第十五章泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行與調(diào)節(jié)

1、 fg u g p HzH 2 2 離心泵在特定管路系統(tǒng)中工作時(shí)，液體要求泵供離心泵在特定管路系統(tǒng)中工作時(shí)，液體要求泵供 給的壓頭給的壓頭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 上式可簡(jiǎn)化為上式可簡(jiǎn)化為 Hst Hf 與管路中液體流量無關(guān)，在輸液高度與管路中液體流量無關(guān)，在輸液高度 和壓力不變的情況下為一常數(shù)，以符和壓力不變的情況下為一常數(shù)，以符 號(hào)號(hào)Hst表示。表示。 若貯槽與受槽的截面都很大，該處若貯槽與受槽的截面都很大，該處 流速與管路相比可忽略不計(jì)流速與管路相比可忽略不計(jì). . 此式中壓頭損失為此式中壓頭損失為 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為管路系統(tǒng)的流量，為管路系統(tǒng)的流量，m3/s 對(duì)于特定的管路系統(tǒng)，對(duì)于特定的管路系統(tǒng)，l l、l le e、d d 均為定值，湍流均為定值，湍流 時(shí)摩擦系數(shù)的變化也很小，令時(shí)摩擦系數(shù)的變化也很小，令 S d ll g e )( 52 8 則式（則式（2-142-14）可簡(jiǎn)化為）可簡(jiǎn)化為 HstSQ2 上式表明：在特定管路中輸送液體時(shí)，所需壓頭上式表明：在特定管路中輸送液體時(shí)，所需壓頭 隨液體流量隨液體流量Q Q的平方而變化，此關(guān)系所描繪的的平方而變化，此關(guān)系所描繪的 Q Q曲線，稱為曲線，稱為管

3、路特性曲線管路特性曲線。它表示在特定的管路中。它表示在特定的管路中 ，壓頭隨流量的變化關(guān)系。，壓頭隨流量的變化關(guān)系。 注意注意：管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件有：管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件有 關(guān)，而與泵的性能無關(guān)。關(guān)，而與泵的性能無關(guān)。 A Q H 管路的特性曲線管路的特性曲線 泵的特性曲線泵的特性曲線 離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線H-QH-Q與其所在管路的特性曲線與其所在管路的特性曲線He-He- QeQe的交點(diǎn)稱為泵在該管路的的交點(diǎn)稱為泵在該管路的工作點(diǎn)工作點(diǎn)，如圖所示。，如圖所示。 H=He Q=QeQ或或Qe H-Q M He-Qe H或或He 工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流

4、量工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量 與壓頭既滿足管路系統(tǒng)與壓頭既滿足管路系統(tǒng) 的要求，又為離心泵所的要求，又為離心泵所 能提供。能提供。 q工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量Q Q與壓頭既是管路系統(tǒng)與壓頭既是管路系統(tǒng) 所要求，又是離心泵所能提供的所要求，又是離心泵所能提供的; ; q若工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)效率是在最高效率區(qū)，則該若工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)效率是在最高效率區(qū)，則該 工作點(diǎn)是適宜的。工作點(diǎn)是適宜的。 泵的工作點(diǎn)表示泵的工作點(diǎn)表示 在實(shí)際工作中，當(dāng)單臺(tái)離心泵不能滿足輸送在實(shí)際工作中，當(dāng)單臺(tái)離心泵不能滿足輸送 任務(wù)的要求或者為適應(yīng)生產(chǎn)大幅度變化而動(dòng)用備任務(wù)的要求或者為適應(yīng)生產(chǎn)大幅度變化而動(dòng)用備 用泵時(shí)，都會(huì)遇到泵的并

5、聯(lián)與串聯(lián)使用問題。這用泵時(shí)，都會(huì)遇到泵的并聯(lián)與串聯(lián)使用問題。這 里僅討論二臺(tái)性能相同泵的并聯(lián)與串聯(lián)的操作情里僅討論二臺(tái)性能相同泵的并聯(lián)與串聯(lián)的操作情 況。況。 聯(lián)合特性曲線的作法：在每一個(gè)壓頭條件聯(lián)合特性曲線的作法：在每一個(gè)壓頭條件 下，使一臺(tái)泵操作時(shí)的特性曲線上的流量增大下，使一臺(tái)泵操作時(shí)的特性曲線上的流量增大 一倍而得出。一倍而得出。 當(dāng)一臺(tái)泵的流量不夠時(shí)，可以用兩臺(tái)泵并當(dāng)一臺(tái)泵的流量不夠時(shí)，可以用兩臺(tái)泵并 聯(lián)操作，以增大流量聯(lián)操作，以增大流量。 He-Qe 0 H H H并并 QQQ并 并 曲線表示一臺(tái)泵的特性曲線曲線表示一臺(tái)泵的特性曲線 曲線曲線表示兩臺(tái)相同的泵并聯(lián)表示兩臺(tái)相同的泵并聯(lián)

6、 操作時(shí)的聯(lián)合特性曲線操作時(shí)的聯(lián)合特性曲線 注意：對(duì)于同一管路，其并聯(lián)操作時(shí)泵的流量不會(huì)增大一注意：對(duì)于同一管路，其并聯(lián)操作時(shí)泵的流量不會(huì)增大一 倍，如圖所示。因?yàn)閮膳_(tái)泵并聯(lián)后，流量增大，管路阻力亦倍，如圖所示。因?yàn)閮膳_(tái)泵并聯(lián)后，流量增大，管路阻力亦 增大。增大。 Q Q并 并 2Q 2Q 當(dāng)生產(chǎn)上需要利用原有泵提高泵的壓頭時(shí)，可以考慮將泵當(dāng)生產(chǎn)上需要利用原有泵提高泵的壓頭時(shí)，可以考慮將泵 串聯(lián)使用。串聯(lián)使用。 兩臺(tái)相同型號(hào)的泵串聯(lián)工作兩臺(tái)相同型號(hào)的泵串聯(lián)工作 時(shí)，每臺(tái)泵的壓頭和流量也是相時(shí)，每臺(tái)泵的壓頭和流量也是相 同的。同的。在同樣的流量下，串聯(lián)泵在同樣的流量下，串聯(lián)泵 的壓頭為單臺(tái)泵的兩

7、倍。的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍。 0 H H H串串 QQQ串 串 聯(lián)合特性曲線的作法：將單臺(tái)聯(lián)合特性曲線的作法：將單臺(tái) 泵的特性曲線的縱坐標(biāo)加倍，泵的特性曲線的縱坐標(biāo)加倍， 橫坐標(biāo)保持不變，可求得兩臺(tái)泵橫坐標(biāo)保持不變，可求得兩臺(tái)泵 串聯(lián)后的聯(lián)合特性曲線串聯(lián)后的聯(lián)合特性曲線 ， H H串 串 2H 2H （1 1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭 流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定。流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定。 根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程式計(jì)算管路所根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程式計(jì)算管路所 需的壓頭。需的壓頭。 選擇離心泵的基本原則，是以能滿足液體輸送選擇離心泵的基本原則，是

8、以能滿足液體輸送 的工藝要求為前提的。的工藝要求為前提的。 選擇步驟為：選擇步驟為： 按被輸送液體性質(zhì)分 水泵 耐腐蝕泵 油泵 雜質(zhì)泵 單吸泵 雙吸泵 按吸入方式分 單級(jí)泵 多級(jí)泵 按葉輪數(shù)目分分 （1）水泵：用于輸送工）水泵：用于輸送工 業(yè)用水，鍋爐給水，地業(yè)用水，鍋爐給水，地 下水及物理、化學(xué)性質(zhì)下水及物理、化學(xué)性質(zhì) 與水相近的清潔液體。與水相近的清潔液體。 （2） 耐腐蝕泵：用于耐腐蝕泵：用于 輸送酸、堿、鹽等腐蝕輸送酸、堿、鹽等腐蝕 性液體。性液體。 （3） 油泵：用于輸送油泵：用于輸送 具有易燃易爆的石油化具有易燃易爆的石油化 工產(chǎn)品。工產(chǎn)品。 （4） 雜質(zhì)泵：用于輸雜質(zhì)泵：用于輸

9、送懸浮液及稠厚的漿液送懸浮液及稠厚的漿液 改變離心泵的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪外徑，以改變泵的特性曲線。改變離心泵的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪外徑，以改變泵的特性曲線。 調(diào)節(jié)流量實(shí)質(zhì)上就是改變離心泵的特性曲線或管調(diào)節(jié)流量實(shí)質(zhì)上就是改變離心泵的特性曲線或管 路特性曲線，從而改變泵的工作點(diǎn)。路特性曲線，從而改變泵的工作點(diǎn)。 離心泵的流量調(diào)節(jié)，通常從兩方面考慮：離心泵的流量調(diào)節(jié)，通常從兩方面考慮： 兩者均可以改變泵的工作點(diǎn)，以調(diào)節(jié)流量。兩者均可以改變泵的工作點(diǎn)，以調(diào)節(jié)流量。 在排出管線上裝適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥，以改變管路特性曲線；在排出管線上裝適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥，以改變管路特性曲線； 當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，管路局部阻力當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，管路局部阻

10、力 加大，管路特性曲線變陡，泵的加大，管路特性曲線變陡，泵的 工作點(diǎn)由工作點(diǎn)由M M移到移到M M1 1。流量由。流量由Q QM M減小減小 到到Q QM1 M1。 。 改變閥門開度以調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)是用開大或關(guān)小閥門的方改變閥門開度以調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)是用開大或關(guān)小閥門的方 法來改變管路特性曲線。法來改變管路特性曲線。 M1 M M2 QM1QMQM2 Q或或Qe H或或He H-Q 1 2 當(dāng)閥門開大時(shí)，管路局部阻力當(dāng)閥門開大時(shí)，管路局部阻力 減小，管路特性曲線變得平坦一減小，管路特性曲線變得平坦一 些，工作點(diǎn)移到些，工作點(diǎn)移到M M2 2，流量加大到，流量加大到 Q QM2 M2。 。 要把泵

11、的轉(zhuǎn)數(shù)提高到要把泵的轉(zhuǎn)數(shù)提高到n n1 1，泵，泵 的特性曲線就上移到的特性曲線就上移到n nM1 M1位置， 位置， 工作點(diǎn)由工作點(diǎn)由M M移到移到M M1 1，流量和壓頭，流量和壓頭 都相應(yīng)加大都相應(yīng)加大; ; 改變離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)以調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)上是維持管路特性曲改變離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)以調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)上是維持管路特性曲 線不變，而改變泵的特性曲線。線不變，而改變泵的特性曲線。 M1 M M2 Q或或Qe H或或He H-Q He-Qe n1 n n2 若把泵的轉(zhuǎn)數(shù)降到若把泵的轉(zhuǎn)數(shù)降到n n2 2，泵的特性，泵的特性 曲線就移到曲線就移到n nM2 M2位置，工作點(diǎn)移到 位置，工作點(diǎn)移到 M M2

12、2，流量和壓頭都相應(yīng)地減小。，流量和壓頭都相應(yīng)地減小。 車削葉輪的外徑是離心泵調(diào)節(jié)流量的一種獨(dú)特車削葉輪的外徑是離心泵調(diào)節(jié)流量的一種獨(dú)特 方法。在車床上將泵葉輪的外徑車小，這時(shí)葉輪直方法。在車床上將泵葉輪的外徑車小，這時(shí)葉輪直 徑、流量、壓頭和功率之間關(guān)系，可按式（徑、流量、壓頭和功率之間關(guān)系，可按式（2-72-7）進(jìn)）進(jìn) 行計(jì)算。行計(jì)算。 采用什么方法來調(diào)節(jié)流量，關(guān)系到能耗問題。采用什么方法來調(diào)節(jié)流量，關(guān)系到能耗問題。 改變閥門開度調(diào)節(jié)流量改變閥門開度調(diào)節(jié)流量 方法簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。方法簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。 但關(guān)小閥門會(huì)使阻力加大，因但關(guān)小閥門會(huì)使阻力加大，因 而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻

13、力，該法不經(jīng)濟(jì)而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，該法不經(jīng)濟(jì) 的。的。 改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量 可保持管路特性曲線不變，流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，可保持管路特性曲線不變，流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小， 動(dòng)力消耗也相應(yīng)降低，因節(jié)能效果顯著，但需要變速裝置動(dòng)力消耗也相應(yīng)降低，因節(jié)能效果顯著，但需要變速裝置 ，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)。，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)。 改變?nèi)~輪直徑改變?nèi)~輪直徑 可改變泵的特性曲線，但可調(diào)節(jié)流量范圍不大，且直可改變泵的特性曲線，但可調(diào)節(jié)流量范圍不大，且直 徑減小不當(dāng)還會(huì)降低泵的效率。徑減小不當(dāng)還會(huì)降低泵的效率。 在輸送流體量不大的管路中，一般都用閥門來調(diào)在輸送流體量不大的管路中

14、，一般都用閥門來調(diào) 節(jié)流量，只有在輸液量很大的管路才考慮使用調(diào)速節(jié)流量，只有在輸液量很大的管路才考慮使用調(diào)速 的方法。的方法。 （2 2）選擇泵的類型與型號(hào)）選擇泵的類型與型號(hào) 根據(jù)輸送液體性質(zhì)和操作條件確定泵的類型；根據(jù)輸送液體性質(zhì)和操作條件確定泵的類型； 按確定的流量和壓頭從泵樣本產(chǎn)品目錄選出合適的型號(hào)；按確定的流量和壓頭從泵樣本產(chǎn)品目錄選出合適的型號(hào)； 如果沒有適合的型號(hào)，則應(yīng)選定泵的壓頭和流量都稍大的如果沒有適合的型號(hào)，則應(yīng)選定泵的壓頭和流量都稍大的 型號(hào)；型號(hào)； 如果同時(shí)有幾個(gè)型號(hào)適合，則應(yīng)列表比較選定；如果同時(shí)有幾個(gè)型號(hào)適合，則應(yīng)列表比較選定； 按所選定型號(hào)，進(jìn)一步查出其詳細(xì)性能數(shù)

15、據(jù)。按所選定型號(hào)，進(jìn)一步查出其詳細(xì)性能數(shù)據(jù)。 （3）校核泵的特性參數(shù)）校核泵的特性參數(shù) 如果輸送液體的粘度和密度與水相差很大，則應(yīng)核算泵如果輸送液體的粘度和密度與水相差很大，則應(yīng)核算泵 的流量與壓頭及軸功率。的流量與壓頭及軸功率。 例例2-4 2-4 如附圖所示，今有一輸送河水的任務(wù)，要求將如附圖所示，今有一輸送河水的任務(wù)，要求將 某處河水以某處河水以80m80m3 3/h/h的流量，輸送到一高位槽中，已知的流量，輸送到一高位槽中，已知 高位槽水面高出河面高位槽水面高出河面10m10m，管路系統(tǒng)的總壓頭損失為，管路系統(tǒng)的總壓頭損失為 7mH7mH2 2O O。試選擇一適當(dāng)?shù)碾x心泵。試選擇一適當(dāng)

16、的離心泵. .并估算由于閥門調(diào)節(jié)并估算由于閥門調(diào)節(jié) 而多消耗的軸功率。而多消耗的軸功率。 11 22 10m 解解 根據(jù)已知條件，選用清水泵。以河面根據(jù)已知條件，選用清水泵。以河面1-1截面為基準(zhǔn)面，并截面為基準(zhǔn)面，并 取取1-1與與2-2截面列柏努利方程式，則截面列柏努利方程式，則 由于所選泵壓頭較高，操作時(shí)靠關(guān)小閥門調(diào)節(jié)，因此多消耗由于所選泵壓頭較高，操作時(shí)靠關(guān)小閥門調(diào)節(jié)，因此多消耗 功率為：功率為： m HzH fg u g p 1770010 2 2 kWN HQ 838. 0 78. 0102 1000)1720()3600/80( 102 根據(jù)流量根據(jù)流量Q(80m3/h) 和和H

17、(17m) 可選可選4B20型號(hào)的泵。由附錄查型號(hào)的泵。由附錄查 得該泵性能為：得該泵性能為： 流量流量90m3/h；壓頭；壓頭20mH2O；軸功率；軸功率6.36kW； 效率效率78% 。 例題：用泵把例題：用泵把2020的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為300 300 l l/ /minmin。高位槽液面比貯罐液面高。高位槽液面比貯罐液面高10m10m。泵吸入管用。泵吸入管用 89894mm4mm的的 無縫鋼管，直管長(zhǎng)為無縫鋼管，直管長(zhǎng)為15m15m，管上裝有一個(gè)底閥，管上裝有一個(gè)底閥( (可初略地按旋啟可初略地按旋啟 式止回閥全開時(shí)計(jì)算式止回閥全開時(shí)計(jì)算)

18、)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用 57573.5mm3.5mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)度為的無縫鋼管，直管長(zhǎng)度為50m50m，管路上裝有一個(gè)全開，管路上裝有一個(gè)全開 的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設(shè)的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設(shè) 貯罐液面維持恒定。試選擇合適的泵。貯罐液面維持恒定。試選擇合適的泵。 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：解： 依題意，繪出流程示

19、意圖。取截面和基準(zhǔn)面，依題意，繪出流程示意圖。取截面和基準(zhǔn)面， 如圖所示。如圖所示。在兩截面間列柏努利方程，則有在兩截面間列柏努利方程，則有 2 2 u d l f h 直 進(jìn)口段：進(jìn)口段： 局直（進(jìn)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 查圖，查圖， 得得 =0.029 22 22 eu f u d l f hh 局局 或 進(jìn)口段的局部阻力：進(jìn)口段的局部阻力： 底閥：底閥：le=6.3m 彎頭：彎頭：le=2.73m 進(jìn)口阻力系數(shù)：進(jìn)口阻力系數(shù)： =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 （進(jìn)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,