第六章泵与风机的调节与运行

1、第六章 泵与风机的调节与运行,第一节 管路性能曲线和泵与风机工作点 第二节 泵与风机的调节 第四节 液力偶合器 第五节 泵与风机的联合运行 第六节 泵与风机的启动、运行和维护 第七节 泵与风机的不稳定工况,第一节 管路性能曲线和泵与风机的工作点,泵与风机的性能曲线，只能说明泵与风机自身的性能，但泵与风机在管路中工作时，不仅取决于其本身的性能，而且还取决于管路系统的性能，即管路特性曲线。由这两条曲线的交点来决定泵与风机在管路系统中的运行工况。,管路性能曲线表明：对一定的管路系统来说，通过的流量越多，需要外界提供的能量越大；管路性能曲线的形状、位置取决于管路装置、流体性质和流动阻力。,图6-1 管

2、路性能曲线,M点为能量供需平衡点。 A点：HAHA，多余的能量必使管内流体加速，流量增大，直到移至M点。 B点：HBHB，能量供不应求，使流量减少，工作点向M点移动。,图6-2 泵的工作点,图6-4 泵与风机的不稳定工作区,驼峰状性能曲线与管路性能曲线交点可能有两个，其中在泵与风机性能曲线的下降段的交点为稳定工作点。 为什么K点不稳定？,思考：某台可变速运行的离心泵在转速n0下的运行工况点为M (qVM，pM )，如下图所示。当降转速后，流量减小到qVA，试定性确定这时的转速。,第二节 泵与风机的调节,所谓调节，就是在运行中按照客观要求，用人为的方法改变工作点的位置。 方法：分别或同时改变这两

3、条性能曲线使工作点位置改变。,一、节流调节 节流调节是通过改变管路系统调节阀的开度，使管路曲线形状发生变化来实现工作位置点的改变。节流调节分出口端节流调节和入口端节流调节两种方法。,1、出口端节流调节 多余的能量H完全消耗在调节阀的节流损失上。 应用在离心泵，调节简单可靠。,2、入口端节流调节 主要用于风机上，它是通过改变入口挡板开度来调节流量。 H1 H2， 入口挡板调节比出口节流调节损失小，运行经济性要好一些。 但是，对于水泵来说，不可采用入口端节流调节。,二、入口导流器调节 入口导流器调节是离心风机广泛采用的一种调节方式，通过改变入口导流器的装置角使风机性能曲线改变来实现调节。导流器全开

4、时，导流器的叶片角为0o，气流沿径向进入叶轮。,图6-7 叶轮入口速度三角形,图6-7 入口导流器调节性能曲线,由于进口导流叶片既是风机的组成部分，又属于整个管路系统，因此进口导流器的调节既改变了风机性能曲线，也使管路性能曲线发生变化。当风机导流叶片角度分别为0o、30o、60o时，风机的工作点分别为1、2、3。,轴向导流器,径向导流器,三、旁通调节 旁通调节是在泵或风机的出口管路上安装一个带调节阀门的回流管路2，当需要调节输出流量时，通过改变变回流管路2上阀门的开度，从输出流体中引出一部分返回到泵与风机入口，从而在泵与风机运行流量不变的情况下，改变输出流量，达到调节流量的目的。,图610 旁

5、通调节 1压力管路；2回流管路,应用：锅炉给水泵为防止在小流量区可能发生汽蚀二设置再循环管路，进行旁通调节。,四、动叶调节 动叶调节是在泵与风机转速不变的情况下，通过改变动叶片安装角b来改变泵与风机的性能曲线形状、使工作点位置改变，从而实现工况调节的。,改变叶片安装角b ，冲角i和也随之发生变化。从而使扬程（全压）、流量发生变化，以达到工况调节的目的。,图611 动叶可调轴流泵性能曲线,固6-14 动叶可调轴流风机与入口导流器调节的离心风机性能曲线比较,五、液位调节（汽蚀调节） 液位调节就是利用水泵系统中吸水箱内水位的升降来调节流量。由于泵入口液柱（压力）降低，泵内发生汽蚀，使水泵性能曲线突然

6、下降。不同液位高度相应的汽蚀性能曲线与管路性能曲线交点即为一系列工作点。,图614 水泵液位调节,图614 水泵液位调节,（1）汽轮机负载正常，水泵工作点为M； （2）汽轮机负载减小，凝结水量小于水泵流量时，热水井中水位下降，入口压力降低，水泵汽蚀，工作点移至M1； （3）若汽轮机负载继续减小，则工作点移至M2。 所以，不同的倒灌高度对应着不同的工作点，自动达到了调节流量的目的。,说明： （1）采用汽蚀调节对泵的通流部件损坏并不十分严重，而可使泵自动调节流量，减少运行人员，降低水泵耗电约30%40%； （2）在中小型发电厂的凝结水泵上被广泛采用，大型电厂设备安全性非常重要，一般不采用汽蚀调节；

7、 （3）实际工作中，必须比较采用汽蚀调节的经济效益，以及由于汽蚀所增加的检修工作量的相关问题； （4）汽蚀泵的叶轮采用抗汽蚀材料。,六、变速调节 1、变速调节原理及节能效果,A点轴功率,B点轴功率,变速调节节省的功率为,2、变速措施,【例61】在转速n1960r/min时，10SN53型凝结水泵的H1qv1性能曲线绘于右图中。试求当该泵的转速降低到n2900r/min运行时，管路系统中流量减少了多少?管路性能曲线方程式H805300qv2。,解：（1）绘出管路性能曲线； （2）比例定律求H2、qV2； （3）作H2qv2性能曲线，得交点B，求得流量减少16.3。,【例62】某水泵在转速为n11

8、450r/min时的性能曲线和管路性能曲线如图所示，若把流量调节为qv8m3/h，比较采用节流调节和变速调节各自所消耗的功率。假定泵原来效率为65，节流调节后效率为63。,解：,第四节 液力偶合器,液力偶合器又称液力联轴器，主要由泵轮、涡轮、旋转内套、勺管等组成；一般泵轮与涡轮叶片数差14片。,一、液力偶合器传动原理 循环圆：泵轮与涡轮所组成的轴面腔室； 勺管：可以在旋转内套与涡轮间的腔室中移动，以调节循环圆内的工作油量。,图621 液力偶合器速度三角形,由动量矩方程得泵轮作用于工作油的力矩为：,工作油作用于涡轮上的力矩为：,根据流体力学原理，泵轮与涡轮之间的轴向间隙无叶片，所以无粘性流体在旋

9、转方向上的动量矩不变，即 rvu常数。,所以，在忽略各项损失的情况下，可以认为： MP偶合器的输入力矩，即泵轮力矩； MT偶合器的输出力矩，即涡轮力矩。,偶合器的效率为：,设泵轮与涡轮的速比为 i，则 结论：忽略各种损失的情况下，液力偶合器的传动效率等于传动的速比。,速比与滑差率 s 有下列关系： 液力偶合器的速比一般为0.970.98，滑差一般为0.020.03。,根据相似理论，同一系列几何相似的液力偶合器，在相似工况下传递的力矩值，与液体的g、泵轮转速nP的平方和直径D的五次方成正比。,泵轮系数P表示为： P是液力偶合器的重要参数，其值高，说明偶合器的能容高、性能好。,二、液力偶合器的特性

10、 1、偶合器的外特性：是在泵轮转速nP、工作油密度及运动粘性系数不变的条件下，泵轮力矩MP（MT）、效率与速比 i 的函数关系。,图622 液力偶合器的外特性,（2）液力偶合器的效率随着速比 i 的增加而直线上升。 当效率高达A点（i=0.985）后，效率曲线急剧下降到C点（i=0.99）,（3）设计工况点，液力偶合器应具有尽可能大的扭矩，亦就是尽可能大的力矩系数P。,（4）i0 时，扭矩应尽可能地小。它意味着防护性能好、脱离性能好，因空转而损失的发热少。,图624 液力偶合器部分充油时外特性,2、偶合器的充液率 通常外特性是指液力偶合器在全充油量情况下的输出特性曲线。,充油量不同时，所有扭矩

11、曲线都交于 i=1.0这一点。,三、液力偶合器传动的功率损失 通过前面的学习我们知道= i，那么速比较小的情况下，是否偶合器的损失较大呢？,设泵轮功率为 PP，涡轮功率为 PT，则,根据比例定律，得 下标0表示最高效率点,代入，得,结论：（1）i0，制动工况，涡轮静止； （2）i2/3，功率损失最大值时的速比。 （3）i2/3时，虽然传动效率随 i 的降低而下降，但损失功率小于2/3处，原因是泵与风机功率与转速成3次方关系。,所以,四、液力偶合器的特点 1、可以实现无级变速 液力偶合器的调速范围为 i=0.20.98，实际运行中当i qVA2。,（4）管路性能曲线1与并联性能曲线交于B2，与串

12、联性能曲线交于B2，而qVB2 qVB2，即串联工作点B2的流量大于并联工作点B2的流量。,结论：管路系统装置中，若要通过增加泵的台数来增加流量，应该首先考虑管路性能曲线的陡、坦程度，然后选择并联还是串联运行。,【例6-3】两台性能完全相同的20Sh13型离心泵并联运行，该泵的性能曲线及并联工作性能曲线绘于图，试分别求出两台及三台泵并联运行时流量增加的百分数。忽略非共用管段的阻力时，输水管路性能曲线方程式为HC2010qV2（式中qV的单位以m3/s计）。当管路性能曲线方程式为HC20100qV2时（式中qV的单位以m3/s计），其流量增加的百分数又将如何变化?,解：本题采用作图法求解,管路性

13、能曲线DE1与泵性能曲线相交的三个工作点流量为： 一台泵：qV1=730L/s； 两台泵：qV2=1160L/s，159%； 三台泵：qV3=1360L/s，186%；,管路性能曲线DE1与泵性能曲线相交的三个工作点流量为： 一台泵：qV1=450L/s； 两台泵：qV2=520L/s，116%； 三台泵：qV3=540L/s，120%；,M电动机转矩； M0总的阻力矩； Mm由于各种机械摩擦所产生的阻力矩； MF由于流体各种摩阻所产生的阻力矩； M在启动过程中，转子的加速转矩。,ab曲线：总阻力矩随泵转速的变化； ef 曲线：电动机启动转矩曲线； MP：电动机额定转矩。PM,图6-39 泵启

14、动过程中转速与转矩关系,第六节 泵与风机的启动、运行和维护,一、泵与风机的启动特性,图6-39 泵启动过程中转速与转矩关系,结论：为使泵正常启动，应使泵的启动功率为最小，所以离心泵应关闭出口阀启动，而轴流泵则应把入口、出口阀均打开后再启动。,图中MP为电动机额定功率的转矩，曲线的交点A为启动过程的稳定点，若泵的阻力矩过大，转矩平衡点上移，如处于A点，则很可能使电动机过载而损坏。,二、泵的启动、运行维护、停泵及事故处理 1、启动程序 （1）检查：电源、泵与电动机本身、润滑系统等等。 （2）泵在启动前的状态。离心泵泵腔和吸水管内充满水，出口阀关闭。轴流泵泵体浸入水中、将出口阀适当打开。给水泵暖泵完

15、毕。 （3）合闸启动。合闸后不超过24min，转速达到额定转速后，逐渐开启离心泵的出口阀，增加流量，并达到满负荷，而且运行时流量不小于该泵要求的最小流量。,2、正常维护、停泵和事故处理 （1）正常运行与维护：进出口压力、电流电压、轴承温度、振幅等。 （2）停泵。要注意离心泵应关闭出口阀后再停泵，给水泵还需开启暖泵系统使其慢慢地冷却，待泵转子停转后再停拧润滑油系统。 （3）常见事故及其处理方法。,三、风机的启动、运行维护和故障处理 （1）离心风机应关闭进口挡板启动；轴流风机应适当开启挡板启动；若为动叶可调则关闭叶片启动。 （2）高温风机，为预防过载采取加热气体，并随时监测电流确定是否过载。 （3

16、）运行与维护：压力、电流电压、轴承温度、振幅等。 （4）常见事故分性能方面和机械方面。,四、暖泵 1、原因：高温高压给水泵在启动过程中由于高温给水通过，使泵体温度从常温很快升高到100200，这就必然造成了泵体内外和各个部分之间的温差。若没有足够长的传热时间和适当控制温升的措施，必然使泵各处膨胀不均、造成泵体各部分变形、磨损、振动和轴承抱轴等事故。,2、暖泵：在较短的时间内使泵体各处以允许的温升、均匀的膨胀达到进入工作状态前的要求。,3、正暖：一般在冷态下启动时采用，即暖泵水取自除氧器，热水从泵吸入口端暖水管流入泵内，暖泵后从泵出口端流出，然后经暖泵水管放泄到集水箱或地沟，水温较低。,4、倒暖

17、：热态下启动时常采用，倒暖热水取自给水压力母管或另一台泵出口，从给水泵出口端进入泵内，暖泵后经水泵入口流回除氧器，水温较高。倒暖由于暖泵水能回收，因何比较经济。,第七节 泵与风机的不稳定工况,一、风机旋转脱流,1、脱流 当冲角增加到某一个临界值时，流体在叶片凸面的流动遭到破坏，边界层严重分离，阻力大大增加，升力急剧减小，压力迅速下降。这种现象称为脱流或失速。,泵与风机不稳定工况有旋转脱流、喘振、汽蚀等现象。,图641 流体绕流叶型和脱流的产生 （a）零冲角流动；（b）冲角增大，尾部出现脱流；（c）失速,2、旋转脱流 （1）定义：一旦某一个或某些叶片上首先产生了脱流，这个脱流就会在整个叶栅上逐个

18、叶片地传播，称为旋转脱流。,图642 动叶旋转脱流的形成,（2）旋转脱流的传播方向与叶轮转向相反，而传播角速度小于叶轮旋转角速度。,（3）旋转脱流叶片前后压力变化交变应力叶片损坏或共振,二、风机的喘振 当风机处于不稳定工作区运行时，可能会出现流量、全压的大幅度波动，引起风机及管路系统周期性的剧烈振动，并伴随着强烈的噪声，这种现象叫作喘振。,1、喘振发生的过程 节流调节减少风机流量时 临界点KD（管路容量较大，瞬间管内压力风机压力） 流体倒流，管内压力降到小于B点风机工作移至E点 工作点为D点（qVAqVD） 保持流量平衡滑向D点 风机重复EKDBE,2、防止和消除喘振的措施 （1）在风机选型及管路设计时应尽量使工作点避开不稳定区。 （2）设置再循环管或放气阀，使通过风机的流量大于qvk，以防止风机运行落入不稳定区。 （3）设计管路时应避免容积过大的管段，避免促成喘振的客观条件。 （4）采用适当的调节方式，使风机稳定工作区扩大。,风机产生喘振需具备的条件： （1）风机在不稳定工作区运行，且风机工作点落在pqV性能曲线的上升段。 （2）风机的管路系统具有较大容积，并与风机构成一个弹性的空气动力系统。 （3）系统内气流周期性波动频率与风机工