流体输配管网-7泵、风机与管网系统的匹配.ppt

第7章泵 风机与管网系统的匹配 7 1管网系统中泵与风机的运行曲线与工作状态点7 2泵与风机的工况调节7 3泵与风机的选用7 4泵与风机的安装位置 7 1 1管网系统对泵 风机运行曲线的影响泵 风机工作点不仅取决于泵 风机本身 也与管网的连接和特性有关 系统效应 7 1管网系统中泵与风机的运行曲线与工作状态点 泵 风机的性能曲线 是标准实验状态下 入口的连接方式不同 流向和速度分布与标准实验不同内部能量损失发生变化 泵 风机的性能下降 圆形弯管 方形弯管 进口风箱 泵 风机性能改变后的性能曲线可以称之为泵 风机在管网中的实际运行曲线 当风机接有吸入管 造成入口P降低 减小 作功能力下降 引性能曲线发生变化 1 泵或风机的运行工况点泵 风机与管网系统运行的平衡点泵 风机与管网系统的合理匹配 流量和压力匹配泵 风机在其特性曲线上稳定工作的点称之为工况点 7 1 2泵 风机与管网系统匹配的工作状态点 稳定工作区 P Q曲线是平缓的非稳定工作区 P Q曲线是驼峰形的 E点不稳定 D点稳定驼峰形P Q曲线应使工作点在下降段 2 泵 风机的稳定工作区和非稳定工作区 稳定工作区 非稳定工作区 3 喘振及其防止方法定义在非稳定工作区运行时 离心泵 风机出现一会输出流体 一会流体倒流的现象 称为 喘振 危害喘振发生 设备运行声音发生突变 Q P急剧波动 发生强烈振动 不及时停机或消除 将会造成机器严重破坏 喘振的防治方法 应尽量避免设备在非稳定区工作 采用旁通或放空法 减速节流法 返回 喘振发生的条件 出口接有管网 且具有一定压力出口流量变小 达到不稳定区 管网压力大于泵出口压力 系统效应 指泵 风机进出口与管网系统连接方式对泵 风机的性能特性产生的影响 4 系统效应的影响 1 入口的系统效应系统效应影响风机性能示意图 圆形弯管 方形弯管 进口风箱 在实际中 入口损失很大 可高达45 注意进入口的合理设计 原因是进口连接方式与实验状态不同泵 风机的进口系统效性能损失值需由实验确定 效应管道长度 自风机出口截面不规则的速度分布 到管道内气流速度规则分布的截面之间管段长度避免能量损失 不在此段安装管件或设备 即在效应长度内断面的任何改变 均导致风机性能的降低 2 出口系统效应的影响 系统效应曲线 返回 返回 不同出口管道形式的系统效应曲线 返回 继续 1 泵或风机的并联工作 l 泵 风机并联工作的特点各台设备压头相同 而总流量等于各台设备流量之和 并联一般应用于以下情况 流量大 大流量泵或风机制造困难或造价太高 流量变化大 开停台数调节 检修及事故备用 7 1 3管网系统中泵 风机的联合运行 联合运行 两台或两台以上泵或风机在同一管路中工作 联合方式 并联 串联两种情况目的 并联增加流量 串联增加压头 2 联合运行曲线绘制方法 a 在Q H坐标系上绘各台泵 风机的Q H性能曲线 b 在y轴上取不同Hi 做水平线 与各泵 风机性能曲线相交得到QI j Q2 j Qi j Qn j c 取Q0 j Q1 j Q1 j Qn j按 Hj Q0 j 在Q H坐标系上的点连线 得N台并联泵 风机的联合运行曲线 3 两台相同的泵或风机的并联 4 多台相同泵或风机的并联 5 不同性能的泵或风机并联 返回 继续 讨论 并联单台设备流量减少管路特性曲线较陡 不宜采用并联工作随并联台数增多 单台设备流量减少越多 并联效果越差两台性能不同的设备并联 压头小的设备输出流量小 串联工作的特点各台设备的流量相同总压头为各台压头的和串联用于以下情况 高压泵或风机制造困难或造价太高时 改扩建时 管道阻力加大 需要压头提高时 两台相同的泵或风机串联工作时 工况分析如图 2 泵或风机的串联工作 讨论 串联单台设备压头减少 流量增加串联台数增多 后面设备压强增大管路特性曲线较陡 串联工作效果好 改变管网中阀门的开度可改变管网特性曲线 1 液体管网系统的性能调节曲线2为管网初始性能曲线关小阀门 性能曲线1 增加的压力损失为HB HD 多消耗的功率为 N QB H B开大阀门 性能曲线3液体管路 泵的调节阀通常装在出口管 防止气蚀 7 2泵与风机的工况调节工作点 泵与风机性能曲线与管网特性曲线平衡点7 2 1调节管网系统性能 风机出口设调节阀 经济性较差较为经济方式是在进口设调节阀入口节流改变风机性能曲线 适应流量或压力的特定要求 该调节方式既节能又可避免产生喘振 2 气体管网系统的性能调节 7 2 2调节泵 风机性能 调节方式 非变速调节 变速调节非变速调节 入口节流调节 离心式和轴流式风机的前导叶片调节 切削叶轮调节等 变速调节 变频调速是目前最为经济的 1 变速调节改变泵或风机的转数 改变泵或风机的性能曲线 使工况点移动 流量随之改变 泵与风机的性能参数变化如下 变速调节的工况分析工况点 两线交点A 变转速将工况点调节B点A B两点不满足运动相似 不是相似点B C两点才是相似点 SQ2 n n QC QB 改变转数的方法 1 改变电机转数在电机的转子电路中串接变阻器改变转数改变电机的极数 价格较高 调速跳跃 范围有限变频调速 范围宽 效率高 体积小 易安装 2 调换皮带轮改变皮带轮的大小 在一定范围内调节转数 优点不增加额外的能量损失 缺点调速范围有限 停机换轮 3 液力联轴器不采用增速方法来调节工况 导流器使气流进入叶轮之前产生预旋 切向分速加大 降低风压 导流器叶片转动角度越大 产生预旋越强烈 风压P越低 导流叶片安装角度比较经济 2 进口导流器调节导流器 轴向导流器径向导流器 3 切削叶轮调节叶轮经过切削 性能改变 工况点移动 流量和压头改变 达到节能的目的 叶轮经过切削与原来叶轮不符合几何相似条件 切削前后性能参数不符合相似率 切削量不大 认为 不变 D2变为D2 U2变为U2 速度相似 满足运动相似 切削前后的速度比为 叶轮切削前后的性能参数之间关系如下 1 低比转数的设备 叶轮切削后 认为b2 b2 则性能参数关系称为第一切削定律 2 中 高比转数 叶轮切削后 d2b2 d2 b2 性能参数关系称为第二切削定律 图中 D2的性能曲线 管路性能曲线 A是交点 将工况点调至B点 通过B点D2 的性能曲线 求D2 找出曲线 上与B点运动相似的点 根据两个切削定律 切削曲线也有两条 对于中高比转数的泵与风机 对于低比转数的泵与风机有 切削叶轮的调节方法 其切削量不能太大 否则效率明显下降 最大切削量与比转数ns有关 如下表所示 例7 1 已知水泵性能曲线如图 阻抗S 76000s2 m5 静扬程Hst 19m 转数n 2900r min 试求 1 泵的Q H 及轴功率N 2 阀门调节 Q减少25 求泵的Q H 轴功率N和阀门消耗的功率 3 变速调节 Q减少25 转数应调至多少 解 1 2 3 2570r min 例7 2 上题中的水泵直径D2 200mm 如果用切削叶轮方法使流量减少25 问应切削多少 解 比转数 低比转数 切削率符合要求 1 常用泵的性能及使用范围离心泵 单级单吸 单级双吸 多级 管道泵等 电动机与泵的连接方式 直接耦合式 皮带传动式 直连式 湿转子型等离心泵的性能分为 平坦型 驼峰型 陡降型泵应在高效区 0 90 max 的工作 7 3泵 风机的选用7 3 1常用的泵 风机性能及使用范围 2 常用风机的性能及适用范围一般建筑工程中常用的通风机可分为离心式和轴流式两大类 还有混流式 贯流式等 具体见表7 3 2 7 3 2泵 风机的选用原则1 泵的选用原则 1 根据输送液体物理化学 温度 腐蚀性等 性质选取适用种类 2 泵的流量和扬程能满足使用工况下的要求 并且应有10 20 的富裕量 3 应使工作状态点经常处于较高效率值范围内 4 当流量较大时 宜考虑多台并联运行 但并联台数不宜过多 尽可能采用同型号泵并联 5 选泵时必须考虑系统静压对泵体的作用 注意工作压力应在泵壳体和填料的承压能力范围之内 返回 继续 2 风机的选用原则 1 根据风机输送气体的物理 化学性质的不同 如有清洁气体 易燃 易爆 粉尘 腐蚀性等气体之分 选用不同用途的风机 2 风机的流量和压头能满足运行工况的使用要求 并应有10 20 的富裕量 3 应使风机的工作状态点经常处于高效率区 并在流量 压头曲线最高点的右侧下降段上 以保证工作的稳定性和经济性 4 对有消声要求的通风系统 应首先选择效率高 转数低的风机 并应采取相应的消声减振措施 5 尽可能避免采用多台并联或串联的方式 当不可避免时 应选择同型号的风机联合工作 返回 继续 7 3 3泵 风机的选用方法1 泵的选用 1 泵的型号示意a 单级单吸清水离心泵 返回 继续 返回 继续 返回 继续 返回 继续 2 流量Q和扬程H 返回 继续 3 泵的种类选择分析泵的工作条件 如液体的温度 腐蚀性 是否清洁等 并根据其流量 扬程范围 确定泵的类型 4 确定工况点利用泵的综合性能曲线 进行初选 确定泵的型号 尺寸及转数 将泵的性能曲Q H与管路系统的特性曲线R绘在同一张直角坐标图上 二者的交点即是工况点 进而定出效率和功率 返回 继续 5 泵的配用电机 返回 继续 6 允许吸上的真空高度 HS 样本给出的允许吸上真空高度指标准状态下 水温20 水表面为一个标准大气压 运行时 泵可能有的最大真空高度值 Hs 如果水泵处于非标准状态下工作 其允许吸上真空高度 HS m 2 风机的选用 1 通风机的规格表示机号 以风机叶轮直径的dm值 尾数四舍五入 冠以符号 NO 表示 例如以No6表示6号风机 风机的传动方式 见表7 3 4 旋转方向 从主轴槽轮或电机位置着叶轮旋转方向 顺时针者为 右 逆时针者为 左 离心通风机的风口位置 以叶轮的旋转方向和进 出风口方向 角度 表示 写法是 右 左 出风口角度 进风口角度 其基本出风口位置为8个 特殊用途可增加补充 见图 轴流通风机的风口位置 用入 出 若干角度表示 见图 基本风口位置有四个 特殊用途可增加 2 风机的工作状态点风机特性曲线和管网特性曲线的交点 即为其工况点 返回 继续 返回 返回 3 风机的功率风机所需的轴功率NZ W 配用电机的功率N 4 风机的比转数风机的比转数ns表示风机在标准状态下流量Q 压力P和转数n之间的关系 同一类型的风机 其比转数必然相等 继续 5 非标准状态下性能换算如果使用条件与样本上给出的性能曲线和性能数据不一致 其性能应按下列各式进才换算 按换算后的性能参数进行选择 当介质密度p 转数n 大气压强P0及其温度t改变时有 返回 继续 7 4泵与风机的安装位置 7 4 1吸入式泵的安装高度对于输送常温下液体的吸入式管网系统中 正确的计算确定泵的最大允许安装高度 即泵吸人口轴线与吸液池的最低液面的高差 对于管网系统的正常可靠运行及经济性都具有重要的意义 如图 列0 0和l 1两断面水流的能量方程 返回 继续 令 返回 返回 通常 泵是在一定流量下运行 水头损失为定值 所以泵的吸上真空度Hs将随泵的安装高度HSS的增加而增加 如果吸入口真空度增加至某一限值时 即泵的吸入口压强接近液体的汽化压强时 泵内就会发生气蚀 为避免发生气蚀 对于各种泵都给定一个允许的吸上真空高度 用 Hs 表示 在已知某型号泵的允许吸上真空高度的条件下 可计算出泵的允许安装高度 也称最大安装高度 以 Hss 表示 实际泵安装高度应遵守 Hss HSS HSS 继续 返回 在实际应用中 HS 的确定应注意如下两点 1 当泵的流量增加时 吸入管路的阻力损失增加 使叶轮进口附近的压强更低 为防止气蚀发生 Hs 应随流量增加而有所降低 水泵厂一般在产品样本中 用Q Hs曲线来表示该水泵的吸水性能 如图 2 泵的产品样本给出的Q Hs 曲线是在大气压强为10 33mH2O 水温为20 时清水条件下试验得出的 当泵的使用条件与上述条件不相符时 应对 Hs 值按下式进行修正 继续 返回 继续 7 4 2灌注式泵安装的最低液面高度当管网系统中输送的如果是温度较高的液体 或吸液池面压强低于大气压强而具有一定的真空度 如果输送温度高的液体 对应温度下的液体汽化压力较高 此时 如果管网中某处压力分布低于该液体温度下的汽化压力 就会妨碍系统的正常运行 如图 其对应给水温度下的汽化压力为PV 给水泵气蚀余量为 h 应有 返回 当水箱中液面压强P0等于液体温度对应条件下的汽化压力Pv时 则有 显然Hg 0 即说明此时泵必须安装于液面下使之成为灌注式才可保证泵不会发生气蚀 继续 返回 继续 7 4 3泵与管网的连接1 系统管路的连接 如图 对于吸水管路的基本要求有三点 1 不漏气 2 不积气 为了使水泵能及时排走吸水管路内的空气 吸水管应有沿水流方向上升的坡度i 一般大于0 005 以免形成气囊 3 不吸气 为了避免吸水井 池 水面产生旋涡 使水泵吸入空气 吸水管进口在最低水位下的淹没深度h不应小于0 5 1 0m 返回 为了防止水泵吸入井底的尘渣 并使水泵工作时有良好的水力条件 应遵循以下规定 1 吸水管的进口高于井底不小于0 8D 如图 通常取D为吸水管直径的1 3 1 5倍 2 吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于0 75 1 0D 3 在同一井中安装有几根吸水管时 吸水喇叭口之间的距离不小于 1 5 2 0 D 当水泵采用抽气设备充水或能自灌充水时 为了减小吸水管进口处的水头损失 吸水管进口通常采用喇叭口形式 如水中有较大的悬浮杂质时 喇叭口外面还需加设滤网 当水泵从压水管引水启动时 吸水管上应装有底阀 返回 继续 返回 返回 继续 2 压出管路的连接泵的压出管路经常承受高压 要求坚固而不漏水 通常采用钢管 并尽量采用焊接接口 在适当地点应设法兰接口 一般应在吸水管路和压出管路上设置伸缩节或可曲挠的橡胶接头 为了承受管路中内压力所造成的推力 在一定的部位上 各弯头处 应设置专门