,K1,QK,QD,阀门全开时， 为极限工况点,HST,Q,QM,H,Q-h,Q-H,（）折引法,离心泵装置的工况点,Q-H,M1,HM,h,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,A,QA,设有前置水塔时,(2)人工调节 调节阀门；调节转速； 调节叶轮；水泵的联合运行,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,改变阀门开度,B1,2.7.5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。,拟合Q-H曲线 (1) H水泵的实际扬程(MPa)； Hx水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)； hx相应于流量为Q时，泵体内的虚水头损失之和。 hx =SxQmMPa Sx泵体内虚阻耗系数; m指数。 (2), 2.8 离心泵装置调速运行工况,2.8.叶轮相似定律 叶轮相似定律是基于工况相似的基础上的。 凡是两台水泵能满足几何相似和运动相似，就成为工况相似水泵。,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。,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。,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。,实际使用中，如果实际泵和模型泵的尺寸相差不太大且相似的话，可近似认为三种效率都不随尺寸变化而变化。 相似定律可化简为：,2.8.2相似定律的特例比例律 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：,1、比例律应用的图解方法 (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。,问题(1)：求“相似工况抛物线” 求A点：相似工况抛物线与(QH)l线的交点。 求n2,(2)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。 同理可求(QN)2曲线。,Q,H,Q-H,A2,Q-H,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。,注：只有在高效段内，相似工况抛物线才和实际的等效率曲线吻合。,定速运行与高速运行比较： 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),2、比例律应用的数解方法 同样采用虚总扬程法 (1) (2),2.8.相似准数比转数(ns) 、我们把水泵分为若干相似的群，每个群都以一台标准泵（模型泵）为代表.在最高效率下，当有效功率Nu735.5 W(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 。,代入I式，,ns 是相似定律在叶片泵中具体应用。反映泵共性的综合性特征数， 是水泵规格化的基础，又叫相似准数。,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容重1000kgm3时得出的。 (3)Q和H是指单吸、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”。,2、对比转数的讨论 (1)比转数(ns) 反映实际水泵的主要性能。 当转速n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。,(2)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ns可对叶片泵进行分类。 要形成不同比转数ns，在构造上可改变叶轮的外径(D2)和减小内径(D0)与叶槽宽度(b2)。,(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。,(4) 相对特性曲线的用途 没有特性曲线资料，不能作性能试验时，可以按照铭牌上设计工况求出比转数，然后根据相对特性曲线按照 ，换算出来就可以绘制出Q-H曲线。 习题 1、同一台水泵，运行转速由n1变为n2，其比转数是否发生相应得变化，为什么？ 2、一台模型离心泵尺寸为实际泵的1/4倍，并在转速n=730r/min时进行试验，此时模型泵设计工况为Qm=11L/s，Hm=0.8m。如果模型泵与实际泵的效率相等，则实际水泵在n=960r/min时的设计工况和扬程。,2.8.4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。,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)合理配置调速泵与定速泵台数的比例。 (4)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。, 2.9 离心泵装置换轮运行工况,2.8.1切削律,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。,ns越大，外径越小，可切削限量越小； ns越小，外径越大，可切削限量越大；,2.8.2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，使水泵的新持性曲线通过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?,(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,Q-H,0,(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,2、应用切削律注意点 (1)切削限量 (1)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。,出口加宽，Q一定情况下，C2r下降，挫后 增大， 则 增大，则 增大,(3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可改善叶轮的工作性能。,(4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大。,水泵的高效率方框图,离心泵性能曲线型谱图,2.10 离心泵并联及串联运行工况,水泵并联工作：多台水泵通过联络管共同向管网和高地输水的情况，称为并联工作。 (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。,城市给排水工程中的泵站一般都采用并联运行,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，将等于某场程下各台泵流量之和。,Q,0,H,2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作,Q,(Q-H)1,2,H,(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,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,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。,5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。,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,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,并联机组的总轴功率及总效率：,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。,(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)。,5、一台水泵向两个并联工作的高地水池输水 （1）水泵向两个高地水池输水,（2）水泵与高水池D并联工作，共同向低水池C输水,2.10.2 定速运行下并联工作的数解法 2.10.3 调速运行下并联工作的数解法 2.10.4 并联工作中调速泵台数的选定 调