第十五章 泵与风机运行与调节

1、 fg u g p HzH 2 2 离心泵在特定管路系统中工作时，液体要求泵供离心泵在特定管路系统中工作时，液体要求泵供 给的压头给的压头可由柏努利方程式求得，即可由柏努利方程式求得，即 g p z 0 2 2 g u 上式可简化为上式可简化为 Hst Hf 与管路中液体流量无关，在输液高度与管路中液体流量无关，在输液高度 和压力不变的情况下为一常数，以符和压力不变的情况下为一常数，以符 号号Hst表示。表示。 若贮槽与受槽的截面都很大，该处若贮槽与受槽的截面都很大，该处 流速与管路相比可忽略不计流速与管路相比可忽略不计. . 此式中压头损失为此式中压头损失为 2 8 2 1 2 )()()(

2、)( 522 4 2 QH d ll gd Q gd ll g u d ll f eee 式中式中Q为管路系统的流量，为管路系统的流量，m3/s 对于特定的管路系统，对于特定的管路系统，l l、l le e、d d 均为定值，湍流均为定值，湍流 时摩擦系数的变化也很小，令时摩擦系数的变化也很小，令 S d ll g e )( 52 8 则式（则式（2-142-14）可简化为）可简化为 HstSQ2 上式表明：在特定管路中输送液体时，所需压头上式表明：在特定管路中输送液体时，所需压头 随液体流量随液体流量Q Q的平方而变化，此关系所描绘的的平方而变化，此关系所描绘的 Q Q曲线，称为曲线，称为管

3、路特性曲线管路特性曲线。它表示在特定的管路中。它表示在特定的管路中 ，压头随流量的变化关系。，压头随流量的变化关系。 注意注意：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有 关，而与泵的性能无关。关，而与泵的性能无关。 A Q H 管路的特性曲线管路的特性曲线 泵的特性曲线泵的特性曲线 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线H-QH-Q与其所在管路的特性曲线与其所在管路的特性曲线He-He- QeQe的交点称为泵在该管路的的交点称为泵在该管路的工作点工作点，如图所示。，如图所示。 H=He Q=QeQ或或Qe H-Q M He-Qe H或或He 工作点所对应的流

4、量工作点所对应的流量 与压头既满足管路系统与压头既满足管路系统 的要求，又为离心泵所的要求，又为离心泵所 能提供。能提供。 q工作点所对应的流量工作点所对应的流量Q Q与压头既是管路系与压头既是管路系 统所要求，又是离心泵所能提供的统所要求，又是离心泵所能提供的; ; q若工作点所对应效率是在最高效率区，则该若工作点所对应效率是在最高效率区，则该 工作点是适宜的。工作点是适宜的。 泵的工作点表示泵的工作点表示 在实际工作中，当单台离心泵不能满足输送在实际工作中，当单台离心泵不能满足输送 任务的要求或者为适应生产大幅度变化而动用备任务的要求或者为适应生产大幅度变化而动用备 用泵时，都会遇到泵的并

5、联与串联使用问题。这用泵时，都会遇到泵的并联与串联使用问题。这 里仅讨论二台性能相同泵的并联与串联的操作情里仅讨论二台性能相同泵的并联与串联的操作情 况。况。 联合特性曲线的作法：在每一个压头条联合特性曲线的作法：在每一个压头条 件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增 大一倍而得出。大一倍而得出。 当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并 联操作，以增大流量联操作，以增大流量。 He-Qe 0 H H H并并 QQQ并 并 曲线表示一台泵的特性曲线曲线表示一台泵的特性曲线 曲线曲线表示两台相同的泵并联表示两台相同的泵并联

6、 操作时的联合特性曲线操作时的联合特性曲线 注意：对于同一管路，其并联操作时泵的流量不会增大一注意：对于同一管路，其并联操作时泵的流量不会增大一 倍，如图所示。因为两台泵并联后，流量增大，管路阻力亦倍，如图所示。因为两台泵并联后，流量增大，管路阻力亦 增大。增大。 Q Q并 并 2Q 2Q 当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵 串联使用。串联使用。 两台相同型号的泵串联工作两台相同型号的泵串联工作 时，每台泵的压头和流量也是相时，每台泵的压头和流量也是相 同的。同的。在同样的流量下，串联泵在同样的流量下，串联泵 的压头为单台泵的两

7、倍。的压头为单台泵的两倍。 0 H H H串串 QQQ串 串 联合特性曲线的作法：将单联合特性曲线的作法：将单 台泵的特性曲线的纵坐标加倍台泵的特性曲线的纵坐标加倍 ，横坐标保持不变，可求得两台，横坐标保持不变，可求得两台 泵串联后的联合特性曲线泵串联后的联合特性曲线 ， H H串 串 2H 2H （1 1）确定输送系统的流量与压头）确定输送系统的流量与压头 流量一般为生产任务所规定。流量一般为生产任务所规定。 根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所 需的压头。需的压头。 选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送选择离心泵的基本原则，是

8、以能满足液体输送 的工艺要求为前提的。的工艺要求为前提的。 选择步骤为：选择步骤为： 按被输送液体性质分 水泵 耐腐蚀泵 油泵 杂质泵 单吸泵 双吸泵 按吸入方式分 单级泵 多级泵 按叶轮数目分分 （1）水泵：用于输送工）水泵：用于输送工 业用水，锅炉给水，地业用水，锅炉给水，地 下水及物理、化学性质下水及物理、化学性质 与水相近的清洁液体。与水相近的清洁液体。 （2） 耐腐蚀泵：用于耐腐蚀泵：用于 输送酸、碱、盐等腐蚀输送酸、碱、盐等腐蚀 性液体性液体。 （3） 油泵：用于输送油泵：用于输送 具有易燃易爆的石油化具有易燃易爆的石油化 工产品。工产品。 （4） 杂质泵：用于输杂质泵：用于输 送

9、悬浮液及稠厚的浆液送悬浮液及稠厚的浆液 2. 离心泵的选择离心泵的选择 改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。 调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管 路特性曲线，从而改变泵的工作点。路特性曲线，从而改变泵的工作点。 离心泵的流量调节，通常从两方面考虑：离心泵的流量调节，通常从两方面考虑： 两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。 在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线； 当阀门关小时，管路局

10、部阻力当阀门关小时，管路局部阻力 加大，管路特性曲线变陡，泵的加大，管路特性曲线变陡，泵的 工作点由工作点由M M移到移到M M1 1。流量由。流量由Q QM M减小减小 到到Q QM1 M1。 。 改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方 法来改变管路特性曲线。法来改变管路特性曲线。 M1 M M2 QM1QMQM2 Q或或Qe H或或He H-Q 1 2 当阀门开大时，管路局部阻力当阀门开大时，管路局部阻力 减小，管路特性曲线变得平坦一减小，管路特性曲线变得平坦一 些，工作点移到些，工作点移到M M2 2，流量加大到，流量加大到

11、Q QM2 M2。 。 要把泵的转数提高到要把泵的转数提高到n n1 1，泵，泵 的特性曲线就上移到的特性曲线就上移到n nM1 M1位置， 位置， 工作点由工作点由M M移到移到M M1 1，流量和压头，流量和压头 都相应加大都相应加大; ; 改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲 线不变，而改变泵的特性曲线。线不变，而改变泵的特性曲线。 M1 M M2 Q或或Qe H或或He H-Q He-Qe n1 n n2 若把泵的转数降到若把泵的转数降到n n2 2，泵的特性，泵的特性 曲线就移到曲线就移到n nM2 M2位置，工作点移到

12、 位置，工作点移到 M M2 2，流量和压头都相应地减小。，流量和压头都相应地减小。 车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特 方法。在车床上将泵叶轮的外径车小，这时叶轮直方法。在车床上将泵叶轮的外径车小，这时叶轮直 径、流量、压头和功率之间关系，可按式径、流量、压头和功率之间关系，可按式（2-72-7） 进行计算。进行计算。 采用什么方法来调节流量，关系到能耗问题。采用什么方法来调节流量，关系到能耗问题。 改变阀门开度调节流量改变阀门开度调节流量 方法简便，应用广泛。方法简便，应用广泛。 但关小阀门会使阻力加大，因但关小阀门会使阻力加大，因 而需要多消

13、耗一部分能量以克服附加的阻力，该法不经济而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，该法不经济 的。的。 改变转速调节流量改变转速调节流量 可保持管路特性曲线不变，流量随转速下降而减小，可保持管路特性曲线不变，流量随转速下降而减小， 动力消耗也相应降低，因节能效果显著，但需要变速装动力消耗也相应降低，因节能效果显著，但需要变速装 置，难以做到流量连续调节。置，难以做到流量连续调节。 改变叶轮直径改变叶轮直径 可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直 径减小不当还会降低泵的效率。径减小不当还会降低泵的效率。 在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来

14、在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来 调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑使用调调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑使用调 速的方法。速的方法。 （2 2）选择泵的类型与型号）选择泵的类型与型号 根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型；根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型； 按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号；按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号； 如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的 型号；型号； 如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定；如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定； 按所选定型

15、号，进一步查出其详细性能数据。按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。 （3）校核泵的特性参数）校核泵的特性参数 如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵 的流量与压头及轴功率。的流量与压头及轴功率。 例例2-4 2-4 如附图所示，今有一输送河水的任务，要求如附图所示，今有一输送河水的任务，要求 将某处河水以将某处河水以80m80m3 3/h/h的流量，输送到一高位槽中，已的流量，输送到一高位槽中，已 知高位槽水面高出河面知高位槽水面高出河面10m10m，管路系统的总压头损失，管路系统的总压头损失 为为7mH7mH2 2O O。试选择一

16、适当的离心泵。试选择一适当的离心泵. .并估算由于阀门调并估算由于阀门调 节而多消耗的轴功率。节而多消耗的轴功率。 11 22 10m 解解 根据已知条件，选用清水泵。以河面根据已知条件，选用清水泵。以河面1-1截面为基准面，并截面为基准面，并 取取1-1与与2-2截面列柏努利方程式，则截面列柏努利方程式，则 由于所选泵压头较高，操作时靠关小阀门调节，因此多消耗由于所选泵压头较高，操作时靠关小阀门调节，因此多消耗 功率为：功率为： m HzH fg u g p 1770010 2 2 kWN HQ 838. 0 78. 0102 1000)1720()3600/80( 102 根据流量根据流量

17、Q(80m3/h) 和和H(17m) 可选可选4B20型号的泵。由附录查型号的泵。由附录查 得该泵性能为：得该泵性能为： 流量流量90m3/h；压头；压头20mH2O；轴功率；轴功率6.36kW； 效率效率78% 。 例题：用泵把例题：用泵把2020的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为300 300 l l/ /minmin。高位槽液面比贮罐液面高。高位槽液面比贮罐液面高10m10m。泵吸入管用。泵吸入管用 89894mm4mm的的 无缝钢管，直管长为无缝钢管，直管长为15m15m，管上装有一个底阀，管上装有一个底阀( (可初略地按旋启可初略地按旋启 式止回阀全开时

18、计算式止回阀全开时计算) )、一个标准弯头；泵排出管用、一个标准弯头；泵排出管用 57573.5mm3.5mm的无缝钢管，直管长度为的无缝钢管，直管长度为50m50m，管路上装有一个全开，管路上装有一个全开 的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设 贮罐液面维持恒定。试选择合适的泵。贮罐液面维持恒定。试选择合适的泵。 11 22 10m 7m 7m f upup hgzWgz 2221 2 22 2 11 式中，式中，z1=0, z2=10m, p1=p2, u1 0, u2 0 W=9.8110+hf 局直fff hhh 解

19、：解： 依题意，绘出流程示意图。取截面和基准面，依题意，绘出流程示意图。取截面和基准面， 如图所示。如图所示。在两截面间列柏努利方程，则有在两截面间列柏努利方程，则有 2 2 u d l f h 直 进口段：进口段： 局直（进口段） hhh f d=89-24=81mm, l=15m 5 105 . 6 88097. 0081. 0 1006. 1 4 du e R smu/97. 0 2 4 081. 0601000 300 0037. 0,3 . 0 81 3 . 0 d mm 查图，查图， 得得 =0.029 22 22 eu f u d l f hh 局局 或 进口段的局部阻力：进口段

20、的局部阻力： 底阀：底阀：le=6.3m 弯头：弯头：le=2.73m 进口阻力系数：进口阻力系数： =0.5 kgJ h u d ll f e /28.4 5.0029.0 )( 2 97.0 081.0 )7.23.6(15 2 2 2 （进口段） 局直（出口段） hhh f 2 2 u d l f h 直22 22 eu f u d l f hh 局局 或 d=57-23.5=50mm, l=50m smu/55. 2 2 4 05. 0601000 300 5 105 . 6 88097. 005. 0 1073. 1 4 du e R 006. 0,3 . 0 50 3 . 0 d mm 查图，查图， 得得 =0.0313 出口段：出口段： 出口段的局部阻力：出口段的局部阻力： 全开闸阀：全开闸阀： le=0.33m 全开