《叶片式水泵》PPT课件

第二章叶片式水泵,2.6离心泵的特性曲线2.7离心泵装置定速运行工况2.8离心泵装置调速运行工况2.9离心泵装置换轮运行工况2.10离心泵并联及串联运行工况,2.6离心泵的特性曲线,2.6.1离心泵的特性曲线特性曲线在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。,2.6.2理论特性曲线的定性分析,式中QT泵理论流量(m3s);F2叶轮的出口面积(m2)；C2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(ms)。,理论扬程曲线（QT-HT）：1.90，cot20，(1)直线QT-HT：(2)液流不均匀（反旋），修正直线I；(3)扣除水头（摩阻、冲击）曲线(4)扣除容积损失（渗漏量）Q-H曲线。,2.6.2理论特性曲线的定性分析,离心泵的理论特性曲线,(1)水力损失h：泵体内有摩阻、冲击损失消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。,(2)容积损失v：在水泵工作中存在泄漏和回流等容积损失。,(3)机械损失m：机械性的摩擦损失,总效率：,2.6.2理论特性曲线的定性分析,水效率,水泵的扬程将随流量的增大而增大，并且它的轴功率也将随之增大。这样的离心泵，用于城市给水管网中，它对电动机的工作是不利的。,理论功率曲线：,NT=gQTHT=gQT(A-BQT)=AgQT-BgQ2T后弯式:B0,理论功率为下凹抛物线;Q,H,N缓慢增加，电机工作平稳。前弯式:BHk2，供需失去平衡，多余的能量就会使管道中流速增大，从而使流量增加，直增至M点为止；点D：则HD1HD2，由于能量不足，管中流速降低，流量随着减少，直减至M为止。极限工况点：若管路上的所有闸阀全开，那么M点为该装置的极限工况点。,HST,Q,QM,H,Q-h,Q-H,2.折引法,离心泵装置的工况点,(Q-H),M1,HM,h,折引特性曲线,原理：拟合Q-H曲线与管道系统特性曲线联立求解工况点。,2.7.5数解法求离心泵装置的工况点,(1)抛物线法（虚拟特性曲线）,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)；Sx泵体内虚阻耗系数,拟合Q-H曲线,(2)最小二乘法用多项式拟和Q-H曲线,根据最小二乘法的原理求出各系数的线性方程组：,拟合Q-H曲线,(2)最小二乘法,解出上式可求出H0、A1、Am。工程中一般取m2，或m3。,从厂家提供的离心泵泵样本的特性曲线上，取几个点代入上述方程，求出系数。得到Q-H曲线，然后再与管路特性曲线联立求出工况点。,例题,现有14SA-10型离心泵1台，n1450r/min，叶轮直径D466mm，其Q-H特性曲线如图2-27（P32），试拟合特性曲线方程。,14SA-10型离心泵Q-H曲线上的坐标值,解：由Q-H特性曲线上，取包括（H0，Q0）在内的任意4点，其值见下表，H：m，Q：L/s。,将已知的坐标值带入线性方程组（2-63b），,解得：A1=0.0168，A2-0.00017，将其带入式（2-63c），得：H720.0168Q-0.00017Q2,2.7.6离心泵装置工况点的改变,水泵的工况点是由水泵特性曲线和管路特性曲线共同决定的，是能量供给与消耗相平衡的结果，符合能量守恒定律，若二者之一改变，工况点就会改变。改变工况点的方法：,（1）改变管路特性曲线自动调节(水位变化)、阀门调节(节流调节),（2）改变水泵特性曲线变速调节(调速运行)、切削调节(换轮运行)等,1.自动调节,前置水塔:晚上：用水量减少水塔储水水箱水位静扬程HST管路特性曲线向上移动工况点由ABC供水量。白天：用水量增加水塔出水水箱水位静扬程HST管路特性曲线向下移动工况点CBA供水量。,2.阀门调节(节流调节),调节方法：闸阀：全开开度逐渐管道特性曲线变陡工况点：ABC，极限工况点空载工况点,极限工况点,空载工况点,QA,A,H,Q,QB,B,阀门调节的优缺点：,B1,H,优点：简便易行，可连续变化，Q，N，原动机没有过载危险。缺点：关小阀门时增大了流动阻力，消耗泵多余能量，经济上不够合理。,NA,NB,2.8离心泵装置调速运行工况,2.8.1叶轮相似定律（1）几何相似条件：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；长度比尺。,（2）运动相似条件：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。即相应点上水流的速度三角形相似。,两台泵能满足几何相似和运行相似，称为工况相似泵。在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。,速度比尺。,2.8.1叶轮相似定律,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的流量之间的关系。,2.8.1叶轮相似定律,2.第二相似定律确定两台在相似工况下运行扬程之间的关系。,2.8.1叶轮相似定律,3.第三相似定律确定两台在相似工况下运行轴功率之间的关系。,2.8.1叶轮相似定律,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：,2.8.2相似定律的特例比例律,比例律,1.比例律应用的图解方法比例率在设计与运行中常遇到的问题：（1）已知：水泵转速nl时的(Q-H)l曲线，但所需的工况点不在该特性曲线上，而在A2(Q2，H2)处。问：如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少?（2）已知：水泵转速nl时的(Q-H)l、(Q-N)l、(Q-)l曲线；试用：比例律翻画转速为n2时的(Q-H)2、(Q-N)2、(Q-)2曲线。,2.8.2相似定律的特例比例律,A1（Q1，H1）,b.求A1点：相似工况抛物线与(Q-H)1曲线的交点A1（Q1，H1）。,c.求n2：,HkQ2,相似工况抛物线（等效率曲线）,a.求“相似工况抛物线”,0,问题（1）,同理可求(Q-N)2曲线。,a.在(Q-H)l线上任取a、b、c、d、e点；b.利用比例律求(Q-H)2上的a、b、c、d、e、作(Q-H)2曲线。,解题步骤：选点计算立点连线,求(Q-H)2曲线,0,问题（2）,求(Q-)2曲线,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、c、d等点的效率点平移即可。,Q-2,b,Q-1,问题（2）,2.比例律应用的数解方法,问题（1）,0,问题（2）,n1H1HxSxQ12,n2H2HxSxQ22,0,2.比例律应用的数解方法,定速与调速运行比较：,调速运行优点：（1）省电耗（NB2NB2）（2）保持管网等压供水（HST基本不变）,B2,B2,A1,A2,B1,A2,NB2,NB2,经过调速，可以使水泵的工作范围由一个段变为一个区。,？为什么要引入这个概念？水泵叶轮构造和水力性能多样，大小尺寸不一，为了对水泵进行分类比较，就需要一个能够反映水泵性能共性的特征参数，作为水泵规格化或分类的基础。这个特征数就是相似准数叶片泵的比转数(ns)反映了水泵叶轮的综合特性，是叶轮形状和性能的一个综合判据。是一个表达水泵的流量、扬程和转速等参数关系的一个综合性指标。,2.8.3相似准数比转数(ns),最高效率下，当有效功率Nu735.5W（1HP），扬程Hm1m，流量Qm0.075m3/s的水泵。在这种工况下，该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转数ns。举例：12Sh-28A型离心泵数字“28”为水泵的比转数被10除的整数。即表示该泵的比转数ns为280。所有与该水泵相似的水泵的比转数都应为280。,1.模型泵的定义,用第一和第二相似定律,注：（1）Q、H：水泵最高效率时的流量和扬程，即水泵的设计工况点。指单吸、单级泵的流量和扬程。（2）ns：根据输送温度为20，密度1000kgm3的清水得出的。单位是“rmin”。它不是一个实际的转速，它是用来比较各种泵性能的一个共同标准，一般略去不写。,将模型泵的Hm1m，Qm0.075m3/s代入上式，得：,2.比转数的计算,3.对比转数的讨论,（1）虽然实际的比转数(ns)是模型泵的转数，但它包含了实际泵的参数，所以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）可用比转数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)和内径(D1)与叶槽宽度(b2)。,3.对比转数的讨论,（3）ns不同，反映水泵特性曲线的形状也不同。为分析水泵性能随比转数变化关系，将叶片泵的性能曲线用相对性能曲线表示。,不同ns叶片泵的相对曲线,3.对比转数的讨论,不同ns叶片泵的相对曲线,不同ns叶片泵的相对曲线,ns越小：Q-H曲线：越平坦；Q-N曲线：Q0时的N值越小；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；Q-曲线：在最高效率点两侧下降得也越和缓。ns越大：Q-H曲线：越陡；Q-N曲线：Q0时的N值越大；Q-曲线：最高效率点两侧下降得越急剧；这种泵不宜在水位变幅大的场合下工作。,结论：,1.调速途径（1）电机转速不变，通过附加装置改变水泵转速。采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调速，可使电动机空载(或轻载)启动，但是热能损耗多。（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，串联调速以及变频调速等多种。,2.8.4调速途径及调速范围,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。可以通过启停定速泵台数来进行大调，利用调速泵来进行细调。（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,问题的提出：水泵基本方程式：HTU2C2U/g，又U2=R2=R22n。转速n改变水泵性能改变；水泵叶轮外径R2改变性能改变改变水泵特性曲线改变工况点。通过改变叶轮外径的方法用于工况点调节的方法，叫做“切削调节”或“换轮运行”或“变径调节”。优点：简便易行，不增加能量损失；缺点：不灵活、一般用于长期调节。,实践证明，叶轮切削前后几何不相似，不符合相似定律。需找出叶轮切削前后水泵性能参数的关系，这个关系就称之为“切削定律”。切削率的推求条件：(1)切削量较小，切削前后出水角不变，切削前后水泵效率不变；(2)切削前后叶轮出口面积不变，F2=F2。切削以后虽然叶轮外径变小，但叶轮出口厚度增加，所以2R2b2=2R2b2。,切削律,注意：切削律是建于大量试验资料的基础上。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。,切削律的应用,所以，应用切削定律进行切削调节计算的问题也与比例律的应用问题相似。,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: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。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?,切削律的应用,（1）解题方法为“选点、计算、立点、连线”四个步骤。,Q-H,问题（1）,（2）切削抛物线法a.求“切削抛物线”b.求A点坐标：切削抛物线与(Q-H)线的交点A。c.求D2：切削量百分数:,切削抛物线（等效率曲线）,问题（2）,（1）切屑量：切削要限量，叶轮切削不能太大，否则效率降低较多。切削限量与水泵的比转数有关。低比转速切屑后的效率下降不多，可近似认为不变，允许切屑量大些；高比转速相反，切屑量限制在小范围内。叶轮切屑限量表,2.应用切削律注意点,（2）切屑方式：对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。,低比转数离心泵：前后盖板切削量相同；高比转数离心泵：后盖板可以切的大一些；混流泵：不适合切削，必须切削时，只切削前盖板外缘直径。轴流泵：不能切削,2.应用切削律注意点,（3）叶轮切屑后出水舌面的处理叶轮切削后，叶片的出水边就显得比较厚。沿叶片弧面在一定的长度内锉掉一层，则可改善叶轮的工作性能。,2.应用切削律注意点,（4）叶轮切削使水泵的使用范围扩大。,水泵的高效率方框图,当水泵的叶轮逐渐切小时，其高效率区的（Q，H）值，即在面积内ABCD变化。,2.应用切削律注意点,离心泵性能曲线型谱图,为使选泵方便，样本中通常把厂方所生产的某种型号泵的高效率方框图，成系列地绘在同一张坐标纸上，称为性能曲线型谱图。,2.10离心泵并联及串联运行工况,水泵并联多台水泵联合运行，通过联络管共同向一个高地水池或一个城市给水管网送水的水泵工作情况，称做水泵“并联”工作!,水泵串联将水泵串联在一起，第一台泵的压水管与第二台泵的吸水管相接，从而使得水流被串联水泵连续加压，达到所需的高压。,并联工作特点：（1）增加供水量：Q=qi（2）可调节水泵运行数量，达到节能和安全供水；（3）提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。（一台损坏，其他水泵仍可工作，继续供水）串联工作特点：（1）增加总扬程：H=hi（2）一台水泵有问题,其他水泵也不能工作。（3）水泵串联工作可用多级水泵代替工作，所以在工程中很少有水泵串联工作的。,1.水泵并联特性曲线图解法如图，并联工作水泵，其HST相同，如不考虑水头损失，并联水泵的扬程也相同，即：H1=H2=H总Q1+Q2=Q总并联水泵特性曲线可用“横加法”；横加法在相同扬程条件下将流量叠加。,2.10.1并联工作的图解法,Q,0,H,I,II,I+II,H1,H2,H3,QI,QII,QI+II,1.水泵并联特性曲线图解法,2.同型号、同水位的两台水泵并联工作,第一步：绘制两泵并联特性曲线,两台水泵的管路阻抗S、静扬程HST相同，故水从两台泵所获得的能量(扬程)相同，则:,两泵并联后，总流量等于两台泵流量之和，总扬程等于各泵扬程，可按“横加法”绘图。,第二步：绘制管路系统特性曲线两台水泵的静扬程相同，管路中的水头损失也相同，即并联后两台水泵扬程相等，且等于总扬程，则有:,上式为并联后管路系统特性曲线方程，据此可绘制出管路系统特性曲线。,第三步：并联工况点的确定,第四步：单泵单独工作工况点的确定,曲线(Q-H)12与曲线(Q-hAOG)交点M为并联工况点。各单泵的工况点为N：QN=1/2QM、HNHM并联后的总功率：NN1+N2，总效率12,单泵(Q-H)1，2与（Q-hAOG）曲线交于S(Q，H)，该点为水泵单独工作的工况点，QNZD：水泵两个高地水池送水；（2）HBZD：D水池平衡状态水泵C水池送水（3）ZDHBZC：水泵、D水池C水池送水；（4）HBZC：D水池水泵、C水池送水属于水池出流工况；（5）HBZD：水泵向两个高地水池输水,B点测压管水面高度:HB=H0-hABH0：水泵扬程HB：表示流到B点时的剩余能量，即在B点扬程为HB的水泵（假想水泵）向C、D水池送水。,H0,QAB=QBC+QBD,M,QBC,QBD,P,K,HST2,HST1,(Q-h)BC+BD,M,Q,H,h,HB,0,具体求解步骤,若把D水池当做一台水泵（称为D水泵），类似于大小泵并联工作求解，关键是找出D水泵的工作特性曲线(Q-H)D。因D水池是水箱出流，D水泵的工作特性曲线就是一条高度为ZD的水平线。,（2）ZDHBZC：水泵、高水池D并联工作，共同向低水池C输水,Q-H,(Q-H)泵D,（Q-hAB),（Q-hBD),(Q-H),(Q-H)D,H,h,(Q-H)D,Q,Zc,HB,M,QBC,P,QAB,QBD,K,P,H0,（Q-hBC),0,ZD,具体求解步骤,总结,并联工况的计算复杂，主要在于并联各泵