泵、风机与管网的配置

1、第六章第六章泵、风机与管网系统的匹配泵、风机与管网系统的匹配 主要内容：主要内容：6.1 6.1 泵、风机在管网系统中的工作状态点泵、风机在管网系统中的工作状态点管网特性曲线；对泵、风机性能曲线的影响；泵、风机与管网系统匹配的工作状态点；管网系统中泵、风机的联合运行。6.2 6.2 泵、风机的工况调节泵、风机的工况调节调节管网系统性能；调节泵、风机性能。6.3 6.3 泵、风机的安装位置泵、风机的安装位置不同结构形式泵、风机的安装高度；泵与管网的连接；风机的进出口合理布置与连接。6.4 6.4 泵、风机的选用泵、风机的选用常用的泵、风机性能及使用范围；泵、风机的选用原则。 6.1 泵、风机在管

2、网系统中的工作状态点泵、风机在管网系统中的工作状态点6.1.1 管网特性曲线管网特性曲线 1. 枝状管网的阻力特性枝状管网的阻力特性 （1）管段的阻力特性）管段的阻力特性2224224iiiisiiiisiLSALRlvRlP（2）枝状管网的简化）枝状管网的简化 1）管段串联）管段串联2121212121 SSSLLPPP 两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作用两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作用 与输入的全压动力均为零，则它们处于与输入的全压动力均为零，则它们处于 “水力并联水力并联” 地地位，其位，其阻力相等阻力相等。2）管段并联（包括）管段并联（包括“水力并联水力并联”）

3、22122112121 SSSLLLPPn3）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路1V2ABAB3mCCnSSSSSNMMNSSSSS123mn（3）枝状管网的阻力特性）枝状管网的阻力特性2SLP S：管网的总阻抗，与管网的几何尺寸、摩擦阻力系数、局部阻力系数、流体密度有关。（4）管网特性曲线）管网特性曲线所谓管网特性曲线：管网中流所谓管网特性曲线：管网中流体流动所需要的能量与流量之体流动所需要的能量与流量之间的关系。间的关系。2Zo11P1Z22Po212111222)()(SLPPPPgZPgZPPstste（4）管网特性曲线（4）管网特性曲线6.1.2

4、管网特性曲线的影响因素管网特性曲线的影响因素 影响管网特性曲线形状的决定因素是阻抗S 。S值越大，曲线越陡 。1-272m)(kg 24(mkg 24( ARlsARlsiiisMiiiisLiS=f (l，d，k，) 6.1.3 管网系统对泵、风机性能的影响管网系统对泵、风机性能的影响泵、风机的性能曲线：泵、风机的性能曲线： 流量压头曲线 流量功率曲线 流量效率曲线在标准实验状态下在标准实验状态下测试的数据绘制的测试的数据绘制的泵性能测试：GB3216-82风机性能测试：GB1236-856.1.3 管网系统对泵、风机性能的影响管网系统对泵、风机性能的影响 在实际使用中，由于泵、风机是在特定

5、管网中工作，其入口、出口与管网的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵、风机的性能发生改变（一般会下降），这称为 “系统效应系统效应”。 （1）入口系统效应(b) 方形弯管(a)圆形弯管管道长度R(c) 进口风箱（1）入口系统效应（2）出口系统效应）出口系统效应 效应管段长度：效应管段长度： （2）出口系统效应）出口系统效应 效应管段长度：效应管段长度： 长长度度取取dsm5 . 25 .12（2）出口系统效应）出口系统效应 效应管段长度：效应管段长度： 长长度度取取dsm5 . 25 .12n出口连接弯管出口连接弯管（2）出口系统效应）出口系统效应出口连接弯管出口连接弯管6.1.4 泵、风

6、机在管网系统中的工作状态点泵、风机在管网系统中的工作状态点n泵、风机在管网系统中的工作状态点的泵、风机在管网系统中的工作状态点的 概念与求取方法概念与求取方法 2. 泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区2. 泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区 驼峰形性能曲线驼峰形性能曲线 。泵、风机的不稳定工况泵、风机的不稳定工况3. 喘振及其防止方法喘振及其防止方法 提高风机的转速并采用进口节流提高风机的转速并采用进口节流措施改变风机的性能曲线，措施改变风机的性能曲线，增速节流法防止喘振增速节流法防止喘振4. 系统效应对工况点的影响系统效应对

7、工况点的影响n通过选择合理的进出口通过选择合理的进出口连接方式，可以减小或连接方式，可以减小或消除系统效应对泵、风消除系统效应对泵、风机的性能产生的影响。机的性能产生的影响。n当确实因实际安装位置当确实因实际安装位置限制等原因导致无法避限制等原因导致无法避免系统效应时，应在设免系统效应时，应在设计选用泵（风机）时将计选用泵（风机）时将系统效应的影响考虑在系统效应的影响考虑在内。内。 设 计 风 量3 系 统 效 应设计压力低 效 率 下 的实 际 风 量 下 的风 量 损 失 4设 计 风 量 下 系 统 效 应 损 失不 考 虑 系 统 效 应 的 曲 线 A考 虑 系 统 效 应 的 假

8、想 曲 线 B12选 用 的 风 机 曲 线 理 想 的 风 机 压 力 风 量 曲 线 6.1.4 管网系统中泵、风机的联合运行管网系统中泵、风机的联合运行QQQABCHQ1.并联运行分析并联运行分析1. 并联时联合运行性能曲线的求取方法？ 2. 并联运行时每台机器的工作点？ 3. 并联运行的部分机器停止工作时的工 作点？ 4. 并联运行的特点与适应性？考虑：考虑：两台相同的泵或风机的并联两台相同的泵或风机的并联 QQQABCHQ多台设备并联运行多台设备并联运行;不同性能设备并联的工况分析不同性能设备并联的工况分析BAHCQABCHQQEQQD+HFQ12QBAHCQABCHQQEQQD+H

9、FQ12Qn多台设备并联工作的总流量小于并联前各设备单独工作的流量之和。 n并联台数增多，每并联上一台设备所增加的流量愈小，效果越差。 n管网特性曲线越陡，并联运行流量增加越少。 n设备（泵或风机）性能曲线越陡，并联运行流量增加越多。并联工作：并联工作： 性能曲线陡降与平缓的水泵并联的比较性能曲线陡降与平缓的水泵并联的比较陡降型并联得到的流量增量：Qc-Qa平缓型并联得到的流量增量：Qb-Qa2.泵或风机的串联工作泵或风机的串联工作n串联时联合运行性能曲线的求取方法 n串联运行时每台机器的工作点 n串联运行的部分机器停止工作时的工作点 n串联运行的特点与适应性串联工作：n串联运行的总流量和压头

10、都比串联前高。 n表面上看，增加压头是串联的目的。但最终目的还是为了满足更大的流量需求：流量大，管网的阻力大，需要更大的动力。 n设备性能曲线越平坦，越适合串联工作。 n一般应采用性能相同的泵串联工作。 n一般风机不采取直接串联工作。6.2 泵、风机的工况调节泵、风机的工况调节6.2.1 调节管网系统特性调节管网系统特性 1. 液体管网系统特性调节液体管网系统特性调节HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB分析：采用增大阻抗减小流量的代价。BBHQN2. 气体管网系统特性调节气体管网系统特性调节n吸入管阀门调节，改变了风机的性能，B点和B点比较，所需功率减小

11、。HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB6.2.2 调节泵、风机的性能调节泵、风机的性能 1.变速调节变速调节 在雷诺自模区内，同一泵或风机在不同转数下的流体流动是相似的；即泵或风机不同转速时的性能曲线上存在一一对应的相似工况点。在相似工在相似工况点之间，性能参数服从相似律的关系。况点之间，性能参数服从相似律的关系。 322)()()(nnNNnnppnnHHnnQQ2222)(;)()()(QQHHQQPPPPnnQQ22222)()(kQQQHQQHH曲线：变速调节时的相似工况分析：不改变管网，减小转速，将流量从QA调节到QB。(a)广义特性曲线管网的

12、情况 （b）狭义特性曲线管网的情况I0QHHHcIIBACABHBQCQQAIVIIIQ0QBBHAHHBIAQIIIII(IV)AstH通过以上的分析，可以得出有重要工程意义的结论：（1）具有狭义管网特性曲线的管网，当其特性（总阻抗S）不变时，泵或风机在不同转速运行时的工况点是相似工况点，流量比值与转速比值成正比，压力比值与转速比值平方成正比，功率比值与转速比值三次方成正比。若变转速的同时，S值也发生变化，则不同转速的工况不是相似工况，上述关系不成立；对于具有广义特性曲线的管网，上述关系亦不成立。通过以上的分析，可以得出有重要工程意义的结论：（2）用降低转速来调小流量，节能效果非常显著；用增

13、加转速来增大流量，能耗增加剧烈。在理论上可以用增加转数的方法来提高流量，但是转数增加后，使叶轮圆周速度增大，因而可能增大振动和噪声，且可能发生机械强度和电机超载问题，所以一般不采用增速方法来调节工况。改变泵或风机转数的方法有：改变泵或风机转数的方法有： （1）改变电机转数。常用：变频调节）改变电机转数。常用：变频调节 （2）调换皮带轮。）调换皮带轮。 （3）采用液力联轴器）采用液力联轴器2.进口导流器调节进口导流器调节( a )( b )PBQCQAQQCBA导流器的作用是使气流进入叶轮之前产生预旋。当导流器全开时，气流无旋进入叶轮，此时叶轮进口切向速度vu10，所得风压最大。向旋转方向转动导

14、流器叶片，气流产生预旋，使切向分速vu1加大，从而风压降低。导流器叶片转动角度越大，产生预旋越强烈，风压p越低。 3.切削叶轮调节切削叶轮调节n泵或风机的叶轮经过切削，外径改变，其性能随之改变。泵或风机的性能曲线改变，则工况点移动，系统的流量和压头改变，达到节能的目的。 n叶轮经过切削后与原来叶轮不符合几何相似条件。HD222D22cuc22u22CDBA(D )(D )2Q2DDvvvv22222222rruuuu【 例 6 1 】 已 知 水 泵 性 能 曲 线 如 下 图 。 管 路 阻 抗 S 76000mH2O/(m3/s)2，静扬程Hst19m，转速n2900r/min。试求： 水

15、泵的流量Q、扬程H、效率及轴功率N； 用阀门调节方法使流量减少25，求此时水泵的流量、扬程、轴功率和阀门消耗的功率。 用变速调节方法使流量减少25，转速应调至多少？ 02468 10 12Q(10 m /s)162024283236H(m)CADBQ-Q-H70605040 (%)-33实际应用问题：（1）不改变管网，减小转速，将流量从）不改变管网，减小转速，将流量从QA（对应转速（对应转速n），调节到），调节到QB，转速应为多少？，转速应为多少？ 解：1) 求流量为QB时要求的工况点（B点） ； 2) 过B点作相似工况曲线，与转速为n时的泵或风机的性能曲线 的交点，是B点的相似工况点； 3)

16、 在此两点间依据相似律求应有的转速。（2）转速）转速n时流量为时流量为QA，不改变管网，转速减小为，不改变管网，转速减小为n，流量为多少？，流量为多少？ 解：求转速为n时的水泵（风机）性能曲线，其与管网特性曲线的交点即为新的工况点，从而求出新的管网流量。 （3) 已知转速已知转速n时水泵的性能曲线，求转速减小为时水泵的性能曲线，求转速减小为n时的性能曲线？时的性能曲线？ 解：在转速n的水泵性能曲线上找若干点。利用相似律，求对应的相似工况点的性能参数，连接起来可获得新转速下的性能曲线。6.3 泵与风机的安装位置泵与风机的安装位置6.3.1水泵的气穴和气蚀现象水泵的气穴和气蚀现象 - 引起原因：引

17、起原因：水泵内部低压区，液体汽化。水泵内部低压区，液体汽化。 - 后果：后果：引起局部水锤，破坏水泵叶片。引起局部水锤，破坏水泵叶片。 - 避免气蚀的技术原理：避免气蚀的技术原理：使水泵内部最低点的压力高使水泵内部最低点的压力高于工作温度下的汽化压力，且有一定的富余值。于工作温度下的汽化压力，且有一定的富余值。 - 避免气蚀的技术手段：避免气蚀的技术手段：控制水泵的距离吸水面安装控制水泵的距离吸水面安装高度。高度。HssdPa/0P1/Hs绝 对 压 力 零 线d01相 对 压 力 零 线1P /r1P /r0PgvPPk)2(211PPgvPk22116.3.2吸升式水泵的安装高度吸升式水泵

18、的安装高度PgvPPk)2(211ssHH shgvrPZgvrPZ2221112000ssssssshgvHHhgvHrPP2 2212110 221ssssssssH HhgvHHHssdPa/0P1/Hs绝 对 压 力 零 线d01相 对 压 力 零 线1P /r1P /r0在实际应用中，在实际应用中，Hs的确定应注意如下两点：的确定应注意如下两点： 当泵的流量增加时，11断面至叶轮进口附近的流体流动损失和速度头都增加了，所以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。图6-3-2为14SA型离心泵的QHs曲线。 泵的产品样本给出的QHs曲线

19、是在大气压强为10.33mH2O，水温为20的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： Hs =Hs-(10.33-ha)+（0.24-hv） 8400Q(10 m /s)80160240320Hs400Hs(m)-33图图6-3-2 14SA型离心泵型离心泵QHS曲线曲线 【例6-3】 12Sh19A型离心泵，流量为0.22m3/s时，由水泵样本中的QHs曲线中查得，其允许吸上真空高度Hs4.5m，泵进水口直径为300mm，从吸水管进入口到泵进口的水头损失为1.0m，当地海拔为1000m，水温为40，试计算其最大允许安装高度Hss。 【解解】查表查表

20、6-3-2当海拔为当海拔为1000m时，时，Pa=0.092MPa，则，则ha9.2m；查表；查表6-3-1水温为水温为40时，时，Pv=7.5KPa，则，则hv0.75m。根据（。根据（6-3-5）式：）式： Hs4.5-(10.33-9.2)+(0.24-0.75)=2.86m mHmhmgvsmDQvhgvHHsssssss37.1)149.0(86.21;49.02; /11.3)3.0(785.022.04)2(21221216.3.3 灌注式水泵的安装高度灌注式水泵的安装高度 对于有些轴流泵，或管网系统中输送的是温度较高的液体（例如供热管网、锅炉给水和蒸汽管网的凝结水等管网系统，对

21、应温度下的液体汽化压力较高），或吸液池面压力低于大气压而具有一定的真空度，此时，叶轮往往需要安装在最低水面以下，对于这类泵常采用“气蚀余量”来衡量它们的吸水性能，确定它们的安装位置。等式左端：实际气蚀余量h。 等式右端：临界气蚀余量hmin 。 临界气蚀余量hmin安全余量必须气蚀余量 PPgvPV)2(211hrPgvrPv2211sghgvrPHrP22110svghhrPPH0当水箱中液面压强P0等于液体温度对应的饱和汽化压力Pv时，则有：sghhH实际吸上真空高度和实际气蚀余量之间存在如下联系：用允许吸上真空高度和必须气蚀余量来控制水泵的安装位置，在本质上是一致的。 gvPPHhvas

22、2216.3.4 泵与管网的连接泵与管网的连接 1.吸水管路的连接 不漏气、不积气、不吸气 2.压出管路的连接 止回阀 减振：柔性接头6.3.5 风机与管网的连接风机与管网的连接 1. 风机进口装置风机进口装置 2. 风机出口装置风机出口装置 采用正确的连接方式，减小“系统效应”。6.4 泵、风机的选用泵、风机的选用 泵的综合性能图n将同一型号、不同规格的泵的性能曲线，在高效区（0.9max）的部分，绘在一张图上，形成某一类型泵的综合性能图，图中的每一个方框是一种规格泵的高效工作区。其上边是标准叶轮高效区的QH曲线，中边及下边是切削两次的高效区QH曲线（或只有切削一次的下边），两侧边是等效率线。因此方框内的工况点都是高效工况。泵的综合性能图23QH1QH泵的选用原则泵的选用原则n（1）根据输送液体物理化学性质（温度、腐蚀性等）选取适用种类的泵；n（2）泵的流量和扬程能满足使用工况下的要求，并且应有1020的富裕量；n（3）应使工作状态点经常处于较高效率值范围内；n（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。n（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。风机的选用原则风机的选用原则n（1）根据风机输送气体的物理、化学性质的不同