泵与风机的运行与调节课件

泵与风机的运行与调节第一节管路性能曲线与工况点内容提要一、管路性能曲线二、泵与风机的工况点第一节管路性能曲线与工况点

泵与风机是装置在管路系统中，与管路共同工作的。因此泵与风机运行时的流量与压头，不仅取决于泵与风机本身的性能，而且与管路性能有关。

一、管路性能曲线

管路性能曲线是管路中通过的流量与所需压头之间的关系曲线。管路及泵的装置见图13-1，对吸入容器液面1-1及压出容器液面2-2列伯努利方程式则第一节管路性能曲线与工况点

式中He－管路所需的总压头；

Hst=(p2/

－p1/

)+(Z2－Z1)，称为管路所需的静压头；

hw－吸水管及压水管的压头损失。

管路所需压头由两部分组成：一部分是静压头Hst，即压出容器测压管压头与吸入容器测压管压头之差，静压头与流量无关。另一部分是压头损失hw,由第八章可知hw=SQ2,其中S是管路阻抗。对管路布置已定且流动处于阻力平方区,S是常数。管路所需压头与流量的关系，用公式表示为

(13-1)

将式(13-1)用曲线表示，就是管路性能曲线。管路性能曲线是二次抛物线，当Q=0时，He=Hst。见图13-2。第一节管路性能曲线与工况点

图13-1泵与管路装置图13-2管路性能曲线如果水泵的吸入容器液面压强及压出容器液面压强皆为大气压，p1=p2=pa。则静压头Hst=z2－z1等于几何高差。第一节管路性能曲线与工况点

对于风机，因气体重度很小，气柱重量可以忽略不计，则Hst=(p2-p1)/

。静压头为压气容器与吸气容器的压头差。如风机从大气中吸气，放气到大气之中，即p2=p1=pa，则Hst=0。管路性能曲线从原点开始。

二、泵与风机的工况点

将泵与风机的性能曲线与管路性能曲线用相同比尺绘在一张图上。两条曲线的交点A就是泵与风机的工况点。A点的流量QA，表明泵或风机的流量与管路的流量相等。A点的压头表明泵或风机提供的压头，等于管路所需要的压头，见图13-3。大多数泵或风机的H-Q性能曲线是平缓下降的曲线，这种情况下的运行工况是稳定的。如泵或风机的流量QB小于管路第一节管路性能曲线与工况点

图13-3泵(风机)的工况点图13-4泵(风机)的不稳定工况

l-泵(风机)性能曲线;1-泵(风机)性能曲线;2-管路性能曲线2-管路性能曲线第一节管路性能曲线与工况点

的流量QA时，机器的压头HB大于管路的压头HA。多余的能量将使流体加速，流量加大，工况点将自动由B移向A。反之，如机器在C点工作，流量大于管路流量，机器的压头小于管路需要的压头，则流体减速，流量减小，工况点将自动由C移向A。可见A点是稳定工况点。有些低比转数泵或风机的H-Q性能曲线呈驼峰形，如图13-4。这样的机器性能曲线有可能与管路性能曲线有两个交点D和E。D点在机器性能曲线的下降段，如上所述是稳定工况点。而E点是不稳定工况点。当机器稍有干扰(如电压波动)，流量向E点增大方向偏离时，机器的压头大于管道所需要的压头，管路中流速加大，流第一节管路性能曲线与工况点

量增加，工况点继续向流量增大方向移动，直至D点为止。当机器向流量减小方向偏离时，工况点就继续向流量减小方向移动，直至流量等于零为止。因此机器一遇干扰，工况点就向右或向左移动，再也不能回到原来位置E点。故E点称为不稳定工况点。

泵或风机具有驼蜂形性能曲线是产生不稳定运行的原因。对于这一类泵或风机应使工况点保持在H-Q曲线的下降段，以保证运行的稳定性。第二节泵或风机的联合运行

内容提要一、泵或风机的并联工作二、泵或风机的串联工作第二节泵或风机的联合运行

两台或两台以上的泵或风机在同一管路系统中工作，称为联合运行。联合运行分为并联和串联两种情况。目的在于增加流量或增加压头。下面分别进行讨论。

一、泵或风机的并联工作多台水泵在同一吸水池吸水，向同一压水管路供水，称为并联，如图13-5(a)。图13-5(b)是两台风机的并联情况。并联工作的特点是各台机器的压头相同，而总流量等于并联后各台机器流量之和。并联常应用于以下情况：

(1)当用户需要流量大，而大流量的泵或风机制造困难或造价太高时；

(2)流量需求变化幅度较大，通过停开机器台数以调节流第二节泵或风机的联合运行

量时；

(3)当有一台机器损坏，仍需保证供水(气)，做为检修及事故备用时。

图13-5并联运行

(a)两台泵的并联；(b)两台风机的并联第二节泵或风机的联合运行(1)两台相同的泵或风机的并联已知一台泵或风机的性能曲线Ⅰ，在相同的压头下使流量加倍，便得到并联机组的性能曲线Ⅱ。与管路性能曲线Ⅲ交于A点。A点就是并联机组的工况点。QA是并联后的流量，HA是并联后的压头，见图13-6。过A点作水平线与单机的性能曲线交于B点，B点是并联机组中一台机器的工况点。压头HB=HA，流量QB=0.5QA。B点对应效率曲线上的

B，就是并联工作时机器的效率。管路性能曲线与单机性能曲线的交点C，是只开一台机器时的工况点。C点对应的流量QC是只开一台机器时的流量。而QC＞QB，可见只开一台机器时流量大于并联机组中一台机器第二节泵或风机的联合运行

的流量。这是因为并联后，管路内总流量加大，水头损失增加，所需压头加大，而泵与风机的性能是压头加大流量减小，所以并联后单台机器的流量减小了。

图13-6并联运行的工况分析第二节泵或风机的联合运行

管路中总流量QA＞QC，并联后总流量比并联前增加了。增加的流量⊿Q=QA－QC＜QC，增加的流量小于系统中一台机器时的流量。也就是说，流量没有增加一倍。

并联机组增加的流量⊿Q与管路性能曲线形状有关。管路性能曲线越平坦(即阻抗S越小)，并联增加的流量越大。因此管路性能曲线很陡时，不宜于采用并联工作。

并联机组增加的流量⊿Q还与泵与风机的性能曲线有关。泵与风机性能曲线越陡(即比转数较大)，并联增加的流量越大，因而越适于并联工作。第二节泵或风机的联合运行(2)多台相同泵或风机的并联多台相同机器并联工作时，工况分析如图13-7。Ⅰ是单机的性能曲线，Ⅱ是两台机器并联时的性能曲线，Ⅲ是三台机器并联时的性能曲线，Ⅳ是管路性能曲线。A、B、C分别是单机、两台并联及三台并联时的工况点。由图可见，随着并联台数增多，每并联上一台机器所增加的流量愈小，因而效果愈差。第二节泵或风机的联合运行

图13-7多台机器并联运行第二节泵或风机的联合运行

图13-8不同性能机器并联的工况分析第二节泵或风机的联合运行(3)不同性能的泵或风机的并联图13-8为两台不同性能机器并联工作时的工况分析。图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别是两台机器的性能曲线，Ⅰ+Ⅱ是并联机组的性能曲线。Ⅲ是管路性能曲线。并联机组性能曲线的画法是在相同压头下，将QⅠ与QⅡ相加而得。管路性能曲线与并联机组性能曲线交于A点，A点是并联工作的工况点，其流量为QA，压头为HA。由A点作水平线交两台机器的性能曲线于B、C两点，B、C就是并联工作时两台机器各自的工况点。流量为QB、QC，压头相等，即HB=HC=HA。总流量为各台机器的流量之和，即QA=QB+QC。第二节泵或风机的联合运行

并联前每台机器各自的工况点是D和E。由图看出，QA＜QD+QE；HA＞HD；HA＞HE。这表明，两台不同性能的机器并联工作的总流量小于并联前各机单独工作的流量之和。其减少的程度与管路性能曲线形状有关，管路性能曲线越陡，总流量越小。

两台性能不同的机器并联时，压头小的机器输出的流量很少。当并联工况点移至F点时，由于机器Ⅰ的压头不能大于HF，因而不能输出流量，此时应停开机器Ⅰ。第二节泵或风机的联合运行

二、泵或风机的串联工作串联工作时，第一台机器的压出口与第二台机器的吸入口相连接。图13-9(a)是两台泵的串联，(b)是两台风机的串联。

图13-9泵与风机的串联工作

泵或风机串联工作的特点是通过各台机器的流量相同，而总压头为串联后各台机器压头的总和。它常用于下述情况：第二节泵或风机的联合运行

(1)一台高压的泵或风机制造困难或造价太高时；

(2)在改建或扩建时，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13-10。图中Ⅰ是一台机器的性能曲线。根据相同流量下压头相加的原理，得到曲线Ⅱ为两台机器串联工作的性能曲线。曲线Ⅲ是管路性能曲线，与串联机组性能曲线交于A点。A点就是串联工作的工况点，流量为QA，压头为HA。由A点做垂直线与单机性能曲线交于B点。B点是串联机组中一台机器的工况点，流量QB=QA，压头HB=0.5HA。单机性能曲线Ⅰ与管路性能曲线Ⅲ的交点C是系统中只有一台机器工作时的工况点。由图可见：QA>QC；HA>HC>HB。第二节泵或风机的联合运行

图13-10串联机组的工况分析第二节泵或风机的联合运行

以上表明，两台机器串联工作时压头增加了，但是没有增加到两倍。增加的压头为ΔH=HA－HC。同时串联后的流量也增加了，这是因为压头加大，使管路中流体速度加大，流量随之增加。泵或风机的性能曲线愈平坦(比转数较小)，串联后增加的压头和流量愈大，愈适于串联工作。性能不同的泵或风机的串联工作，其分析方法与上述情况类似，就不再讨论了。应指出的是，两台泵串联时，后一台泵承受的压力较高，选泵时要注意结构强度。风机串联的特性与泵相同，但因操作上可靠性较差，一般不推荐采用。第三节泵与风机的工况调节

内容提要一、阀门调节二、变速调节三、进口导流器调节四、切削叶轮调节第三节泵与风机的工况调节

如前所述，泵与风机运行时其工况点的工作参数是由泵与风机的性能曲线与管路性能曲线所决定的。但是用户需要的流量经常变化，为了满足这种要求，必须进行调节。工况调节就是用一定方法改变泵或风机的性能曲线及管路的性能曲线，来满足用户流量变化的要求。常用的工况调节方法有以下几种。

一、阀门调节改变管路性能曲线最常用的方法是改变阀门的开度，从而改变管路的阻抗S，使管路性能曲线变陡或变缓，达到调节流量的目的。这种调节方法十分简单，应用甚广。但是由于增加了阀门阻力，故额外增加了水头损失，是不经济的。这种方法常用于频繁的、临时性的调节。第三节泵与风机的工况调节

图13-11中曲线Ⅰ是原来管路性能曲线。阀门关小，阻力增大，管路性能曲线变陡为曲线Ⅱ。曲线Ⅲ是泵或风机的性能曲线不变。工况点由A移到B，相应地流量由QA减至QB。

图13-11阀门调节的工况分析第三节泵与风机的工况调节

由于阀门关小额外增加的水头损失为ΔH=HB-HC。因为原来管路中流量为QB时需要的能头是HC。相应多消耗的功率为ΔN=QB⊿H/B。

应当注意，水泵的调节阀门通常只能装在压水管上。这是因为吸入管上设置调节阀，增加吸入口的真空值，可能引起水泵气蚀。

二、变速调节由相似律可知，改变泵或风机的转速，可以改变泵或风机的性能曲线，从而使工况点移动，流量随之改变。转速改变时泵与风机的性能参数变化如下：第三节泵与风机的工况调节(12-22)

变速调节的工况分析如图13-12。图中曲线Ⅰ为转速为n时泵或风机的性能曲线。曲线Ⅱ为管路性能曲线。两线交点A就是工况点。今欲将工况点调节至管路性能曲线上B点。通过B点的泵或风机性能曲线Ⅲ，转速为n′。转速比n/n′≠QA/QB。因为式(12-22)是相似律，应满足运动相似条件，而A、B两点不是相似工况点，不满足运动相似条件。第三节泵与风机的工况调节

图13-12变速调节工况分析由式(12-22)相似工况点应满足以下关系：得相似工况曲线方程为(13-2)第三节泵与风机的工况调节

将QB及HB代入得K=HB/QB2。则可以绘出通过B点的相似工况曲线Ⅳ。与转速n的性能曲线Ⅰ交于C点。B点与C点是相似工况点，C点又在转速为n的性能曲线上。因此有n/n′=QC/QB。

改变泵或风机转速的方法有以下几种：

(1)改变电机转速用电机拖动的泵或风机，可以在电机的转子电路中串接变阻器来改变电机的转速。这种方法的缺点是必须增加附属设备，且在变速时增加额外的电能消耗。也可以采用可变极数的电机，但这种电机较贵，调速是跳跃式的，调速范围有限，一般只有两种转速。现在多数采用的是无级变频调速方法。

(2)调换皮带轮第三节泵与风机的工况调节

改变风机或电机的皮带轮的大小，可以在一定范围内调节转速。这种办法的优点是不增加额外的能量损失，缺点是调速范围有限，并且要停机换轮。

(3)采用液力联轴器液力联轴器是安装在电机与泵或风机之间的传动设备。它和一般联轴器不同之处在于通过液体(如油)来传递转矩。改变联轴器的进油量，就可以改变传递的转矩，从而在电机转速恒定的情况下，改变泵或风机的转速。在理论上可以用增加转速的办法来提高流量，但是转速增加后，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等问题，所以一般不采用增速方法来调节工况。第三节泵与风机的工况调节

三、进口导流器调节离心式通风机常采用进口导流器进行调节。常用的导流器有轴向导流器与径向导流器，如图13-13。

图13-13进口导流器简图

(a)轴向导流器；(b)径向导流器第三节泵与风机的工况调节

导流器的作用是使气流进入叶轮之前产生预旋。由欧拉方程式得知，p=

(u2cu2-u1cu1)。当导流器全开时，气流无旋进入叶轮，此时cu1=0，所得风压最大。向旋转方向转动导流器叶片，气流产生预旋，使切向分速cu1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。图13-14是采用导流器调节方法的工况分析图。导流叶片角度为0°、30°、60°，风机的性能曲线为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，与管路性能曲线Ⅳ交于A、B、C三点，是三种情祝下的工况点，流量分别为QA、QB、QC。采用导流器的调节方法，增加了进口的撞击损失，从节能角度看，不如变速调节，但比阀门调节消耗功率小，也是一种第三节泵与风机的工况调节

图13-14进口导流器调节比较经济的调节方法。此外，导流器结构比较简单，可用装在外壳上的操作手柄进行调节，可以在不停机的情况下进行，操作方便灵活，这是比变速调节优越之处。第三节泵与风机的工况调节

四、切削叶轮调节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，达到调节的目的。叶轮经过切削与原来叶轮不符合几何相似条件，切削前后性能参数的关系不符合相似律，需重新推导切削律。由于切削量不大，近似认为切削前后的出口安装角

2不变。叶轮直径D2变为D2′，圆周速度u2变为u2′。由于

2不变，速度图相似，满足运动相似条件，见图13-15。叶轮切削前后的速度比为第三节泵与风机的工况调节

图13-15切削叶轮及速度图叶轮切削前后的性能参数之间关系如下，近似认为容积效率相等，即

v≈v′，排挤系数相等≈′，水力效率相等

H≈H′，涡流系数相等K≈K′，则有第三节泵与风机的工况调节

对于低比转数的泵与风机，叶轮切削后出口宽度变化不大，可以近似认为不变，b2≈b2′，则上述关系为

(13-3)

称为第一切削定律。第三节泵与风机的工况调节

对于中高比转数的泵与风机，叶轮切削后可以认为出口面积不变，

D2b2≈D2′b2′，则性能参数关系为

(13-4)

称为第二切削定律。切削叶轮进行调节的工况分析见图13-16。图中曲线Ⅰ是叶轮直径为D2的泵与风机性能曲线，曲线Ⅱ是管路性能曲线，交点A是工况点。欲将工况点调至管路性能曲线B点，通过B点的泵与风机的性能曲线Ⅲ，叶轮直径为D2’。为求出D2’，需找出曲线I上与B点运动相似的工况点,因为切削定律是由运动相似推导出来第三节泵与风机的工况调节

图13-16切削叶轮调节的工况分析的。为此需画出运动相似的切削曲线，由于有两个切削定律，切削曲线也有两条。

第三节泵与风机的工况调节

对于低比转数的泵与风机，由式(13-3)有则

(13-5)

将B点的HB、QB代入计算，得切削曲线是一条直线，见图13-16中曲线Ⅳ，与叶轮切削前的性能曲线Ⅰ交于C点，C点与B点满足运动相似条件。应用第一切削定律，得

(13-6)

对于中高比转数的泵与风机，由式(13-4)，有第三节泵与风机的工况调节

则

(13-7)

将HB、QB代入计算，得切削曲线是一条二次抛物线，见图13-16中曲线Ⅴ，与叶轮切削前的性能曲线Ⅰ交于D点。D点与B点满足运动相似条件，应用第二切削定律，得

(13-8)

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。水泵的最大切削量与比转数ns有关，如表13-1。对于泵，制造厂通常对同一型号的泵，除标准叶轮外，还提供几种经过切削的叶轮供用户选用。如2BA-6型泵，标准叶轮直径为163mm。切削一次2BA-6A型，叶轮直径为148mm。第三节泵与风机的工况调节

叶轮最大切削量表13-1

切削两次2BA-6B型，叶轮直径为132mm，切削后的叶轮仍装于原机壳内，调节时只需换用叶轮即可。切削叶轮的调节方法，不增加额外的能量损失，机器效率下降很少，是一种节能的调节方法。缺点是需要停机换装叶轮，常用于水泵的季节性调节。泵的比转数ns60120200300350350以上允许最大切削量20%15%11%9%7%0效率下降值每切10%下降1%每切4%下降1%第四节离心泵的选择

内容提要一、常用离心泵介绍二、泵的综合性能图三、泵的选择第四节离心泵的选择

一、常用离心泵介绍

(1)单级单吸式离心泵这种泵种类很多，应用广泛。泵轴多与地面平行，称为卧式。流量一般为5.5～300m3/h，扬程为8～150m，有B型、BA型、BZ型等。其型号意义以4BA-12A为例说明之：

4－吸入口直径为4in(100mm)；

BA－单级单吸悬臂式离心清水泵；

12－比转数为120左右；

A－叶轮切削一次。

(2)单级双吸式离心泵这是应用十分广泛的一种泵。流量为90～20000m3/h，扬程为10～100m。有Sh型、SA型、S型等。第四节离心泵的选择

双吸泵的叶轮形状如图13-17(a)所示，相当于两个单吸叶轮并联组成。两面进水，因此流量较大。

图13-17双吸泵与多级泵示意图

(a)双吸泵；(b)多级泵第四节离心泵的选择(3)多级分段泵这种泵是将几个叶轮同时安装在一根轴上串联工作。液体由导流器导向，顺序由前一个叶轮进入后一个叶轮，经过多次加压，所以具有较高的扬程，见图13-17(b)。目前这种泵的扬程可达100～650m，流量为5～720m3/h。型号意义以4DA-8×8为例：

4－吸入口直径为4in；

DA－单吸多级分段式离心清水泵；

8－叶轮比转数为80左右；

8－叶轮级数为8级；以上清水泵皆输送水温80℃以下的清水。第四节离心泵的选择(4)锅炉给水泵锅炉给水泵的作用是向锅炉连续供给具有足够压力和相当高温度的水，按工作压力分为：低压(小于5MPa)；中压(5～10MPa)和高压(10MPa以上)三种。低压和中压锅炉给水泵的水温不超过105～110℃。锅炉给水泵大部分是单吸多级分段卧式离心泵。由于工作压力和温度较高，在构造上需采取一些特殊措施，如轴封装置比较完善，轴承除润滑外还需循环水冷却等。如GC型锅炉给水泵，扬程为46～576m，流量为6～55m3/h，最高水温为110℃。第四节离心泵的选择(5)凝结水泵

DN、SN型泵是输送200℃以下清水的多级泵，D表示单侧进水，S表示双侧进水，N表示凝结水泵。因为凝结水泵抽吸的介质常处于液汽两相的汽化状态，很容易产生气蚀，故对凝结水泵的气蚀性能应予特别注意。

(6)深井泵与潜水泵这两种泵是用来抽升深井地下水的。实际是一种立式单吸多级分段式离心泵。泵体在井下，电机在井上，通过一根很长的轴传动，叫做深井泵(图13-18)。电机和泵连成一体置于井下的叫做潜水泵。第四节离心泵的选择(7)污水泵与杂质泵国产PW型污水泵是卧式单级悬臂式离心泵。它与清水泵不同之处是叶轮的叶片少，流道宽敞，便于输送污水。杂质泵是输送含有杂质的液体如泥浆泵、灰渣泵、砂浆泵等。其特点是叶轮泵体等过流部分采用耐磨材料，泵壳通常有清扫孔，便于检查拆洗。

图13-18深井泵

1-电机;2-轴;3-压水管;4-泵体第四节离心泵的选择

二、泵的综合性能图水泵的综合性能图是将同一型号，不同规格的泵的性能曲线，在高效区(

≥0.9

max)的部分，绘在一张图上，以供选泵之用。附录D是Sh型泵的综合性能图。图中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H-Q曲线，中边及下边是切削一次及切削两次的高效区H-Q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。第四节离心泵的选择

三、泵的选择

选择水泵大致有以下几个步骤：

(1)首先确定用户需要的最大流量，并进行管路水力计算，求出需要的最大扬程。选泵时一般考虑一定的安全值。

Q=(1.05～1.10)Qmax

H=(1.10～1.15)Hmax(13-9)(2)分析水泵的工作条件，如液体的杂质情况、温度、腐蚀性等，及需要的流量和扬程，确定水泵的种类及型式。

(3)利用该种泵的综合性能图，进行初选。确定泵的型号、尺寸及转速。

(4)用该泵的性能曲线，并绘制管路性能曲线，做出工况第四节离心泵的选择

点，进行校核。并定出泵的效率及功率。

(5)选用电机及其他附属设备。

(6)查明允许吸上真空高度或必须气蚀余量，核算水泵的安装高度。第五节离心式风机的选择

内容提要一、常用离心式风机介绍二、通风机的噪音三、风机的选择性能曲线四、风机的选择第五节离心式风机的选择

一、常用离心式风机介绍

(1)一般离心式通风机流量一般为500～22000m3/h，风压为18～400mmH2O。广泛应用于一般厂房通风。型号以4-72-11No.10C右90°为例，说明其意义：

4－风压系数=0.4；

72－比转数ns=72；

1－单侧进风(0为双侧进风)；

1－第一次设计；

No.10－机号，叶轮直径D2=l000mm；

C－传动方式，见附录H；右90°－风机出口方向，见附录I。第五节离心式风机的选择(2)高压离心式通风机流量一般为600～50000m3/h，风压为350～1700mmH2O，可用于一般锻冶炉及强制通风。如8-18-101型。以上通风机输送清洁空气，温度80℃以下。

(3)排尘离心式通风机输送含尘量较大的空气，如7