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離心泵并聯及串聯運行工況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=需設計計算由水泵特性曲線查得6a、圖解法---簡明、直觀，工程中應用廣泛（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)特性曲線聯立求解工況點。b、數解法----計算機自動控制特征參數擬合計算或測量10擬合Q-H曲線(1)H——水泵的實際揚程(MPa)；Hx——水泵在Q=0時所產生的虛總揚程(MPa)；hx——相應于流量為Q時，泵體內的虛水頭損失之和。hx=SxQmMPaSx——泵體內虛阻耗系數;m——指數。(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流量的調節(jié)。(1)自動調節(jié)(2)人工調節(jié)調節(jié)工況點的方法：調節(jié)閥門；調節(jié)轉速；調節(jié)葉輪；水泵的聯合運行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（自動調節(jié)）

14優(yōu)點：調節(jié)流量，簡便易行，可連續(xù)變化缺點：關小閥門時增大了流動阻力，額外消耗了部分能量，經濟上不夠合理。H=HST+SQ2，當改變閥門開啟度時，管道阻抗隨之改變QAAHQQBBB1閘閥調節(jié)15例題[例]現有14SA—10型離心泵一臺，轉速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聯立，即可求得其工況點的(Q，H)值。｛18§3.2離心泵裝置調速運行工況調速運行：指水泵在可調速的電機驅動下運行，通過改變轉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，對調速運行工況，將著眼于在城市管網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節(jié)方式。為了對調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用等問題分述于后。19

3.2.１葉輪相似定律

由于水泵內部液體流動的復雜性，單憑借理論不能準確地算出葉片泵的性能。根據流體力學中的相似理論，并運用實驗模擬的手段，可依水泵葉輪在某一轉速下的已知性能換算出它在其它轉速下的性能。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的尺寸成一定比例，所有的對應角相等?，F設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：兩葉輪對應點上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相應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系。24把相似定律應用于以不同轉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比例律在泵站設計與運行中的應用，最常遇到的情形有二種：(1)已知水泵轉速為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?，F問；如果需要水泵在A2點工作，其轉速n2應是多少?(2)已知水泵nl時的(Q—H)l曲線，試用比例律翻畫轉速為n2時的(Q—H)2曲線。3.2.3比例律應用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定速運行與調速運行比較：泵站調速運行的優(yōu)點表現于(1)省電耗(即N’B2＜NB2)。(2)保持管網等壓供水(即HST基本不變)312、比例律應用的數解方法(1)(2)323.2.4相似準數—比轉數(ns)葉片泵的葉輪構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，以利于水泵的設計和生產。Q,H,N,n，D等參數中，轉速或直徑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的函數。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。這時該模型泵的轉數，就叫做與它相似的實際泵的比轉數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，也即水泵的設計工況點。(2)比轉數ns是根據所抽升液體的密度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)比轉數不是無因次數，它的單位是“r／min”。342、對比轉數的討論(1)比轉數(ns)反映實際水泵的主要性能。當轉速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數而變的。用比轉數ns可對葉片泵進行分類。要形成不同比轉數ns，在構造上可改變葉輪的外徑(D2)和減小內徑(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，比轉數低的水泵，采用閉閘起動時，電動機屬于輕載起動，起動電流減?。恍是€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，額定轉速2900r/min，計算其比轉速？（ns=60.5）2、已知某水泵流量為360m3/h，揚程為10m，額定轉速1450r/min，試判別其水泵的類型？（ns=297.6）383.2.5調速途徑及調速范圍1、調速途徑(1)電機轉速不變，通過中間偶合器（變速箱）以達到改變轉速的目的。屬于這種調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，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)電機本身的轉速可變。改變電機定子電壓調速，改變電機定子極數調速，改變電機轉子電阻調速，串級調速以及變頻調速等多種。（變頻電機或變頻水泵）392、在確定水泵調速范圍時，應注意如下幾點：(1)調速水泵安全運行的前提是調速后的轉速不能與其臨界轉速重合、接近或成倍數。(2)水泵的調速一般不輕易地調高轉速。(3)合理配置調速泵與定速泵臺數的比例。(4)水泵調速的合理范圍應使調速泵與定速泵均能運行于各自的高效段內。40本課教學內容基本要求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，數解法求工況點公式。2.離心泵裝置調速運行工況點：相似工況概念，相似律的推導與形式，比例律應用，調速運行節(jié)能意義，葉輪相似準數概念及含義，調速途徑及范圍。

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上。如果葉輪的切削量控制在一定限度內時，則切削前后水泵相應的效率可視為不變。此切削限量與水泵的比轉數有關。423.3.2切削律的應用

1、切削律應用的兩類問題(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AQHQ-HB452、應用切削律注意點(1)切削限量(1)對于不同構造的葉輪切削時，應采取不同的方式。46(3)沿葉片弧面在一定的長度內鏗掉一層，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離心泵并聯及串聯運行工況多臺水泵聯合運行，通過連絡管共同向管網或高地水池輸水的情況，稱為并聯工作。水泵并聯工作特點：(1)增加供水量；(2)通過開停水泵的臺數調節(jié)泵站的流量和揚程，以達到節(jié)能和安全供水；(3)水泵并聯揚水提高泵站運行調度的靈活性和供水的可靠性。503.4.1并聯工作的圖解法Q0H水泵并聯性能曲線的繪制1、同型號的兩臺(或多臺)泵并聯后的總和流量，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結論：(1)N’＞N1,2，因此，在選配電動機時，要根據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55注意：(1)如果所選的水泵是以經常單獨運行為主的，那么，并聯工作時，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常并聯運行的，則應注意到，各泵單獨運行時，相應的流量將會增大，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