第五章-泵与风机的运行2013.ppt

1,5泵与风机的运行,动力系,泵与风机,2,5泵与风机的运行5.1管路特性曲线及工作点5.2泵与风机的联合工作5.3运行工况的调节5.4泵与风机运行中的主要问题,3,管路特性曲线及工作点,泵管路系统装置,4,管路特性曲线及工作点,连续性方程,Theequalityofmassdischarges,Theequalityofvolumetricdischarges,5,17世纪初，英国年轻科学家哈维（W.Harvey）运用伽利略倡导的定量研究原则，测量出人的心脏每小时泵出约540磅（245Kg）的血，相当于人体重的两倍多，这么多血来自何方流向何方呢？哈维通过实验和逻辑思维否定了统治人类1400多年的陈旧观念，大胆提出从动脉到静脉的血液循环理论，虽然当时还不知道毛细血管的存在。直至45年后从发明的显微镜里首次观察到毛细血管，证实了哈维的理论。血液循环理论是流体连续性原理的胜利，在科学史上有里程碑的意义。,管路特性曲线及工作点,一、管路特性曲线表达式推导,列截面AA及11伯努利方程：,列22及BB面伯努利方程：,上式左端是水泵在运行状态下所提供的总扬程H，右端是水泵装置系统为输送液体所消耗的总扬程，即装置需要扬程，以HC表示。因此：,相减得：,一、管路特性曲线表达式推导,对一定的装置为常数，故有：,这里仅研究定压运行，即pB不变的情况。上式右边前两项与流量qv无关，称其为静压头，用Hst表示。而hw为：,有：,令,式中：,（流体被提升的高度，称净扬程或实际扬程，m）,（输送流体管路系统中的总能头损失，m）,上式便是水泵装置的管路特性（需要扬程）曲线。,一、管路特性曲线表达式推导,水泵的需要扬程曲线是一条抛物线，顶点,结论：,Hst,Ht,O,水泵的管路特性曲线,一、管路特性曲线表达式推导,风机的管路特性曲线是一条抛物线，顶点,结论：,O,风机的管路特性曲线,因为气体密度很小，gHst形成的气柱压力可以忽略，即pt为零，另外在电厂中有。,对于风机：,10,工作点,泵本身的性能曲线与管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，则这两条曲线相交于M点，则M点即泵在管路中的工作点。,在工作点上，泵提供的能量（扬程）等于装置需要的能量（扬程）。,管路特性曲线及工作点,11,某些泵与风机具有驼峰形的性能曲线，若工作点处于泵或风机的上升区段，则为不稳定工作点。若风机工作在不稳定工作点，不仅风机的流量为零，而且可能出现喘振现象。,不稳定工作点,管路特性曲线及工作点,12,5泵与风机的运行5.1管路特性曲线及工作点5.2泵与风机的联合工作5.3运行工况的调节5.4泵与风机运行中的主要问题,13,泵与风机的联合工作,并联工作,串联工作,泵与风机的联合工作,14,泵与风机的并联工作为什么要采用并联方式工作?泵并联后的特性曲线.,泵与风机的联合工作,15,某一用户一天内的流量需求变化,泵与风机的联合工作,16,流量变化范围大；若仅选用一台泵，则该泵须按满足最大流量来选择；由于流量变化，必须对泵运行工况进行调节，将导致效率下降，能量损失。为了保证供水的可靠性，须设置100的备用泵，增加了投资。,泵与风机的联合工作,17,理由一：为了适应外界负荷变化的要求；理由二：当扩建机组时，相应需要的流量增大，而原有的泵与风机仍可以使用；理由三：增加运行的可靠性。,采用并联方式的原因,泵与风机的联合工作,18,泵与风机的联合工作,19,I、II为相同性能泵的性能曲线，重合在一起；III为管路特性曲线；I+II为泵并联工作时的性能曲线；,泵与风机的联合工作,20,M点为并联时的工作点，HM，qvM;B点为并联时单泵的工作点，HB，qvB;C点为未并联工作泵的工作点，Hc，qvc;,21,并联工作的特点,并联工作的特点之一：扬程彼此相等，总流量为每台泵输送流量之和；并联工作的特点之二：并联后的总流量大于一台泵单独工作的流量，而小于单独工作流量的2倍；并联工作的特点之三：并联后的扬程比单泵工作时大。,22,并联工作的特点,并联工作的特点之四：管路特性曲线越平坦，并联后的流量越大；并联工作的特点之五：泵性能曲线越平坦，并联后的流量越小；,23,不同性能泵并联（管路不对称布置）,工作点的确定：,d,c,b,a,A,B,C,D,M,M1,H,qv,qVB,qVA,qVC,qVD,qVM,O,24,泵与风机的串联工作应用场合：（1）增大扬程；（2）提高抗汽蚀能力。,25,串联工作的特点之一：流量彼此相等，扬程为每台泵扬程之和；串联工作的特点之二：串联后的总扬程大于一台泵单独工作的扬程，而小于单独工作扬程的2倍；串联工作的特点之三：串联后的流量比单泵工作时大。,26,相同性能泵联合工作的选择泵的并联与串联工作都能达到增加流量的目的；工作方式的选择主要取决于管路特性曲线的陡坦程度，另外再考虑效率因素；当管路特性曲线平坦时，采用并联方式增大的流量大于串联增大的流量。,不同性能泵串联,工作点的确定：,28,5泵与风机的运行5.1管路特性曲线及工作点5.2泵与风机的联合工作5.3运行工况的调节5.4泵与风机运行中的主要问题,29,外界负荷的变化,工况的变化,流量的变化,工作点位置的变化,性能曲线形状的变化,管路特性曲线改变,泵性能曲线改变,两条曲线同时改变,30,运行工况调节的主要方式节流调节变速调节动叶调节汽蚀调节,31,节流调节,出口节流调节,入口节流调节,仅改变管道特性曲线,同时改变管道特性曲线与泵性能曲线,32,出口节流调节方式,Tank1,Tank2,Pump,33,管道特性曲线方程为静扬程为水头损失系数,34,35,当出水阀门部分关闭时,公式中值是增加?减小?,问题,36,增加减小出口节流调节是通过在管路中增加一个额外的水力阻力来实现的。如果流量不变，则扬程增加。,37,Centrifugalmachinethrottlediagram,随着阀门的关闭，工况点从abc,逐渐向左上方移动。,问题,若阀门完全关闭，那么工况点应在哪一点？,38,随着阀门开度的减小，功率下降；流量减小；效率下降；扬程上升.,39,为节流损失水头。,40,因此功率损失可由下式计算由此可见，调整幅度越大，节流水头损失越大，功率损失也越大.,41,如果上水箱压力增加，则工作点又会发生怎样的变化？,42,Conditionvariationwithpressurep2increase,上水箱压力变化则会使管道特性曲线发生整体平移；压力增加，管道特性曲线向上平移，工作点向左上方移动；压力下降，管道特性曲线向下平移，工作点向右下方移动。,43,出口节流调节方式简评优点:简单可靠，得到广泛使用。缺点:能量损失大，不经济，且只能单向调节。,44,入口端节流通过改变安装在泵或风机进水侧上的阀门的开度来改变输出流量。同时改变了管路特性曲线及泵与风机本身的性能曲线。入口节流能量损失小于出口节流，但易引起汽蚀，因此仅在风机上使用。,Why？,45,入口导流器调节导流器型式,46,导流器调节机理,导流器调节是通过改变泵与风机本身性能曲线来实现的。,47,导流器调节方式比出口节流能节省824的功率。,48,变速调节调节机理:通过转速的改变，来改变泵与风机的性能曲线，使流量、扬程（全压）及功率相应的改变。,或,49,变速调节的方式,汽轮机驱动,定速电动机加液力耦合器驱动,双速电动机,直流电动机,交流变速电动机，变频调节,50,汽轮机驱动,汽轮机被称作工业领域的“原动机”，它能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能，从而驱动给水泵。,背压式汽轮机,51,定速电动机加液力耦合器驱动,液力耦合器以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，又称液力联轴器。液力耦合器(见图)的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上,涡轮装在输出轴上。动力机（内燃机、电动机等）带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。,最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。它的输出扭矩等于输入扭矩减去摩擦力矩，所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。液力耦合器的调整特性：通过改变工作油的油量来实现涡轮转速的调节。,52,双速电动机,双速电机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。双速电机的变速原理是:电机的变速采用改变绕组的连接方式，也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数来改变它的转速。主要是通过以下外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现。1、在定子槽内嵌有两个不同极对数的共有绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数；2、在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组；3、在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的联接。,53,直流电动机,将直流电能转换为机械能的电动机，有如下特点：(一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。(二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。直流电动机有3种调速方法:调节励磁电流、调节电枢端电压和调节串入电枢回路的电阻。调节电枢回路串联电阻的办法比较简便，但能耗较大。,54,交流变速电动机，变频调节,变速原理：,变频调节优点：节能效果明显，易于实现过程自动化。,变频调节缺点：变频调速器的功率不能适应大型火力发电厂主要泵与风机的需要，功率因素也不是非常高，实际中用于中小型泵与风机调节为主。,55,改变动叶安装角调节,调节原理：改变动叶的安装角，改变泵与风机的性能曲线的形状，从而调节了工况点的位置。动叶调节的优点：可在较大的流量范围内保持高效率。动叶调节的缺点：增加了一套较为复杂的动叶调节机构。,56,叶片的切割与加长调节原理：改变转轮叶片的外径，改变泵与风机的性能参数。切割转轮，外径减小，泵与风机的流量、扬程（全压）和功率减少；加长转轮，外径增大，泵与风机的流量、扬程（全压）和功率增加。,57,切割定律,对于低比转速的泵与风机来说，叶轮外径稍有变化，其出口宽度变化不大，甚至可认为不变。,58,对于中、高比转速的泵与风机来说，叶轮外径稍有变化，会使出口宽度增大或减小，且与外径成反比。,59,切割抛物线,低比转速,中、高比转速,切割抛物线的意义：曲线上的点反映了切割前后H与qv的变化关系，只有在同一条切割抛物线的点才满足切割定律。,60,求切割与加长量的步骤,根据新的流量，由管路特性曲线，求相应的扬程。,由新的流量及相应的扬程，求切割比例常数及切割抛物线方程。,绘制切割抛物线，求其与水泵性能曲线的交点。,根据切割定律，求新的叶轮外径大小。,61,62,63,64,汽蚀调节,调节机理：借凝汽器热井水位的变化引起凝结水泵的汽蚀来调节泵的出水量。,应用场合：中小型发电厂中的凝结水泵。,65,5泵与风机的运行5.1管路特性曲线及工作点5.2泵与风机的联合工作5.3运行工况的调节5.4泵与风机运行中的主要问题,66,一、泵与风机的振动（一）流体流动引起的振动1汽蚀2旋转脱流（失速）（1）脱流（失速）（2）旋转脱流（失速）,67,3喘振现象当具有驼峰形流量扬程性能曲线的泵与风机在其曲线上K点以左的范围内工作时，会出现喘振现象（飞动现象）。,防止喘振的措施,选好泵与风机,限制流量范围,改变转速,采用可动叶片调节,合理设计管路布置,68,4压力脉动引发振动是由于非定常流的不稳定性引起的。（二）机械引起的振动1转子质量不平衡2转子中心不正3转子的临界转速（共振转速）4动静部件之间的摩擦5平衡盘设计不良6原动机引起振动,69,二、轴向力、径向力及平衡1轴向力（1）轴向力的组成叶轮两侧的压力差流向改变产生的反冲力转轮的重量(立式泵)（2）轴向力的平衡采用双吸泵或对称排列的方式采用平衡孔和平衡管采用平衡盘或平衡鼓,70,71,72,2径向力（1）径向力的组成偏离设计工况时，叶轮周向压力分布不均匀，产生R；反冲力T（2）径向力的平衡采用双层压水室采用两个压水室相差180布置,73,双层压水室,双压水室180度布置,74,三、此外，还存在汽蚀、噪声、磨损、暖泵等运行问题。,75,三、噪声,风机的消声措施风机在一定工况下运转时，产生强烈噪声，主要包括空气动力性噪声和机械噪声两部分。常使用消声器能有效地控制其噪声。泵的消声措施泵同风机一样，都属于转动机械，只是输送的流体不同而已，所以噪声产生的原因和消除方法基本上与风机相同。,四、磨损,引风机叶轮及外壳的磨损叶轮的磨损常发生在轮盘的中间附近，严重磨损部位在靠近后盘一侧的出口及叶片头部。防止或减少磨损的方法：改进除尘器，提高除尘效率；适当增加叶片厚度，在叶片表面易磨损的部位堆焊硬质合金，把叶片根部加厚加宽；还可用离子喷焊铁铬硼硅，刷耐磨涂料（如石灰粉加水玻璃、辉绿岩粉或硅氟酸钠加水玻璃）；选择合适的叶型，以减少积灰、振动。,灰浆泵和排粉风机的磨损,灰浆泵是用来把灰渣池中的灰浆排到距电厂很远的储灰场去的设备，和排粉风机一样，磨损也极为严重，因此要定期更换叶轮或叶片。目前解决灰浆泵和排粉风机的磨损，主要是采用耐磨的金属材料，另外在叶片表面上堆焊合金钢也可延长寿命。,五、暖泵,高压给水泵无论是冷态或热态启动，在启动前都必须进行暖泵。如果暖泵不充分，将由于热膨胀不均，会使上下壳体出现温差而产生拱背变形，在这种情况下一旦启动给水泵，就可能造成动静部分的严重磨损，使转子的动平衡精度受到破坏，结果必然导致泵的振动，并缩短轴封的使用寿命。,暖泵方式,正暖(低压暖泵)在机组试启动或给水泵修后启动时，顺水流方向暖泵，水由除氧器引来，经吸入管进泵，在高压联通管水阀关闭的条件下，由进水段及出水段下部两个放水阀放水至低位水箱。倒暖(高压暖泵)如给水泵处于热备用状态下启动，逆原水流方向暖泵，从逆止阀出口的水经高压联通管(带节流孔板，节流后压力为0.98MPa)，由出水区下部暖泵管引入泵体内，再从吸入管返回除氧器、也可关闭出水段下部放水阀，打开进水段下部的暖泵管阀排至低位水箱。这两种暖泵方式均可避免泵体下部产生死区，以达到泵体均匀受热的目的。,冷、热态暖泵,泵体温度在55以下为冷态，暖泵时间为1.52h；泵体温度在90以上(如临时故障处理后)为热态，暖泵时问为11.5h。暖泵结束时，泵的吸人口水温与泵体上任一测点的最大温差应小于25。,暖泵的注意事项,不论是哪种形式暖泵，泵在升温过程中严禁盘车，以防转子咬合。暖泵结束时，关闭暖泵放水阀后，如果其他条件具备即可启动。而倒暖时，启动后关闭暖泵放水阀及高压联通管水阀。泵启动后，泵的温升速度应小于1.5/min，若泵升温过快，说明各部分热膨胀可能不均，将造成动静部分的磨损。,六、最小流量,给水泵在小流量下运行时，扬程较大，效率很低，泵的耗功很大一部分转化为热能，使泵内水温升高。经过首级叶轮密封环的泄漏水和经过末级叶轮后的平衡装置的泄漏水，都返回到泵的进口，经摩擦升温，加大给水泵内的水温升高。当水温升高到相应的汽化压力时，易于发生汽蚀，会影响泵的安全，给水泵最小流量为设计流量的1530左右。,83,四、泵的起动及停机（一）泵的起动1泵起动前应首先检查电源。2检查水泵与电动机座螺丝是否拧紧，用手转动联轴器，注意水泵内部是否有摩擦和撞击声，若有则应查明原因及排除，否则不能起动。3检查各轴承润滑是否充分。4检查填料箱的填料压紧情况，其压盖不能太紧或太松。,84,5检查水泵吸水池（或水箱）中水位是否在规定水位上，滤网上有无杂物。6检查水泵出口压力表、入口真空表和连接表的小阀门是否打开，指针是否指在零位，电动机的电流表是否指在零位。7出水管路上的阀门要关闭（若是轴流泵，则要打开）。8打开放气阀，向水泵灌水或用真空泵抽出空气，待水泵放气阀冒水或确认泵室及吸水管中的空气抽尽后，即可关闭放气阀和抽气阀。,85,9合上电动机开关，注意观测电流表指标的起动电流，若起动电流过大，则应停止起动查明原因。10当水泵转速达到额定数值时，若其它情况都一切正常，则慢慢打开出水阀门，之后水泵完成起动过程，进入正常的运行工况。（一）泵的停机离心泵在停机前要先关闭出水阀门；冬季较长时间停泵时，应交泵内的存水放净，以免冻坏水泵。,8