泵、風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配課件

泵、風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配6.1泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)6.2泵、風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)6.3泵、風(fēng)機(jī)的安裝位置6.4泵、風(fēng)機(jī)的選用6.1泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)6.1.1管網(wǎng)特性曲線1.枝狀管網(wǎng)的阻力特性（1）管段的阻力特性（2）枝狀管網(wǎng)的簡化1）管段串聯(lián)兩個(gè)管路構(gòu)成的回路（或虛擬回路）中，重力作用與輸入的全壓動(dòng)力均為零，則它們處于“水力并聯(lián)”地位，其阻力相等。2）管路“水力并聯(lián)”3）枝狀管網(wǎng)，可經(jīng)過逐次簡化為一個(gè)管路。（3）枝狀管網(wǎng)的阻力特性（4）管網(wǎng)特性曲線

工程背景：

通風(fēng)空調(diào)氣體管網(wǎng)

機(jī)械循環(huán)采暖管網(wǎng)

室外供熱管網(wǎng)

空調(diào)冷凍水管網(wǎng)

空調(diào)冷卻水管網(wǎng)

（4）管網(wǎng)特性曲線（4）管網(wǎng)特性曲線6.1.2管網(wǎng)特性曲線的影響因素影響管網(wǎng)特性曲線的形狀的決定因素是阻抗S

。S值越大，曲線越陡。S=f(l，d，k，

ζ，

)6.1.3管網(wǎng)系統(tǒng)對泵、風(fēng)機(jī)性能的影響產(chǎn)品樣本給出的某種類型、規(guī)格的泵、風(fēng)機(jī)的性能曲線（或性能參數(shù)表），是根據(jù)某種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下測試得到的數(shù)據(jù)整理繪制而成的。在實(shí)際使用中，工作流體的密度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)可能與試驗(yàn)時(shí)不一致，此時(shí)可根據(jù)相似率進(jìn)行性能參數(shù)的換算。由于泵（風(fēng)機(jī)）是在特定管網(wǎng)中工作，其出入口與管網(wǎng)的連接狀況一般與性能試驗(yàn)時(shí)不一致，將導(dǎo)致泵（風(fēng)機(jī)）的性能發(fā)生改變（一般會下降）。稱為“系統(tǒng)效應(yīng)”。

（1）入口系統(tǒng)效應(yīng)（1）入口系統(tǒng)效應(yīng)（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)－系統(tǒng)效應(yīng)管段長度（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)-出口連接彎管（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)-系統(tǒng)效應(yīng)曲線風(fēng)速-100fpm(m/s)6.1.4泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)1.泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)

2.泵、風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū)穩(wěn)定工況3.喘振及其防止方法①應(yīng)盡量避免設(shè)備在非穩(wěn)定區(qū)工作；②采用旁通或放空法；③增速節(jié)流法。

4.系統(tǒng)效應(yīng)對工況點(diǎn)的影響通過選擇合理的進(jìn)出口連接方式，可以減小或消除系統(tǒng)效應(yīng)對泵、風(fēng)機(jī)的性能產(chǎn)生的影響。當(dāng)確實(shí)因?qū)嶋H安裝位置限制等原因?qū)е聼o法避免系統(tǒng)效應(yīng)時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)選用泵（風(fēng)機(jī)）時(shí)將系統(tǒng)效應(yīng)的影響考慮在內(nèi)。

6.1.4管網(wǎng)系統(tǒng)中泵、風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行1.并聯(lián)運(yùn)行分析并聯(lián)時(shí)聯(lián)合運(yùn)行性能曲線的求取方法并聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺機(jī)器的工作點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行的部分機(jī)器停止工作時(shí)的的工作點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)與適應(yīng)性兩臺相同的泵或風(fēng)機(jī)的并聯(lián)

注意：管網(wǎng)特性曲線不一定都是如圖所示。多臺設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行;不同性能設(shè)備并聯(lián)的工況分析多臺設(shè)備并聯(lián)工作的總流量小于并聯(lián)前各設(shè)備單獨(dú)工作的流量之和。并聯(lián)臺數(shù)增多，每并聯(lián)上一臺設(shè)備所增加的流量愈小，效果越差。管網(wǎng)特性曲線越陡，并聯(lián)運(yùn)行流量增加越少。設(shè)備性能曲線越陡，并聯(lián)運(yùn)行流量增加越多。并聯(lián)工作：2.泵或風(fēng)機(jī)的串聯(lián)工作串聯(lián)時(shí)聯(lián)合運(yùn)行性能曲線的求取方法串聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺機(jī)器的工作點(diǎn)串聯(lián)運(yùn)行的部分機(jī)器停止工作時(shí)的的工作點(diǎn)串聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)與適應(yīng)性串聯(lián)工作：串聯(lián)運(yùn)行的總流量和壓頭都比串聯(lián)前高。表面上看，增加壓頭是串聯(lián)的目的。但最終目的還是為了滿足更大的流量需求：流量大，管網(wǎng)的阻力大，需要更大的動(dòng)力。設(shè)備性能曲線越平坦，越適合串聯(lián)工作。一般應(yīng)采用性能相同的泵串聯(lián)工作；一般風(fēng)機(jī)不直接串聯(lián)工作。性能曲線陡降與平緩的水泵并聯(lián)的比較

陡降型并聯(lián)得到的流量增量：Qc-Qa

平緩型并聯(lián)得到的流量增量：Qb-Qa6.2泵、風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)6.2.1調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)特性1.液體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)分析：采用增大阻抗減小流量的代價(jià)。2.氣體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)吸入管閥門調(diào)節(jié)，改變了風(fēng)機(jī)的性能，B點(diǎn)和B‘點(diǎn)比較，功率減小。6.2.2調(diào)節(jié)泵、風(fēng)機(jī)的性能1.變速調(diào)節(jié)雷諾自模區(qū)內(nèi)，同一泵或風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)數(shù)下的流體流動(dòng)是相似的；即泵或風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速時(shí)的性能曲線上存在一一對應(yīng)的相似工況點(diǎn)。在相似工況點(diǎn)之間，存在相似律。

分析：不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從QA調(diào)節(jié)到QB。(a)廣義特性曲線管網(wǎng)的情況（b）狹義特性曲線管網(wǎng)的情況通過以上的分析，可以得出有重要工程意義的結(jié)論：（1）具有狹義管網(wǎng)特性曲線的管網(wǎng)，當(dāng)其特性（總阻抗S）不變時(shí)，泵或風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)是相似工況點(diǎn)，流量比值與轉(zhuǎn)速比值成正比，壓力比值與轉(zhuǎn)速比值平方成正比，功率比值與轉(zhuǎn)速比值三次方成正比。若變轉(zhuǎn)速的同時(shí)，S值也發(fā)生變化，則不同轉(zhuǎn)速的工況不是相似工況，上述關(guān)系不成立；對于具有廣義特性曲線的管網(wǎng)，上述關(guān)系亦不成立。（2）用降低轉(zhuǎn)速來調(diào)小流量，節(jié)能效果非常顯著；用增加轉(zhuǎn)速來增大流量，能耗增加劇烈。在理論上可以用增加轉(zhuǎn)數(shù)的方法來提高流量，但是轉(zhuǎn)數(shù)增加后，使葉輪圓周速度增大，因而可能增大振動(dòng)和噪聲，且可能發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度和電機(jī)超載問題，所以一般不采用增速方法來調(diào)節(jié)工況。實(shí)際應(yīng)用問題：

（1）不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從QA（對應(yīng)轉(zhuǎn)速n），調(diào)節(jié)到QB，轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？解：求流量為QB時(shí)要求的工況點(diǎn)（B點(diǎn)）；過B點(diǎn)作相似工況曲線，與轉(zhuǎn)速為n時(shí)的性能曲線的交點(diǎn)，是B點(diǎn)的相似工況點(diǎn)；在此兩點(diǎn)間依據(jù)相似律求應(yīng)有的轉(zhuǎn)速。（2）轉(zhuǎn)速n時(shí)流量為QA，不改變管網(wǎng)，轉(zhuǎn)速減小為n’，流量為多少？解：實(shí)際是求轉(zhuǎn)速為n‘時(shí)的水泵（風(fēng)機(jī)）性能曲線。復(fù)習(xí)：已知轉(zhuǎn)速n時(shí)水泵的性能曲線，求轉(zhuǎn)速減小為n’時(shí)的性能曲線。解：在轉(zhuǎn)速n的水泵性能曲線上找若干點(diǎn)。利用相似律，求對應(yīng)的相似工況點(diǎn)的性能參數(shù)。改變泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的方法有：

（1）改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。常用：變頻調(diào)節(jié)（2）調(diào)換皮帶輪。（3）采用液力聯(lián)軸器2.進(jìn)口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)3.切削葉輪調(diào)節(jié)泵或風(fēng)機(jī)的葉輪經(jīng)過切削，外徑改變，其性能隨之改變。泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線改變，則工況點(diǎn)移動(dòng)，系統(tǒng)的流量和壓頭改變，達(dá)到節(jié)能的目的。葉輪經(jīng)過切削與原來葉輪不符合幾何相似條件。切削律：應(yīng)用1：已知水泵葉輪外徑D2時(shí)的性能曲線，求D2‘時(shí)的性能。解：在外徑D2時(shí)的性能曲線上選取若干點(diǎn)，應(yīng)用切削律，計(jì)算外徑為D2’時(shí)對應(yīng)的各個(gè)點(diǎn)的參數(shù)值，并連成曲線。應(yīng)用2：已知水泵葉輪外徑D2時(shí)的性能曲線和管網(wǎng)特性曲線，水泵輸出流量是Qa，要求通過改變?nèi)~輪直徑，將流量調(diào)整為Qb，求此時(shí)的直徑D2‘。解：1）找到所要求的新的工況點(diǎn)B；2）過新工況點(diǎn)作切削曲線，找到與外徑D2的水泵性能曲線的交點(diǎn)C（或D）；在B點(diǎn)和C點(diǎn)（或D點(diǎn)）之間利用切削律，求出D2‘。注意：切削會帶來效率下降，對切削量有限制。比轉(zhuǎn)數(shù)越大，允許切削量越小；使用中通常是提供幾套葉輪經(jīng)過切削的葉輪在需要時(shí)進(jìn)行更換?！纠?－1】已知水泵性能曲線如下圖。管路阻抗S＝76000mH2O/(m3/s)2，靜揚(yáng)程Hst＝19m，轉(zhuǎn)速n＝2900r/min。試求：⑴水泵的流量Q、揚(yáng)程H、效率η及軸功率N；⑵用閥門調(diào)節(jié)方法使流量減少25％，求此時(shí)水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和閥門消耗的功率。⑶用變速調(diào)節(jié)方法使流量減少25％，轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)至多少？6.3泵與風(fēng)機(jī)的安裝位置6.3.1水泵的氣穴和氣蝕現(xiàn)象引起原因：水泵內(nèi)部低壓區(qū)，液體汽化。后果：引起局部水錘，破壞水泵葉片。避免氣蝕的技術(shù)原理：使水泵內(nèi)部最低點(diǎn)的壓力高于工作溫度下的汽化壓力，且有一定的富余值。避免氣蝕的技術(shù)手段：控制水泵的距離吸水面安裝高度。6.3.2吸升式水泵的安裝高度在實(shí)際應(yīng)用中，[Hs]的確定應(yīng)注意如下兩點(diǎn)：①當(dāng)泵的流量增加時(shí)，1－1斷面至葉輪進(jìn)口附近的流體流動(dòng)損失和速度頭都增加了，所以[Hs]應(yīng)隨流量增加而有所降低。水泵廠一般在產(chǎn)品樣本中，用Q－Hs曲線來表示該水泵的吸水性能。圖6-3-2為14SA型離心泵的Q－[Hs]曲線。②泵的產(chǎn)品樣本給出的Q－[Hs]曲線是在大氣壓強(qiáng)為10.33mH2O，水溫為20℃的清水條件下試驗(yàn)得出的。當(dāng)泵的使用條件與上述條件不相符時(shí)，應(yīng)對[Hs]值按下式進(jìn)行修正：

[Hs]′=[Hs]-(10.33-ha)+（0.24-hv）圖6-3-214SA型離心泵Q－〔HS〕曲線

【例6-3】12Sh－19A型離心泵，流量為0.22m3/s時(shí)，由水泵樣本中的Q－[Hs]曲線中查得，其允許吸上真空高度[Hs]＝4.5m，泵進(jìn)水口直徑為300mm，從吸水管進(jìn)入口到泵進(jìn)口的水頭損失為1.0m，當(dāng)?shù)睾０螢?000m，水溫為40℃，試計(jì)算其最大允許安裝高度[Hss]?！窘狻坎楸?-3-2當(dāng)海拔為1000m時(shí)，Pa=0.092KPa，則hs＝9.2m；查表6-3-1水溫為40℃時(shí)，Pva=7.5KPa，則hva＝0.75m。根據(jù)（6-3-5）式：[Hs′]＝4.5-(10.33-9.2)-(0.75-.024)=2.86m6.3.3灌注式水泵的安裝高度對于有些軸流泵，或管網(wǎng)系統(tǒng)中輸送的是溫度較高的液體（例如供熱管網(wǎng)、鍋爐給水和蒸汽管網(wǎng)的凝結(jié)水等管網(wǎng)系統(tǒng)，對應(yīng)溫度下的液體汽化壓力較高），或吸液池面壓力低于大氣壓而具有一定的真空度，此時(shí)，葉輪往往需要安裝在最低水面以下，對于這類泵常采用“氣蝕余量”來衡量它們的吸水性能，確定它們的安裝位置。等式左端：實(shí)際氣蝕余量Δh。等式右端：臨界氣蝕余量Δhmin。臨界氣蝕余量Δhmin＋安全余量＝必須氣蝕余量當(dāng)水箱中液面壓強(qiáng)P0等于液體溫度對應(yīng)的飽和汽化壓力Pv時(shí)，則有：實(shí)際吸上真空高度和實(shí)際氣蝕余量之間存在如下聯(lián)系：用允許吸上真空高度和必須氣蝕余量來控制水泵的安裝位置，在本質(zhì)上是一致的。6.3.4泵與管網(wǎng)的連接

1.吸水管路的連接不漏氣、不積氣、不吸氣2.壓出管路的連接止回閥減振：柔性接頭6.3.5風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)的連接

1.風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝置

2.風(fēng)機(jī)出口裝置

采用正確的連接方式，減小“系統(tǒng)效應(yīng)”。6.4泵、風(fēng)機(jī)的選用

【例6-5】某空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要從冷水箱向空氣處理室供水，最低水溫