流体力学泵与风机的运行和选型与使用管理

1、LIUTI LIXUE BENG YU FENGJILIUTI LIXUE BENG YU FENGJI 1 第二部分第二部分 泵与风机泵与风机 11 11 泵与风机的运行和选泵与风机的运行和选 型与使用管理型与使用管理 2 【知识点】【知识点】 本章着重介绍泵与风机的管路性能曲线及工作点、泵的 气蚀与安装高度、泵与风机联合运行及工况调节、泵与 风机的选择及其常见故障的分析与排除方法等内容。 【能力目标】【能力目标】 熟知熟知 泵与风机工作点及安装高度的计算方法。 掌握掌握 工况调节的方法，理解并联运行、串联运行的工 况分析；离心式泵与风机常见故障的分析与排除方法。 熟练掌握熟练掌握 泵与风机

2、的选型，以及在选用中的注意事项。 理解理解 水泵、风机的正确使用方法，以及正确的维护管 理方法。 11 泵与风机的运行和选型与使用管理泵与风机的运行和选型与使用管理 3 11.1 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 1 1 11.2 11.2 泵与气蚀与安装高度泵与气蚀与安装高度 2 2 11.3 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行3 3 11.4 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 4 4 11 泵与风机的运行和选型与使用管理泵与风机的运行和选型与使用管理 4 11.5 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 5 5 11.6 11.6 常见故障的分析

3、与排除常见故障的分析与排除 6 6 11 泵与风机的运行和选型与使用管理泵与风机的运行和选型与使用管理 5 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 泵或风机是在一定的管路系统中工作的。泵与风机的 性能曲线在某一转速下，所提供的流量和扬程是对应 的，并有无数组对应值。泵与风机究竟能在性能曲线 上哪一点工作，并非任意，而是取决于所连接的管路 性能。当泵或风机提供的压头与管路所需要的压头得 到平衡时，由此也就确定了泵或风机所提供的流量。 此时，如该流量不能满足设计需要时，就需另选一台 泵或风机，不得已时亦可用调整管路性能来满足需要。 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 6

4、 所谓管路特性曲线是指泵或风机在管路系统中工作时， 其实际扬程（或压头）与实际流量之间的关系曲线。 如图11.1示为一管路系统的示意图，以0-0为基准面， 吸入容器的液面1-1和压出容器液面2-2列能量方程 由图知 则 22 1122 12 22 w pvpv zHzh gg 22 12 0 22 vv gg 21 21 ()() wstw pp HzzhHh 图图11.111.1管路系统与管路系统与 泵的装置示意图泵的装置示意图 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 7 式中 H管路中对应某一流量下所需要的压头（或 称扬程），mH2O； Hst 静压头（或称静扬程），表达式为

5、吸入管路与压出管路的水头损失。 阻力损失取决于管网的阻力特性。由流体力学知： 式中 S管路的阻抗，s2/m5； Q管网的流量，m3/s。 于是有： （式（式11.1） 22 21 ()() st pp Hzz w h 2 w hSQ 2 st HHSQ 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 8 式（11.1）反映了液体管路 系统所需能量与流量的关系， 称为液体管路特性方程。当 静扬程Hst与管路阻抗S一定 时，在以流量Q与扬程H组成 的直角坐标图上，可以得到 如图11.2所示的二次曲线， 称之为管路特性曲线。 由式（11-1）可知，管路特 性阻力系数不同，则管路特 性曲线的形状也

6、不同，也就 是说，管路阻力愈大，即S愈 大，则二次曲线愈陡。如图 11-2所示（S1 S2 S3）。 图图11.2 11.2 离心泵管路特性曲线离心泵管路特性曲线 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 9 对于风机装置，因气体密度（）很小，当风机吸入 口与风管出口高程差不是很大时，气柱重量形成的压 强可忽略，其静扬程可认为等于零。所以，风机管路 特性曲线的函数关系式为： （式11.2） 这是一条通过坐标原点的二次 曲线，管路阻力增大时，管路 特性阻力系数S增大，特性曲 线变陡，反之则平稳些。如 图11.3 所示（ S1 S2 S3）。 2 pSQ 图图11.311.3离心式风机管

7、路特性曲线离心式风机管路特性曲线 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 10 泵或风机与管路系统的合理 匹配是保证管网正常运行的 前提。当泵或风机接入管路 系统，并作为动力源工作时, 泵或风机所提供的扬程或风 压总是与管路系统所需的扬 程或风压相一致,这时泵或 风机的流量就是管路的流量。 图图11.4 11.4 泵或风机的工作点泵或风机的工作点 曲线曲线11泵或风机的性能曲线泵或风机的性能曲线 曲线曲线22管路特性曲线管路特性曲线 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 11 也就是说，将泵或风机的Q-H性能曲线1和其管道Q-H 特性曲线2按相同的比例尺绘制在同一直角

8、坐标系中， 则两曲线的交点就是该泵或风机的工作点。如图11.4 所示，点A即是泵或风机的工作点。在管路系统的特 性曲线上，A点所对应的QA和HA表明管路系统中通 过的流量为QA时所需要的能量为HA；而在泵或风机 的性能曲线上，A点所对应的QA和HA表明选定的泵 或风机可以在流量为QA的条件下，向管路系统提供的 能量为HA。如果A点的参数既能满足工程上提出的要 求，又处在泵或风机的高效率区域范围内，此时泵或 风机与管路系统是匹配的，泵或风机的选择是合理的， 经济的。 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 12 若泵或风机在比A点流量大的C点运行，此时泵或风机 所提供的扬程就小于管路

9、系统所需要的扬程。这时， 流体因能量不足而减速，流量减小，工作点沿泵或风 机特性曲线向A点移动。反之，如在比A点流量小的B 点运行，则泵或风机所提供的扬程就大于管路所需， 造成流体能量过盈而加速，于是流量增加，工作点沿 泵或风机特性曲线向A点移动。可见A点是稳定工作点。 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 13 泵或风机能够在A点稳定运转是因为A点表示的泵或风 机的输出流量刚好等于管道系统所需要的流量。同时， 泵或风机所提供的扬程或风压恰好满足管道在该流量 下所需要的扬程或风压。 图图11.5 11.5 三种不同的三种不同的QHQH曲线曲线 1-1-平坦形平坦形 2-2-陡降形

10、陡降形 3-3-驼峰形驼峰形 图图11.6 11.6 性能曲线驼峰型的运行工况性能曲线驼峰型的运行工况 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 14 一般泵或风机的Q-H性能曲线大致可分为三种类型： （1）平坦形；（）平坦形；（2）陡降形；（）陡降形；（3）驼峰形；）驼峰形；如图 11.5所示，前两种类型的性能曲线与管路性能曲线一 般只有一个交点A（工作点），如图11.4所示，因而 泵或风机能够在该点稳定运转。一旦该点受机械振动 或电压波动所引起流速干扰而发生偏离时，那么，当 干扰过后，会立即恢复到原工作点A运行，所以，称 该点A为稳定的工作点。 有些低比转数泵或风机的性能曲线呈驼

11、峰形，这样的 性能曲线与管路性能曲线有可能出现两个交点D和K， 如图11.6所示，这种情况下，只有D点是稳定工作点， 在K点工作将是不稳定的。 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 15 当泵或风机的工况受机器振动和电压波动而引起转速 变化的干扰时，就会离开K点。此时，K点如向流量增 大方向偏离，则机器所提供的扬程就大于管路所需的 消耗水头，于是管路中流速加大，流量增加，则工况 点沿机器性能曲线继续向流量增大的方向移动，直至 D点为止。当K点向流量小的方向偏离时，K点就会继 续向流量减小的方向移动，直至流量等于零为止。此 刻，如吸水管上未装底阀或止回阀时，流体将发生倒 流。由此可

12、见，工况点在K处是暂时平衡，一旦离开K 点，便难于再返回到原点K了，故称K点为不稳定工作 点。 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 16 驼峰形Q-H性能曲线与管路性能曲线还有可能出现相 切的情况，如图11.7所示。此时如果因为机械振动等 因素干扰使泵或风机的工作点偏离切点M时，无论工 作点向那个方向偏离，都会因为泵或风机提供的扬程 满足不了管路系统需要，流体因能量不足而减速，使 工作点沿Q-H曲线迅速向流量为零的方向移动，出现 水泵不出水现象。可见，M点是极不稳定工作点。此 外，当水泵向高位水箱送水、或风机向压力容器或容 量甚大的管道送风时，由于位能差Hz变化而引起管路 性能

13、曲线上移，如图11.7中虚线所示，以致与泵或风 机的Q-H曲线脱离，于是泵的流量将立即自QM突变为 零。因此，在使用驼峰形Q-H性能曲线时，切忌将工 作点选在切点M以及K点上。 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 17 大多数的离心泵或风机都 具有平缓下降的性能曲线， 当少数曲线有驼峰时，工 作点应选在曲线的下降段， 通常运转工况是稳定的。 所以，离心泵或风机具有 驼峰性性能曲线是产生不 稳定运行的主要因素。 图图11.7 11.7 管路特性曲线与管路特性曲线与QHQH曲线相切曲线相切 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点 18 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气

14、蚀与安装高度 气蚀是泵和其它水力机械特有的现象,而且是一种十分 有害的现象,是泵在设计、制造和安装、使用中需要解 决的一个重要问题。 11.2.1.1 气蚀概述气蚀概述 气蚀现象是客观存在的，但到1893年英国一艘驱逐舰 进坞修理时，发现螺旋桨浆面有蜂窝状缺陷并有裂纹， 不能使用，才首次认定。水泵在某种条件下工作时， 也可能发生气蚀。一旦发生气蚀水泵将不能正常工作， 长期气蚀作用时叶轮也会因气蚀而损坏。 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 19 水泵运转过程中，如果过流部分的局部区域（通常是叶轮入口的叶 背处）的绝对压强小于输送液体相应温度下的饱和蒸汽压力时，即 降低了汽化温度时，

15、液体大量汽化，同时液体中的溶解气体也会大 量逸出。气泡在移动过程中是被液体包围的，必然生成大量气泡。 气泡随液体进入叶轮的高压区时，由于压力的升高，气泡产生凝结 和受到压缩，急剧缩小以致破裂，形成“空穴”。液流由于惯性以 高速冲向空穴中心，在气泡闭合区产生强烈的局部水击，瞬间压力 可达几十兆帕，同时能听到气泡被压裂的炸裂噪声。实验证实，这 种水击多发生在叶片进口壁面，甚至在窝壳表面，其频率可达 2000030000Hz。高频的冲击压力作用于金属叶面，时间一长就 会使金属叶面产生疲劳损伤，表面出现蜂窝状缺陷。蜂窝的出现又 导致应力集中，形成应力腐蚀，再加上水和蜂窝表面间歇接触的电 化学腐蚀，最终

16、使叶轮出现裂缝，甚至断裂。水泵叶轮进口端产生 的这种现象，成为水泵气蚀。 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 20 水泵气蚀分两个阶段： 气蚀第一阶段：表现在水泵外部有轻微噪音和振动， 水泵扬程和功率开始有些下降。 气蚀第二阶段：空穴区会突然扩大，这时，水泵的 H、N、将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出 水。 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 21 11.2.1.2 气蚀对水泵的危害气蚀对水泵的危害 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 22 正确决定泵吸入口的压强（或真空度），是控制泵运行 时不发生气蚀从而保证其正常工作的关键，它的数值与 泵的吸水管路

17、系统及吸液池液面压强等因素密切相关。 图11.8为水泵吸水装置示意。现列吸水池液面0-0和泵入 口断面1-1之间的伯努利方程，并取吸水池液面为基准 面，考虑液面速度较小，可忽略不计，于是： （式（式11.3） 吸lg h g v g p H g p 2 2 110 吸lg h g v H g pp 2 2 110 图图11.8 11.8 离心泵 离心泵 吸水装置示意图吸水装置示意图 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 23 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 24 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 25 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 26

18、 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 27 目前，对泵内流体气泡现象的理论研究或计算，大多 数还是以液体汽化压强 作为初生气泡的临界压力。 所以为避免发生气泡现象，至少应该使泵内液体的最 低压强大于液体在该温度时的汽化压强。 泵内液体压强的最低点并不在泵的吸入口，而是在叶 片进口的背部K点附近，如图11.8所示。这是因为液 体进入水泵尚未增压之前，由于流速增大及流动能量 损失，使压强继续降低。若K点的压强 等于或小于 该处液体温度下的汽化压强 时，就会引起气蚀。 把泵进口处单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的 富裕能量称为气蚀余量，以符号 表示，单位为m。 v p v p K p

19、h 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 28 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 29 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 30 11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度 31 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 实际工程中为增加系统中的流量或压头，有时需要将 两台或者多台泵或风机并联或者串联在同一管路系统 中联合运行。多台水泵（风机）联合运行，通过联络 管共同向管网输水（输气），称为泵与风机的并联运 行；如果第一台水泵（风机）的压出管作为第二台水 泵（风机）的吸入管，水（气）由第一台水泵（风机） 压入第二台水泵（风机），水（气）以同一流量

20、依次 通过各水泵（风机），称为泵与风机的串联运行。 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 32 并联工作的特点是各台设备扬程相同，而总流量等于 各台设备流量之和。见图11.9中（a）和（b）分别是 两台泵和两台风机并联工作示意图。 图图11.9 11.9 并联工作并联工作 （a a）两台泵并联；（）两台泵并联；（b b）两台风机并联）两台风机并联 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 33 并联工作一般应用于以下场合： 用户需要的流量大，而大流量的泵或风机制造困难 或造价太高； 用户对流量的需求变化幅度较大，通过改变设备运 行台数来调节流量更经济合理； 用户有可靠性要求，当

21、一台设备出现事故时仍要保 证供气或供水，作为检修和事故备用。 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 34 图图11.1011.10 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 35 并联机组的相对流量增量 与单台泵或风机性能 曲线的形状和管路特性曲 线形状有关。泵或风机性 能曲线越陡（比转数越 大），并联机组的相对流 量增量越大，越适合并联 工作；管路系统的阻抗S越 小，管路特性曲线越平稳， 并联机组的相对流量增量 越大。 图图11.10 11.10 相同设备并联的工况分析相同设备并联的工况分析 C CA Q QQ 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 36 （2）多台

22、相同型号泵或风机并联工作）多台相同型号泵或风机并联工作 多台相同型号泵或风机并联 工作时，工况分析如图11.11 所示。是单机的性能曲线， 是两台设备并联时的性能 曲线，是三台设备并联时 的性能曲线，是管路的特 性曲线。A、B、C分别是单 机、两台并联及三台并联时 的工况点。由图可知，随着并联台数的增加，每并联 一台泵或风机所得到的流量增量随之减小。因此并联 机组的单机台数不宜过多，否则起不到明显的并联效 果。 图图11.11 11.11 多台相同设备并联工作多台相同设备并联工作 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 37 （3）两台不相同型号泵或风机并联工作）两台不相同型号泵或风机

23、并联工作 图11.12中的I、II分别是两台型号不同的泵或风机的性 能曲线。I+II则是并联机组的性能曲线。III是管路特性 曲线。与前面一样，不同型号泵或风机并联机组的性 能曲线也是在相同扬程 下，将两机流量相加而 得到的，并与管路特性 曲线相交于A点。A点是 并联机组的工作点， QA 与HA分别是并联后的流量 与扬程。 图图11.1211.12不同设备并联的工况分析不同设备并联的工况分析 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 38 由A点作水平线分别交两机各自的性能曲线于B、C两 点，该两点就是并联工作时两机各自的工作点。并联 前每台设备各自的工作点是D、E，可见QAQD+QE。

24、 两台不同型号泵或风机工作，其中一台设备必须在扬 程小于HF的情况下，才能与另一台设备并联运行，在 某种程度上，扬程大设备受扬程小设备的制约。 两台不同型号泵或风机工作时，扬程小的输出的流量 少。当管路特性曲线阻抗增加，导致并联工作点移至 F点时，由于设备I的扬程不可能大于HF，而无流量输 出，此时并联工作没有意义。 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 39 串联工作的特点是各台设备流量相同，而总扬程或总 压头等于各台设备扬程或压头之和。串联工作的目的 主要是为了增加扬程或压头。在运行过程中，当实际 需要的扬程或压头较大时，用一台泵或风机产生的压 头不能满足运行的要求时，可再装一台

25、泵或风机与原 来的泵或风机串联工作。 串联工作一般应用于以下场合： 用户需要的压头大，而大压头的泵或风机制造困难 或造价太高； 改建或扩建系统时，管路阻力加大，而需要增大压 头。 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 40 串联工作可分为两种情况，即性能相同的泵或风机串 联及性能不同的泵或风机串联。下面以离心泵为例， 用图解法来分析两台泵串联工作时的性能曲线、工作 点以及串联工作与单独工作时性能比较。图11.13中的 （a）和（b）分别表示两台泵和两台风机串联工作示 意图。 图图11.1311.13串联工作串联工作 （a a）两台泵串联；（）两台泵串联；（b b）两台风机串联）两台风

26、机串联 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 41 （1） 相同性能的两台泵串相同性能的两台泵串 联工作联工作 工况分析如图11.14所示。图 中I为单机性能曲线，据等流 量下扬程相加的原理，得到 串联运行泵或风机的性能曲 线，作管路性能曲线与 曲线交于A点，A点就是串 联工作的工况点，流量为QA， 扬程为HA。 图图11.14 11.14 串联机组的工况分析串联机组的工况分析 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 42 由点作垂线与单机性能曲线交与B点，B点就是串 联机组中单机的工作点。 管路特性曲线III与单机性能曲线的交点是只开一 台设备时的工作点。C点所对应的扬程H

27、是只开一台 设备时的扬程。从图看出HH，但H2H，说 明两台相同型号泵或风机串联后压头并没有增加一倍。 串联机组的相对压头增量 与单台泵或风机性 能曲线的形状和管路特性曲线形状有关。泵或风机性 能曲线越平缓（比转数越小），串联机组的相对压头 增量越大，越适合串联工作；管路系统的阻抗越大， 管路特性曲线越陡，串联机组的相对压头增量越大。 C CA H HH 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 43 （2） 不同性能的两台泵不同性能的两台泵 串联工作串联工作 图11.15所示为不同性能的 离心泵串联。曲线(Q-H)1 和(Q-H)2分别为第一台和 第二台离心泵的性能曲线。 在同一流量下

28、，将两台泵 对应的压头相加，即可得 到串联工作时的性能曲线 上的相应点，将所得各点 顺次用光滑曲线连接起来 便得串联工作时的总性能 曲线(QH)1-2。 图图11.15 11.15 不同性能的两台泵串联工作不同性能的两台泵串联工作 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 44 图11.15中另外三条曲线I、是三条不同的管道 特性曲线。如果两台泵是串联在较陡的管道曲线I上工 作，则串联工作点在A，此时，每台泵相应地在B1点 和B2点上工作；而它们单独在此管道上工作时的工作 点分别为A1和A2 ；串联后的压头HA大于每台泵各 自单独工作时的压头HAl、HA2，流量Q亦大于各自单 独工作时的

29、流量Q1、Q2。 当两台泵串联在管道曲线上工作时，其工作点在C 点，这时的压头、流量与第一台泵单独工作时的压头、 流量相同，而第二台泵不起作用。 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 45 当两台泵是串联在较缓的管道曲线上工作时，其工 作点在A点；而每台泵各自单独在此管道上工作时的 工作点分别为A1，A2。此时，串联后的压头、流量反 而没有第一台泵单独工作时的压头、流量大。 由上述可知，当两台泵串联时，应使其在阻力较大的 管道(即特性曲线较陡的管道)中工作；同时应注意， 串联的两台泵，其流量相差不能太大，性能最好相同。 风机串联工作情况与泵相同。但由于风机串联时在操 作上可靠性较差，

30、调节困难，故一般不推荐使用。水 泵串联工作时，后一台泵比前一台泵承受的压力更高， 选择水泵时要注意泵的承压能力是否满足要求。 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行 46 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 工况点是由泵或风机的性能曲线与管路特性曲线的交 点决定的，其中之一发生变化时，工况点就会改变。 所以工况调节的基本途径是： 改变管道系统特性，如减少水头损失、变水位、节 流等； 改变水泵（风机）的扬程（压头）性能曲线，如变 速、变径、变角、摘叶等。 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 47 节流调节就是通过调节安装在风机吸入管及泵或风机 排出管上的闸阀、蝶阀

31、等节流装置来改变管道中的流 量以调节泵或风机的工况。 压出管上阀门节流，如图11.16所示。曲线I是未调节 的管路特性曲线，当阀门关小，阻力增大，管道系统 特性曲线就变为II。工作点由A移至B，相应的流量由 QA减至QB。同时由于阀门的关小额外增加的水头损失 为 ，相应多消耗的轴功率为 。 CB HHH BB HQN 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 48 可见，节流调节在流量减小 的同时却额外增加了水力损 失，导致轴功率增加，是不 经济的。这种方法常用于频 繁的、临时性的调节。 优点优点：调节流量，简便易行， 可连续变化。 缺点缺点：关小阀门时增大了流 动阻力，额外消耗了部分能

32、 量，经济上不合理。 图图11.16 11.16 阀门调节的工况分析阀门调节的工况分析 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 49 变速调节就是在管路特性曲线不变的情况下，用改变 转速的方法来改变泵或风机的性能曲线，从而达到改 变泵或风机的运行工况，即改变工作点的目的。 由相似律可知，转速改变时泵与风机的性能参数变化 如下 n n Q Q 2 n n H H 2 n n p p 3 n n N N （式（式11.10） 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 50 变速调节的工况分析如图 11.17所示，图中曲线为 转数n时泵或风机的性能曲 线。曲线为管路性能曲线。 两线交点

33、A就是工况点。 将工况点调节至管路性能曲 线上的B点，通过B点的泵或 风机性能曲线，转数为n。 转数比： 图图11.1711.17变速调节工况分析变速调节工况分析 B A Q Q n n 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 51 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 52 通常可以用如下方法来改变泵或风机的转速。 （1）改变电机转速）改变电机转速 用异步电动机驱动的泵或风机可 以在电机的转子电路中串接变阻器来改变电机的转数， 这种方法的缺点是必须增加附属设备，且在变速时要 增加额外的电能消耗，变速范围不大。还可以采用可 变定子磁极对数的电机，但这种电机较贵，调速是跳 跃式

34、的调速范围也有所限制。此外，采用可控硅调压 可以实现电机多极调速。变频调速是目前最常用的方 法，它通过改变电机输入电源的频率来改变电机的转 数，实现无级调速，该法调速范围宽、效率高且变频 装置体积小。缺点是调速系统（包括变频电源、参数 测试设备、参数发送与接收设备、数据处理设备等）， 价格较贵，检修和运行技术要求高，对电网产生某种 程度的高频干扰等。 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 53 （2）改变皮带轮直径）改变皮带轮直径 改变风机或电机皮带轮的直径， 即改变电机与泵或风机的传动比，可以在一定范围内 调节转速。这种方法的缺点是调速范围有限，并且要 停机换轮。 （3）采用液力耦

35、合器）采用液力耦合器 所谓液力耦合器是指在电机和 泵或风机之间安装的通过液体来传递转矩的传动设备。 改变设备中的进液量（如油）就可改变转矩，从而在 电机转速恒定的情况下达到改变泵或风机转速的目的。 该法可实现无级调速，但因增加一套附属设备而成本 较高。 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 54 在确定水泵调速范围时，应注意如下几点。 （1）调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能 与其临界转速重合、接近或成倍数。 （2）水泵一般不轻易地调高转速。 （3）合理配置调速泵与定速泵台数的比例。 （4）水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能 运行于各自的高效段内。 11.4 泵与风机的工

36、况调节泵与风机的工况调节 55 变角是改变叶片的安装角度。对叶片可调的轴流泵或 风机，变角可改变泵或风机性能曲线，以改变水泵或 风机装置的工况点，称变角调节。 大型风机的进风口处设有供调节用的导流叶片。当改 变导流叶片的角度时，能使风机性能发生变化。这是 因为导流叶片的预旋作用使进入叶轮叶片的气流方向 有所改变所致。常用的导流器有轴向导流器和径向导 流器。导流叶片全开时转角为0o,这时叶片进口方向与 气流方向垂直。 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 56 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， 也使管路系统特性发生

37、变化。 当风机导流叶片角度分为0o、 30o、60o时，风机性能曲线 和管路特性曲线分别有三条， 其工作点分别为1、2、3。 如图11.18所示 图图11.18 11.18 进口导流器调节特性曲线图进口导流器调节特性曲线图 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 57 变径调节是将离心泵叶轮车削去一部分后，装好再运 行用以改变水泵特性的一种调节方法，这种调节方法 具有不可逆的特点。这也是离心泵所特有的调节方法。 在一定车削量范围内，叶轮车削前后，Q、H、N与叶 轮直径之间的关系为 2 2 D D Q Q 2 2 2 D D H H 3 2 2 D D N N ( (式式11.12)11

38、.12) ( (式式11.13)11.13) ( (式式11.14)11.14) 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 58 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节 59 11.5.1 选用原则选用原则 选择泵与风机的一般原则是：保证泵或风机系统的正 常、经济的运行，即所选择的泵或风机不仅能满足管 路系统流量、扬程（风压）的要求，而且能保证泵或 风机经常在高效段内稳定的运行，同时泵或风机应具 有合理的结构。 选择时应考虑以下几个具体原则： （1）首选泵或风机应满足生产上所需要的最大流量 和扬程或压头的需要，并使其正常运行工况点尽可能 靠近泵或风机的设计点，从而保证泵或风机长期

39、在高 效区运行，以提高设备长期运行的经济性。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 60 （2）力求选择结构简单、体积小、重量轻及高转速 的泵或风机。 （3）所选泵或风机应保证运行安全可靠，运转稳定 性好。为此，所选泵或风机应不具有驼峰状的性能曲 线；如果选择有驼峰状性能曲线的泵或风机，则应使 其运行工况点处于峰点的右边，而且扬程或压头应低 于零流量时的扬程或压头，以利于设备的并联运行。 如在使用中流量的变化大而扬程或压头变化很小，则 应该选择平坦的性能曲线；如果要求扬程或压头变化 大而流量变化小，则应选择陡降形性能曲线。对于水 泵，还应考虑其抗气蚀性能要好。 （4）对于有特殊要求的泵或风机

40、，还应尽可能满足 其特殊要求。如，安装地点受限时应考虑体积要小， 进出口管路便于安装等。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 61 （5）必须满足介质特性的要求。 对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封 可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽 泵。 对输送腐蚀性介质的泵，要求对过流部件采用耐腐 蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF工程塑料磁 力驱动泵。 对输送含固体颗粒介质的泵，要求对过流部件采用 耐磨材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 62 （6）机械方面可靠性高、噪声低、振动小。 （7）经济上要综合考虑到设备费、运行费、维修费

41、 和管理费的总成本最低。 （8）离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、 结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修 方便等特点。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 63 由于泵或风机的用途和使用条件千变万化，而泵或风 机的种类繁多，正确选择泵和风机满足各种不同的工 程使用要求是非常必要的。在选择泵或风机的时，首 先应根据生产上的要求、所输送的流体的种类和性质 以及通风机或泵的种类、用途，决定选择哪一类的泵 或风机，比如：输送一般清水时应选择清水离心泵， 输送污水时应选择污水泵，输送泥浆时应选择泥浆泵， 等等；输送爆炸危险气体时应选择防爆通风机，空气 中含有木屑、纤维或尘土时应选择

42、排尘通风机等。选 用的程序及注意事项概括如下。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 64 （1）充分了解泵或风机的用途、管路布置、地形条 件、被输送流体状况、水位以及运输条件等原始资料。 （2）根据工程要求，合理确定最大流量与最高扬程 或风机的最高风压。然后分别加10%20%不可预计 （如计算误差、漏耗等）的安全量作为选用泵或风机 的依据，即： （3）根据已知条件选用适当的设备类型，制造厂给 出的产品样本中通常都列有该类型泵或风机的适用范 围。应尽量选择系列化、标准化、通用化、性能优良 的产品。 max 1 . 1 QQ max )2 . 11 . 1 (HH 11.5 泵与风机的选用泵与

43、风机的选用 65 （3）根据已知条件选用适当的设备类型，制造厂给 出的产品样本中通常都列有该类型泵或风机的适用范 围。应尽量选择系列化、标准化、通用化、性能优良 的产品。 （4）泵或风机类型确定以后，要根据已知的流量、 扬程或压头选定具体设备型号。并应使工作点处在高 效率区域。 （5）应当结合具体情况，考虑是否采用并联或串联 工作方式，是否应有备用设备。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 66 （6）确定泵或风机型号时，同时还要确定其转速、 原动机型号和功率、传动方式、皮带轮大小等。性能 参数表上若附有所配用的电机型号和配用件型号可以 直接套用，若采用性能曲线图选择，图上只有轴功率 曲线

44、，需另选电机型号及传动配件。泵或风机进出口 方向应注意与管路系统相配合。对于泵，还应查明允 许吸入口真空高度或必须气蚀余量，并核算安装高度 是否满足要求。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 67 （7）应当注意，产品样本提供的数据是在规定条件 下得出的。例如对于风机来说，一般是按空气温度为 20、大气压为101.325 Pa下进行实验得出的资料， 而锅炉引风机的样本数据是按气体温度为200、大 气压为101325 Pa得出的。当实际使用条件与样本规 定条件不同时，应按下式对性能参数加以修正： 式中下角标m代表样本条件。 t tB m m 273 273 101325 11.5 泵与风机的

45、选用泵与风机的选用 68 （8）确定泵的台数和备用率： 对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并 联工作的两台小泵相当，（指扬程、流量相同），大 泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵， 而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵 并联合作： 流量很大，一台泵达不到此流量； 对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的 泵工作，一台备用（共三台）； 对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作， 不用备用泵，在一台泵检修时，另一台泵仍然能承担 生产上70%的输送； 对需24小时连续不停运转的泵，应有备用泵。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 69 离心泵的选择方法一般

46、有三种，即用“水泵性能表”、 “水泵综合性能曲线图”及“常用泵的使用范围图” 进行选择。第一种方法适用在水泵结构型式已定的情 况下单台泵的选泵，表11.4为IS型单级单吸离心泵的 性能示例（摘录）；第二、第三种方法只能大致决定 所选泵的类型；常用的是第二种方法。不管是哪种选 择法，在选定了泵之后，还要进行验算，即检查泵在 管路中运行时的工况是否符合要求，是否在高效率区 运行，若不是，则说明所选择的泵不合适，应重选。 现对第二种选择方法进行介绍！ 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 70 表表11.4 IS11.4 IS型离心泵性能表（摘录）型离心泵性能表（摘录） 11.5 泵与风机的选用泵

47、与风机的选用 71 续表续表11.411.4 图图11.19 11.19 水泵性能 水泵性能 选择曲线图选择曲线图 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 72 所谓离心泵的“综合性能曲线图”就是将某种类型的 各种规格型号的泵的性能曲线的工作部分(四边形)绘 在一个图上所得到的综合性能图。图中各个四边形是 以叶轮切割与不切割的Q-H曲线和与设计点效率相差 不大于7%的等效率曲线所组成，如图11.19所示。曲 线1-2表示叶轮直径未切割时的Q-H曲线，曲线3-4表 示切割后的Q-H曲线，曲线1-4和2-3均是等效率曲线。 图11.20所示是BA型离心泵的性能选择曲线图。图中， 各个四边形小框内前

48、一个由数字及字母组成的符号表 示泵的型号，后一个数字符号表示泵的转数，四边形 小框顶部的曲线是该型号标准叶轮式泵的Q-H曲线， 底部的曲线表示将叶轮车小后泵的Q-H曲线；小框所 在的范围即表示该型号的离心泵的合理使用范围。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 73 图图11.20 BA11.20 BA型离心泵选择曲线型离心泵选择曲线 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 74 此种选择法的步骤是：首先，应根据生产上的要求，工作 液体的性质和离心泵的用途，决定选取哪一种类型离心泵； 其次，按照管道的布置和尺寸大小，工作条件等，运用有 关的水力计算公式，正确地计算出流量和扬程 (通常所需 要

49、的流量是已知的，所以只需计算出压头)，并考虑10% 20%的富裕量，作为选择泵的参数之依据；第三，根据选 定的泵类型和所决定的Q、H，在该类型的“水泵性能选择 曲线图”上选取合适的型号，确定转速、功率、效率等； 第四，从“水泵样本”中查出该台泵的性能曲线(如是联合 运行，则应绘出联合运行的性能曲线)；第五，在该台泵的 性能曲线图(或其联合运行性能曲线图)上绘出管道特性曲 线，决定出泵在管路中的工作点，以校核它是否符合使用 要求。如各方面符合要求，则选择完毕，否则，应重复上 述步骤，另选其它型号的泵，直到满足要求为止。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 75 选择通风机，一般有三种方法，现

50、介绍如下。 （1）按风机的性能表选择风机）按风机的性能表选择风机 这种方法的步骤是：首先，根据生产的要求，按式 (11.1)决定计算流量Q和计算风压p，然后，再在已选 定的风机类型中，由已计算出的Q、p值，直接在“性 能与选用件表”上查出型号、规格符合要求的风机， 同时决定转速和电动机功率。表11.5和表11.6分别为 4-72-11型和Y9-35-11型风机的“性能与选用件表”。 此种方法简单方便，但不能准确地确定风机在系统中 最佳工况。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 76 表表11.5 4-72-11 N0.5A 11.5 4-72-11 N0.5A 风机性能与选用件表（摘录）风

51、机性能与选用件表（摘录） 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 77 表表11.6 Y9-35-11 N0.10 11.6 Y9-35-11 N0.10 风机性能与选用件表（摘录）风机性能与选用件表（摘录） 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 78 （2）利用风机的选择曲线图进行选择）利用风机的选择曲线图进行选择 所谓选择曲线图就是把具有不同叶轮直径D2的相似风机 (即同一产品系列内各 个机号的风机)属于工作 范围内(效率值不低于最 大效率值的90)的Q-H 曲线绘制在一个图上， 同时把转速和功率也绘 在图上所得到的综合曲 线图。图11.21至图11.24分别为Y9-35-11型锅炉引风

52、机、 一般高压离心通风机、G4-73-11型离心锅炉通风机和 Y4-73-11型离心锅炉引风机的选择曲线图。 图图11.21 Y9-35-1111.21 Y9-35-11型锅炉型锅炉 引风机选择曲线图引风机选择曲线图 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 79 图图11.22 11.22 一般高压离心通风机选择曲线图 一般高压离心通风机选择曲线图 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 80 图图11.23 G4-73-1111.23 G4-73-11型离心锅炉通风机选择曲线图型离心锅炉通风机选择曲线图 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 81 图图11.24 Y4-73-1111.24

53、 Y4-73-11型离心锅炉通风机选择曲线图型离心锅炉通风机选择曲线图 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 82 利用选择曲线图来选择风机 时，可按下述步骤进行。 确定计算流量Q和计算风 压p； 根据已确定的风量和风压， 选择通风机的型号与机号。 求法是：据已知Q、p 在风 机的选择曲线图上，作相应 坐标轴的垂线，由二者的交 点即可知应选风机的机号、 转速和功率。 图图11.25 11.25 选择风机的曲线图选择风机的曲线图 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 83 如果交点不是落在风机的性能曲线上(图11.25中的a 点)，则通常是在保持风量不变的条件下，垂直往上找， 找到最接近交点

54、的那条性能曲线上的一点(图11.25中 的b点或c点)，由该点(b点或c点)所在的性能曲线查找 出在最高效率点时所对应的风机的机号(叶轮直径D2， 图11.25中的D2或D2)、转速n(图11.25中的n1或n2)， 功率则用插入法应重新换算，求出在工作状况下的功 率，然后再考虑一定的富裕量作为选择电动机的依据 (电动机的安全系数：通风机取115，引风机取13， 排粉机取12)。如果垂直往上找到两个点(图11.25中 的b点和c点)，即选得了两台风机，则应对它们进行比 较，再决定取舍。一般选取转速较高、叶轮直径较小、 运行经济的点所决定的风机。 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 84 (

55、3) 利用风机的无因次特性曲线进行选择利用风机的无因次特性曲线进行选择 这种选择法的步骤如下： 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 85 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 86 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 87 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 88 【例【例11-3】某工厂供水系统由清水池往水塔充水，如 图11.26所示。清水池最高水位标高为112.00，最低水 位为108.00，水塔地面 标高为115.00，最高水位 标高为140.00。水塔容积 40m3,要求一小时内充满 水，试选择水泵。已知吸 水管路水头损失hwl=1.0m, 压水管路水头损失hw2为 2.

56、5m。 图图11.26 11.26 水塔充水工程水塔充水工程 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 89 【例【例11-4】某空气调节系统需要从冷水箱向空气处理 室供水，最低水温为10，要求供水量35.8m3/h，静 扬程为10m，处理室喷嘴前应保证有20m的压强水头。 供水管路布置后经计算管路水头损失达到7.1 mH2O。 为了使系统能随时启动，故将水泵安装位置设在冷水 箱之下。试选择水泵。 【例【例11-5】某地大气压为98.07kPa，输送温度为70 的空气，风量为11500 m3/h，管道阻力为200 mmH2O， 试选用风机、应配用的电机及其它配件。 11.5 泵与风机的选用泵与风

57、机的选用 90 11.6 常见故障的分析与排除常见故障的分析与排除 11.6.1.1 离心式泵的使用、维护离心式泵的使用、维护 1启动前的准备启动前的准备 （1）外观检查。检查水泵和电机的固定是否良好， 螺栓有无松动、脱离，转动部件周围是否有妨碍运转 的杂物等。 （2）润滑检查。检查轴承用油的油质、油量、油温， 轴承、电机用水冷时冷却水应畅通。 （3）填料检查。检查填料的松紧程度是否合适。 11.6 常见故障的分析与排队常见故障的分析与排队 91 （4）进水管检查。检查吸水井水位、滤网有无杂物 堵塞。 （5）盘车。盘车是用手或专用工具（盘车装置）转 动联轴器，转动过程中应注意泵内是否有摩擦、撞

58、击 声及卡涩现象。若有，应查明原因，迅速进行处理。 （6）阀门的原始状态。如离心泵启动前出水闸阀应 是关闭的。 （7）灌泵。非自灌式工作的水泵，启动前必须充水。 过程中要注意泵体的放气。 11.6 常见故障的分析与排队常见故障的分析与排队 92 2启动启动 （1）按启动按钮。过程中应注意电流变化情况，倾 听水泵机组转动声音。 （2）待转速稳定后，打开仪表阀。观察出水压力、 进口真空计是否正常。 （3）打开出水管上的闸阀，逐渐加大出水量，直到 出水阀门全开为止。过程中应注意配电屏上电流表逐 渐增大，真空表读数逐渐增加，压力表读数逐渐下降。 过程中还要注意到离心泵不允许无载长期运行。这个 时间通常

59、以24min为限。 11.6 常见故障的分析与排队常见故障的分析与排队 93 3运行中的监督运行中的监督 （1）监盘。检查与分析仪表盘上的各种参数，如温 度、压力、流量、电流、功率等，发现异常情况时应 作相应的处理。 （2）巡检。定时巡回检查水泵、电机及工艺流程的 运行状态。如轴封填料盒是否发热，滴水是否正常， 泵与电动机的轴承和机壳温度，以及水泵的出水压力 等。 （3）抄表。包括定期抄录有关的运行参数，填写运 行日志。为运行管理提供基本材料。 11.6 常见故障的分析与排队常见故障的分析与排队 94 4停车停车 接到停车命令后，按如下程序停车： （1）缓闭出水闸阀。 （2）按停止按钮。 （3

60、）关闭仪表阀。 （4）停供轴封水和轴承冷却水、停供电机（对水冷 电动机）冷却水。 （5）视情况决定泵体是否排水。 （6）视情况是否断开机组电源。 11.6 常见故障的分析与排队常见故障的分析与排队 95 5水泵、电动机的定期检查水泵、电动机的定期检查 水泵、电机累计运行一定的时间后，应进行解体检查。 各种用途的离心泵都有根据运行状况制订的定检周期 及内容，应按计划进行。拆检时，应观察或测定各部 件有无磨损、变形、腐蚀、部件主要尺寸，如有缺陷 必须进行处理或更换。如口环磨损应更换、填料失效 应更换、泵轴变形应校正等。 11.6 常见故障的分析与排队常见故障的分析与排队 96 11.6.1.2 离