水泵與水泵站3運行10學時

第三章離心泵的運行3.1離心泵裝置定速運行工況3.2離心泵裝置調(diào)速運行工況3.3離心泵裝置換輪運行工況3.4離心泵并聯(lián)及串聯(lián)運行工況1§3.1離心泵裝置定速運行工況3.1.1瞬時工況點

水泵瞬時工況點：水泵運行時，某一瞬時的出水流量、揚程、軸功率、效率及吸上真空高度等稱水泵瞬時工況點。

每一臺水泵在一定的轉(zhuǎn)速下，都有它自己固有的特性曲線，此曲線反映了該水泵本身潛在的工作能力，或者說是水泵能夠供給的流量和揚程，那么某一時刻水泵的工況點該怎么確定呢？2決定離心泵工況點的因素水泵本身型號123水泵運行的實際轉(zhuǎn)速管路系統(tǒng)及邊界條件前兩方面通常比較明確，所以我們主要討論管路系統(tǒng)和邊界條件3管道水頭損失特性曲線表示管路中水頭損失與流量之間的關(guān)系。0Q3.1.2管路系統(tǒng)的特性曲線a、管道水頭損失特性曲線4管道系統(tǒng)特性曲線：把水頭損失與凈揚程聯(lián)系起來，曲線上任一點k表示輸送流量為QK的液體至HST的高度所需要的能量為HK?？梢哉J為是需求曲線b、管道系統(tǒng)特性曲線0QQK●HK53.1.3離心泵工況點的確定工況點：離心泵的Q~H曲線與管道系統(tǒng)的特性曲線的交點稱為水泵的工況點。該交點反映了能量的供需平衡供=需設(shè)計計算由水泵特性曲線查得6a、圖解法---簡明、直觀，工程中應(yīng)用廣泛（１）直接法解法：a、繪水泵性能曲線Q～H；

b、繪管道系統(tǒng)特性曲線Q～H需；

C、兩曲線相交點M稱為水泵裝置工況點（工作點），此時，M點對應(yīng)橫坐標QA和縱坐標HA分別為水泵裝置的出水量和揚程。7Q-ΣhMKDHSTHSTQQMHQ-HΣh離心泵裝置的工況點HMK18MHSTQQMHQ-ΣHQ-H（２）折引法離心泵裝置的工況點Q’-H’M1HM9原理：

擬合Q-H曲線，與管道系統(tǒng)特性曲線聯(lián)立求解工況點。b、數(shù)解法----計算機自動控制特征參數(shù)擬合計算或測量10擬合Q-H曲線(1)H——水泵的實際揚程(MPa)；Hx——水泵在Q=0時所產(chǎn)生的虛總揚程(MPa)；hx——相應(yīng)于流量為Q時，泵體內(nèi)的虛水頭損失之和。hx=SxQmMPaSx——泵體內(nèi)虛阻耗系數(shù);m——指數(shù)。(2)113.1.4離心泵工作點的校核離心泵在此工作點工作是否正常，主要從以下幾點進行校核：1、流量和揚程是否滿足使用要求；2、水泵是否在高效區(qū)工作；3、水泵不超載或空載；4、水泵不發(fā)生汽蝕。12

泵的工況點由兩條特性曲線所決定，因而改變其中之一或者同時改變即可實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。(1)自動調(diào)節(jié)(2)人工調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)工況點的方法：調(diào)節(jié)閥門；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；調(diào)節(jié)葉輪；水泵的聯(lián)合運行3.1.5離心泵裝置工況點的改變13水泵的工況點隨水位變動（自動調(diào)節(jié)）

14優(yōu)點：調(diào)節(jié)流量，簡便易行，可連續(xù)變化缺點：關(guān)小閥門時增大了流動阻力，額外消耗了部分能量，經(jīng)濟上不夠合理。H=HST+SQ2，當改變閥門開啟度時，管道阻抗隨之改變QAAHQQBBB1閘閥調(diào)節(jié)15例題[例]現(xiàn)有14SA—10型離心泵一臺，轉(zhuǎn)速n＝1450r／min，葉輪直徑D＝466mm，其Q—H特性曲線如圖2—31所示。試擬合Q—H特性曲線方程。(解]由14SA—10型的Q—H特性曲線上，取包括(Q。，H。)在內(nèi)的任意4點，其值如表2—3所示。上表中H值單位為m，Q值單位為L／s。

型號已知各點的坐標值待計算值HoQoH1Q1H2Q2H3Q3A1A214SA--107207024065340603800．0168-0．0001716圖2-3114SA-10型離心泵的特性曲線

17求解過程為：已知的各坐標值代入方程，可得：288+960A1+317600A2＝26769120+317600A1+108X106A2＝61700將上式化簡后，解得：A1＝0.168；A2＝-0.000117將結(jié)果且A1、A2：值代入(2—62a)式，得出該泵的Q—H特性曲線方程為：H＝72+0.0168Q-0.00017Q2將上式與該水泵裝置的管道特性曲線方程H＝HST+SQ2聯(lián)立，即可求得其工況點的(Q，H)值。｛18§3.2離心泵裝置調(diào)速運行工況調(diào)速運行：指水泵在可調(diào)速的電機驅(qū)動下運行，通過改變轉(zhuǎn)速來改變水泵裝置的工況點。如果說對定速運行工況，考慮的是離心泵在固定的單一轉(zhuǎn)速條件下，如何充分利用其Q-H曲線上的高效工作“段”，那么，對調(diào)速運行工況，將著眼于在城市管網(wǎng)用水量逐時變動的情況下，如何充分利用通過變速而形成的離心泵Q-H曲線的高效工作“區(qū)”。因此，調(diào)速運行大大地擴展了離心泵的有效工作范圍，是泵站運行中十分合理的調(diào)節(jié)方式。為了對調(diào)速運行工況進行討論，下面將對離心泵葉輪的相似律、比例律以及其具體應(yīng)用等問題分述于后。19

3.2.１葉輪相似定律

由于水泵內(nèi)部液體流動的復(fù)雜性，單憑借理論不能準確地算出葉片泵的性能。根據(jù)流體力學中的相似理論，并運用實驗?zāi)M的手段，可依水泵葉輪在某一轉(zhuǎn)速下的已知性能換算出它在其它轉(zhuǎn)速下的性能。水泵葉輪的相似定律是基于幾何相似和運動相似的基礎(chǔ)上的。凡是兩臺水泵能滿足幾何相似和運動相似的條件，稱為工況相似水泵。20

幾何相似：兩個葉輪主要過流部分一切相對應(yīng)的尺寸成一定比例，所有的對應(yīng)角相等?，F(xiàn)設(shè)有兩臺幾何相似水泵的葉輪，一個為實際水泵的葉輪；另一個為模型水泵的葉輪，其符號以下角標m表示。b2、b2m——實際泵與模型泵葉輪的出口寬度；D2、D2m——實際泵與模型泵葉輪的外徑；

λ——比例。21

運動相似的條件是：兩葉輪對應(yīng)點上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相應(yīng)點上水流的速度三角形相似。在幾何相似的前題下，運動相似就是工況相似。22相似速度三角形23葉輪相似定律有三個方面：1、第一相似定律——確定兩臺在相似工況下運行水泵的流量之間的關(guān)系。2、第二相似定律——確定兩臺在相似工況下運行水泵的揚程之間的關(guān)系。3、第三相似定律——確定兩臺在相似工況下運行水泵的軸功率之間的關(guān)系。24把相似定律應(yīng)用于以不同轉(zhuǎn)速運行的同一臺葉片泵，則可得到比例律：3.2.2相似定律的特例——比例律25比例律在泵站設(shè)計與運行中的應(yīng)用，最常遇到的情形有二種：(1)已知水泵轉(zhuǎn)速為nl時的(Q—H)l曲線，但所需的工況點，并不在該特性曲線上，而在坐標點A2(Q2，H2)處。現(xiàn)問；如果需要水泵在A2點工作，其轉(zhuǎn)速n2應(yīng)是多少?(2)已知水泵nl時的(Q—H)l曲線，試用比例律翻畫轉(zhuǎn)速為n2時的(Q—H)2曲線。3.2.3比例律應(yīng)用26相似工況拋物線

工況相似的兩個點（Q,H)n1，(Qm，Hm)n227問題(1)：求“相似工況拋物線”,即求出K值求A點：相似工況拋物線與(Q—H)l線的交點。求n2A1QHQ-HA228(2)在(Q—H)l線上任取a、b、c、d、e、f點；利用比例律求(Q—H)2上的a’、b’、c’、d’、e’、f’……作(Q—H)2曲線。同理可求(Q—N)2曲線。QH(Q-H)1A2abdcef(Q-H)229求(Q—η)2曲線。在利用比例律時，認為相似工況下對應(yīng)點的效率是相等的，將已知圖中a、b、b、d等點的效率點平移即可。30定速運行與調(diào)速運行比較：泵站調(diào)速運行的優(yōu)點表現(xiàn)于(1)省電耗(即N’B2＜NB2)。(2)保持管網(wǎng)等壓供水(即HST基本不變)312、比例律應(yīng)用的數(shù)解方法(1)(2)323.2.4相似準數(shù)—比轉(zhuǎn)數(shù)(ns)葉片泵的葉輪構(gòu)造和水力性能及尺寸大小是多種多樣的，需要一個綜合性的指標，來對葉片泵進行分類和比較，將同類型的泵組成一個系列，以利于水泵的設(shè)計和生產(chǎn)。Q,H,N,n，D等參數(shù)中，轉(zhuǎn)速或直徑D改變，泵的性能曲線將改變，所以這個綜合性指標必然是上述參數(shù)的函數(shù)。１、模型泵：在最高效率下，當有效功率Nu＝735.5W(1HP)，揚程Hm＝1m，流量m3／s。這時該模型泵的轉(zhuǎn)數(shù)，就叫做與它相似的實際泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns。33將模型泵的Hm＝1m，Qm＝0.075m3／s代入注：(1)Q和H是指水泵最高效率時的流量和揚程，也即水泵的設(shè)計工況點。(2)比轉(zhuǎn)數(shù)ns是根據(jù)所抽升液體的密度ρ＝1000kg／m3時得出的。(3)Q和H是指單吸、單級泵的流量和揚程。(4)比轉(zhuǎn)數(shù)不是無因次數(shù)，它的單位是“r／min”。342、對比轉(zhuǎn)數(shù)的討論(1)比轉(zhuǎn)數(shù)(ns)反映實際水泵的主要性能。當轉(zhuǎn)速n一定時，ns越大，水泵的流量越大，揚程越低。ns越小，水泵的流量越小，揚程越高。

35(2)葉片泵葉輪的形狀、尺寸、性能和效率都隨比轉(zhuǎn)數(shù)而變的。用比轉(zhuǎn)數(shù)ns可對葉片泵進行分類。要形成不同比轉(zhuǎn)數(shù)ns，在構(gòu)造上可改變?nèi)~輪的外徑(D2)和減小內(nèi)徑(D0)與葉槽寬度(b2)。36(3)相對性能曲線ns越?。篞—H曲線就越平坦；Q＝0時的N值就越小。因而，比轉(zhuǎn)數(shù)低的水泵，采用閉閘起動時，電動機屬于輕載起動，起動電流減??；效率曲線在最高效率點兩則下降得也越和緩。37例題1、一臺SH型水泵流量為45L/S，揚程為78m，額定轉(zhuǎn)速2900r/min，計算其比轉(zhuǎn)速？（ns=60.5）2、已知某水泵流量為360m3/h，揚程為10m，額定轉(zhuǎn)速1450r/min，試判別其水泵的類型？（ns=297.6）383.2.5調(diào)速途徑及調(diào)速范圍1、調(diào)速途徑(1)電機轉(zhuǎn)速不變，通過中間偶合器（變速箱）以達到改變轉(zhuǎn)速的目的。屬于這種調(diào)速方式的常見有液力偶合器，它是用油作為傳遞力矩的介質(zhì)，是屬于滑差傳動的一種。采用液力偶合器對葉片泵機組可進行無級調(diào)運，可以大量節(jié)約電能，并可使電動機空載(或輕載)啟動，熱能損耗多。(2)電機本身的轉(zhuǎn)速可變。改變電機定子電壓調(diào)速，改變電機定子極數(shù)調(diào)速，改變電機轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速，串級調(diào)速以及變頻調(diào)速等多種。（變頻電機或變頻水泵）392、在確定水泵調(diào)速范圍時，應(yīng)注意如下幾點：(1)調(diào)速水泵安全運行的前提是調(diào)速后的轉(zhuǎn)速不能與其臨界轉(zhuǎn)速重合、接近或成倍數(shù)。(2)水泵的調(diào)速一般不輕易地調(diào)高轉(zhuǎn)速。(3)合理配置調(diào)速泵與定速泵臺數(shù)的比例。(4)水泵調(diào)速的合理范圍應(yīng)使調(diào)速泵與定速泵均能運行于各自的高效段內(nèi)。40本課教學內(nèi)容基本要求1.離心泵裝置定速運行工況：管道特性曲線，圖解法求工況點，數(shù)解法求工況點公式。2.離心泵裝置調(diào)速運行工況點：相似工況概念，相似律的推導與形式，比例律應(yīng)用，調(diào)速運行節(jié)能意義，葉輪相似準數(shù)概念及含義，調(diào)速途徑及范圍。

41§3.3離心泵裝置換輪運行工況（自學）3.3.1切削律

注意：切削律是建于大量感性試驗資料的基礎(chǔ)上。如果葉輪的切削量控制在一定限度內(nèi)時，則切削前后水泵相應(yīng)的效率可視為不變。此切削限量與水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。423.3.2切削律的應(yīng)用

1、切削律應(yīng)用的兩類問題(1)已知葉輪的切削量，求切削前后水泵特性曲線的變化。(2)已知要水泵在B點工作，流量為QB，揚程為HB，B點位于該泵的(Q-H)曲線的下方?，F(xiàn)使用切削方法，使水泵的新持性曲線通過B點，要求：切削后的葉輪直徑D’2是多少?需要切削百分之幾?是否超過切削限量?43(1)解決這一類問題的方法歸納為“選點、計算、立點、連線”四個步驟。QHQ-H124356Q’-H’Q-NQ’-N’Q-ηQ’-η’044(2)求“切削拋物線”求A點坐標：切削拋物線與(Q—H)

線的交點。求D’2：切削量百分數(shù)AQHQ-HB452、應(yīng)用切削律注意點(1)切削限量(1)對于不同構(gòu)造的葉輪切削時，應(yīng)采取不同的方式。46(3)沿葉片弧面在一定的長度內(nèi)鏗掉一層，則可改善葉輪的工作性能。47(4)葉輪切削使水泵的使用范圍擴大。水泵的高效率方框圖48離心泵性能曲線型譜圖49§3.4離心泵并聯(lián)及串聯(lián)運行工況多臺水泵聯(lián)合運行，通過連絡(luò)管共同向管網(wǎng)或高地水池輸水的情況，稱為并聯(lián)工作。水泵并聯(lián)工作特點：(1)增加供水量；(2)通過開停水泵的臺數(shù)調(diào)節(jié)泵站的流量和揚程，以達到節(jié)能和安全供水；(3)水泵并聯(lián)揚水提高泵站運行調(diào)度的靈活性和供水的可靠性。503.4.1并聯(lián)工作的圖解法Q0H水泵并聯(lián)性能曲線的繪制1、同型號的兩臺(或多臺)泵并聯(lián)后的總和流量，將等于某場程下各臺泵流量之和。512、同型號、同水位的兩臺水泵的并聯(lián)工作Q(Q-H)1+2(Q-H)1,2HQ-ΣHMQ1+2Q1,2NHN1,2N’SH’Q’52步驟：(1)繪制兩臺水泵并聯(lián)后的總和(Q-H)l+2曲線(2)繪制管道系統(tǒng)特性曲線,求并聯(lián)工況點M。(3)求每臺泵的工況點NQ(Q-H)1+2(Q-H)1,2HQ-ΣHMQ1+2Q1,2NHN1,2N’SH’Q’53結(jié)論：(1)N’＞N1,2，因此，在選配電動機時，要根據(jù)單條單獨工作的功率來配套。(2)Q’＞Q1,2，2Q’＞Q1+2，即兩臺泵并聯(lián)工作時，其流量不能比單泵工作時成倍增加。Q(Q-H)1+2(Q-H)1,2HQ-ΣHMQ1+2Q1,2NHN1,2N’SH’Q’545臺同型號水泵并聯(lián)55注意：(1)如果所選的水泵是以經(jīng)常單獨運行為主的，那么，并聯(lián)工作時，要考慮到各單泵的流量是會減少的，揚程是會提高的。(2)如果選泵時是著眼于各泵經(jīng)常并聯(lián)運行的，則應(yīng)注意到，各泵單獨運行時，相應(yīng)的流量將會增大，軸功率也會增大。

563、不同型號的2臺水泵在相同水位下的并聯(lián)工作QΣHH(Q-H)Ⅰ(Q-H)ⅡⅡ’Ⅰ’Q-ΣHABQ-ΣHBCQⅡHⅡQⅠ(Q-H)'Ⅰ+ⅡQ-ΣHBDEⅡ’’Ⅰ’’57步驟：(1)繪制兩臺水泵折引至B點的(Q-H)Ⅱ、(Q-H)Ⅰ曲線(2)繪制兩臺水泵折引至B點的(Q-H)’Ⅰ＋Ⅱ曲線(3)繪制BD段管道系統(tǒng)特性曲線,求并聯(lián)工況點E(4)求每臺泵的工況點QΣHH(Q-H)Ⅰ(Q-H)ⅡⅡ’Ⅰ’Q-ΣHABQ-ΣHBCQⅡHⅡQⅠ(Q-H)'Ⅰ+ⅡQ-ΣHBDEⅡ’’Ⅰ’’58并聯(lián)機組的總軸功率及總效率：QΣHH(Q-H)Ⅰ(Q-H)ⅡⅡ’Ⅰ’Q-ΣHABQ-ΣHBCQⅡHⅡQⅠ(Q-H)'Ⅰ+ⅡQ-ΣHBDEⅡ’’Ⅰ