第二章叶片式水泵(二)

1、1 2.7 2.7 离心泵装置定速运行工况离心泵装置定速运行工况工况点工况点: : 水泵瞬时工况点：水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水水泵运行时，某一瞬时的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等这些值流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等这些值在水泵性能曲线上的具体位置，称为水泵的瞬时工况在水泵性能曲线上的具体位置，称为水泵的瞬时工况点。点。 对应最高效率的点，称为设计工况点。对应最高效率的点，称为设计工况点。 决定离心泵装置工况点的因素决定离心泵装置工况点的因素（1 1）水泵本身型号；）水泵本身型号；（2 2）水泵实际转速；）水泵实际转速；（3 3）管路系统及边界条件）管路系

2、统及边界条件管道系统特性曲线。管道系统特性曲线。水泵各条性能曲线水泵各条性能曲线22sqhjfhhh2.7.1 2.7.1 管路系统的特性曲线管路系统的特性曲线 由由净扬程净扬程与与管道水头损失特性曲线管道水头损失特性曲线叠加而成叠加而成表示装置所需扬程表示装置所需扬程（需要扬程）（需要扬程）与与流量流量之间的关系之间的关系h h需需q q管路中流量和水头损失变化规律的曲线管路中流量和水头损失变化规律的曲线hq管路总水头损失管路总水头损失=沿程损失沿程损失+局部损失局部损失二次抛物线二次抛物线3管路水头损失的特性曲线管路水头损失的特性曲线2sqh 0qh h = hst +h h= sq242

3、.7.2 2.7.2 图解法求水箱出流工况点图解法求水箱出流工况点m mk kd dh hststh hststhq qq qm mh hq-hq-hq-hq-hhh2.7.3 2.7.3 图解法求离心泵装置的工况点图解法求离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点h hm mk k1 1m mh hststq qq qm mh hq-hq-hq-hq-h离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点q-hq-hm m1 1h hm m72.7.42.7.4离心泵装置工况点的改变离心泵装置工况点的改变 泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之

4、一或者同时改变即可实现流量的调节。之一或者同时改变即可实现流量的调节。 (1)(1)自动调节自动调节 (2)(2)人工调节人工调节 调节阀门；调节转速；调节阀门；调节转速； 调节叶轮；水泵的联合运行调节叶轮；水泵的联合运行8优点：调节流量，简便易行，可连续变化优点：调节流量，简便易行，可连续变化缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。量，经济上不够合理。q qa aa ah hq qq qb bb b改变阀门开度改变阀门开度b b1 12.7.5 2.7.5 数解法求离心泵装置的工况点数解法求离心泵装置的工况点原理：拟

5、合原理：拟合q-h曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。1115 2.8 2.8 离心泵装置调速运行工况离心泵装置调速运行工况 几何相似：几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。一定比例，所有的对应角相等。 b b2 2、b b2m2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；实际泵与模型泵叶轮的出口宽度； d d2 2、d d2m2m实际泵与模型泵叶轮的外径；实际泵与模型泵叶轮的外径； 比例。比例。mmddbb222216 运动相似的条件是：运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流两叶轮对应

6、点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似。相应点上水流的速度三角形相似。mmmmnnndnduucc222222171 1、第一相似定律第一相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系流量之间的关系。2 2、第二相似定律、第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。扬程之间的关系。3 3、第三相似定律、第三相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。轴功率之间的关系。mmvvmnnqq)(3222

7、)(mmhhmnnhh)()(335mmmmmnnnn18mmvvmnnqq)(3222)(mmhhmnnhh)()(335mmmmmnnnnmmnnqq3222mmnnhh335mmnnnn19 1 1、比例律的用途：、比例律的用途：把相似定律应用于以不同转速把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律。运行的同一台叶片泵，则可得到比例律。 2 2、比例律公式、比例律公式2121nnqq22121)(nnhh32121)(nnnnmmnnqq3222mmnnhh335mmnnnn20 (1)(1)已知水泵转速为已知水泵转速为n nl l时的时的(q(qh)h)l l曲线，但所

8、需曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点a a2 2(q(q2 2，h h2 2) )处。现问；如果需要水泵在处。现问；如果需要水泵在a a2 2点工作，点工作，其转速其转速n n2 2应是多少应是多少? ? (2) (2)已知水泵已知水泵n nl l时的时的(q(qh)h)l l曲线，试用比例律翻曲线，试用比例律翻画转速为画转速为n n2 2时的时的(q(qh)h)2 2 曲线。曲线。21解：解：作过作过a a2 2点点“相似工况抛物线相似工况抛物线”求求a a1 1点：点：即相似工况抛物线即相似工况抛物线 与与(q(qh)h)l l线的

9、交点。线的交点。求求n n2 2：a a1 1、a a2 2点符合比例率点符合比例率）（2222qhkkqh2112qqnn a a1 1q qh hq-hq-ha a2 2问题问题(1)：已知水泵转速为已知水泵转速为nl时的时的(qh)l曲线，但所需的工况点，并不曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点在该特性曲线上，而在坐标点a2(q2，h2)处。现问；如果需要水泵在处。现问；如果需要水泵在a2点点工作，其转速工作，其转速n2应是多少应是多少?22已知水泵已知水泵nl时的时的(qh)l曲线，试用比例律翻画曲线，试用比例律翻画转速为转速为n2时的时的(qh)2 曲线。曲线。 解：

10、在解：在(q(qh)h)l l线上任取线上任取a a、b b、c c、d d、e e、f f点；点； 利用比例律求利用比例律求(q(qh)h)2 2上的上的aa、bb、cc、dd、ee、ff 作作(q(qh)h)2 2曲线。曲线。q qh h（q-hq-h）1 1a a2 2a bdcef（q-hq-h）2 2同理可求同理可求(qn)2曲线。曲线。21nnqqaa221hhnnaa12qnnqaa212nnhhaa23求求(q(q)2 2曲线。曲线。在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等的，将已知图中的，将已知图中a a、b b、b b

11、、d d等点的效率点平移即可。等点的效率点平移即可。24定速运行与调速运行比较：定速运行与调速运行比较： 泵站调速运行的优点表现于泵站调速运行的优点表现于 (1)(1)省电耗省电耗( (即即nnb2b2n nb2b2) )。 (2)(2)保持管网等压供水保持管网等压供水( (即即h hstst基本不变基本不变) )【例【例2-3】某泵转速】某泵转速n1=950r/min时的（时的（qh）1曲线如图，管道特性曲线方曲线如图，管道特性曲线方 程为程为h=10+17500q2(m3/s)。试求：。试求：（1）该泵装置工况点的）该泵装置工况点的qa、ha；（2）保持静扬程为）保持静扬程为10m，流量下

12、降，流量下降33.3%时，其转速时，其转速n2应将为多少？应将为多少？（3）降速后的（）降速后的（qh）2曲线如何？曲线如何？m26xxhksqnqqnn212112222112)(qshnnhxx 问题问题(1)：已知水泵转速为已知水泵转速为nl时的时的(qh)l曲线，但所需的曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点a2(q2，h2)处。处。现问；如果需要水泵在现问；如果需要水泵在a2点工作，其转速点工作，其转速n2应是多少应是多少?已知水泵已知水泵nl时的时的(qh)l曲线，试用比例律翻画曲线，试用比例律翻画转速为转速为n2时的时的(qh)

13、2 曲线。曲线。27、比转数的概念：比转数的概念：叶片泵的型号繁多、规格各异，为了对整个叶叶片泵的型号繁多、规格各异，为了对整个叶片泵进行分类，需要找到一个既能反映泵的形状，又能反映泵片泵进行分类，需要找到一个既能反映泵的形状，又能反映泵的性能的综合特征数（判别指标），从而将叶片泵分类为不同的性能的综合特征数（判别指标），从而将叶片泵分类为不同的相似泵群，该判别指标就是比转数的相似泵群，该判别指标就是比转数ns。 根据水泵的相似原理，把各种叶片泵分成若干相似泵群，根据水泵的相似原理，把各种叶片泵分成若干相似泵群，在每一个相似泵群中，拟用一台标准模型泵作代表，即该泵群在每一个相似泵群中，拟用一台

14、标准模型泵作代表，即该泵群中的每一个泵都可以放大或缩小成这样的模型泵：中的每一个泵都可以放大或缩小成这样的模型泵：4321)()(hhqqnnmms075.0mumghnq 模型泵：模型泵：在最高效率下，当有效功率在最高效率下，当有效功率nu735.5w(1hp)，扬程，扬程hm1m，流量，流量 m3s。这时该模型泵的转数，。这时该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转数就叫做与它相似的实际泵的比转数ns 。28将模型泵的将模型泵的hm1m，qm0.075m3s代入代入 注：注：(1)q和和h是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵的设计工况点。的设

15、计工况点。 (2)比转数比转数ns是根据所抽升液体的密度是根据所抽升液体的密度1000kgm3时时得出的。得出的。 (3)q和和h是指是指单吸、单级泵的流量和扬程。单吸、单级泵的流量和扬程。 (4)比转数不是无因次数，它的单位是比转数不是无因次数，它的单位是“rmin”。 (5)比转数相同的泵，其叶轮几何形状相似，性能参数比转数相同的泵，其叶轮几何形状相似，性能参数满足相似律；反之，叶轮形状及性能不同。比转速不随满足相似律；反之，叶轮形状及性能不同。比转速不随转速的改变而改变。转速的改变而改变。4365. 3hqnns29 2 2、对比转数的讨论、对比转数的讨论 (1)(1)从性能上看：从性能

16、上看：比转数比转数(n(ns s) ) 反映实际水泵的反映实际水泵的主要性能。主要性能。 4365. 3hqnns nsns越大，水泵的流量越大，扬程越低。越大，水泵的流量越大，扬程越低。 nsns越小，水泵的流量越小，扬程越高。越小，水泵的流量越小，扬程越高。轴流泵轴流泵 ns=5001200混流泵混流泵 ns=350500离心泵离心泵 ns=403503031(3)(3)相对性能曲线相对性能曲线n ns s越小：越小：q qh h曲线就越平坦；曲线就越平坦； q q0 0时的时的n n值就越小。因而，比转数低的水泵，值就越小。因而，比转数低的水泵，采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电

17、流减小；采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小； 效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。32 1 1、调速途径、调速途径 (1)(1)电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目的。目的。 采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以大量节约电能，并可使电动机空载大量节约电能，并可使电动机空载( (或轻载或轻载) )启动启动 ，热，热能损耗多。能损耗多。 (2)(2)电机本身的转速可变。电机本身的转速可变。 改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速

18、，改改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。332、在确定水泵调速范围时，应注意如下几点：、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临界转速（水泵产生共振时的转速）（水泵产生共振时的转速）重合、接近或成重合、接近或成倍数。倍数。 (2)水泵的调速一般不轻易地调高转速。水泵的调速一般不轻易地调高转速。 (3)降低转速可以改善汽蚀状况；但一般水泵转速下降幅降低转速可以改善汽蚀状况；但一般水泵转速下

19、降幅度不应超过设计转速的度不应超过设计转速的50%； (4)合理配置调速泵与定速泵台数的比例。合理配置调速泵与定速泵台数的比例。 (5)水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于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。各自的高效段内。 (6)调速时尚需考虑因调速而投资增加部分的回收。调速时尚需考虑因调速而投资增加部分的回收。34 2.9 2.9 离心泵装置换轮运行工况离心泵装置换轮运行工况实践证明，在一定条件下，叶轮实践证明，在一定条件下，叶轮经过切削后，其性能参数的变化与切削前后轮径经过切削后，其性能参数的变化与切削前后轮径间存在下列关系间存在下列关系22ddqq2

20、22)(ddhh322)(ddnn 注意：切削律是建于大量感性试验资料的基础上。如果叶轮的切注意：切削律是建于大量感性试验资料的基础上。如果叶轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。 此切削限量与水泵的比转数有关。此切削限量与水泵的比转数有关。35 1 1、切削律应用的两类问题、切削律应用的两类问题 (1)(1)已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。 (2)(2)已知要水泵在已知要水泵在b b点工作，流量为点工作，流量为q qb b，扬程为，扬程为h

21、hb b，b b点位点位于该泵的于该泵的(q-h)(q-h)曲线的下方。现使用切削方法，使水泵曲线的下方。现使用切削方法，使水泵的新特性曲线通过的新特性曲线通过b b点，要求：切削后的叶轮直径点，要求：切削后的叶轮直径dd2 2 是多少是多少? ?需要切削百分之几需要切削百分之几? ?是否超过切削限量是否超过切削限量? ?36(1)(1)解决这一类问题的方法归纳为解决这一类问题的方法归纳为“选点、计算、立选点、计算、立点、连线点、连线”四个步骤。四个步骤。q qh hq-hq-h1 1 2 24 43 35 56 6q-q-hhq-nq-nq q-n-nq-q-q-q-0 037(2) (2)

22、 求求“切削抛物线切削抛物线”求求a a点坐标：切削抛物点坐标：切削抛物线与线与(q(qh)h) 线的交线的交点。点。求求dd2 2：切削量百分数切削量百分数2kqh %100(%)222ddd切削量a aq qh hq-hq-hb b22dqqd 382 2、应用切削律注意点、应用切削律注意点(1)(1)切削限量切削限量，否则降低水泵效率否则降低水泵效率(1)(1)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。39(3)(3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可提高水沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可提高水泵扬程、功率，改善叶轮的工作性能。泵扬程

23、、功率，改善叶轮的工作性能。40(4)(4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大。叶轮切削使水泵的使用范围扩大。水泵的高效率方框图水泵的高效率方框图shsh型离心泵性能曲线型谱图型离心泵性能曲线型谱图 水泵厂在样本中通常将厂方生产的某种型号泵的高效率方水泵厂在样本中通常将厂方生产的某种型号泵的高效率方框图，成系列绘在同一张坐标纸上，称为性能曲线型谱图框图，成系列绘在同一张坐标纸上，称为性能曲线型谱图422.10 2.10 离心泵并联及串联运行工况离心泵并联及串联运行工况水泵并联工作水泵并联工作：(1) (1) 增加供水量；增加供水量；(2) (2) 通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，通过开停水泵

24、的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水；以达到节能和安全供水；(3) (3) 水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。供水的可靠性。 多台水泵向一条共用的出水管供水称为泵的并联多台水泵向一条共用的出水管供水称为泵的并联运行。运行。432.10.1 2.10.1 并联工作的图解法并联工作的图解法 1 1、同、同型号的两台型号的两台( (或多台或多台) )泵并联后的总和流量，将等泵并联后的总和流量，将等于某扬程下各台泵流量之和。于某扬程下各台泵流量之和。q q0 0h h442 2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作、同型号、同水位的两台

25、水泵的并联工作q q(q-h)(q-h)1+21+2(q-h)(q-h)1,21,2h hq-hq-hm mq q1+21+2q q1,21,2n nh hn n1,21,2nns shhqq45步骤：步骤：(1)(1)绘制两台水泵并联后的总和绘制两台水泵并联后的总和(q-h)(q-h)l+2l+2曲线曲线(2)(2)绘制管道系统特性曲线绘制管道系统特性曲线, ,求并联工况点求并联工况点m m。(3)(3)求每台泵的工况点求每台泵的工况点n nogaosthhhh221)41(qsshhogaostq q(q-h)(q-h)1+21+2(q-h)(q-h)1,21,2h hq-hq-hm mq

26、 q1+21+2q q1,21,2n nh hn n1,21,2nns shhqq46结论：结论：(1)n(1)nn n1,21,2，因此，在选配电动机时，要根据单条单独，因此，在选配电动机时，要根据单条单独工作的功率来配套。工作的功率来配套。(2)q(2)qq q1,21,2，2q2qq q1+21+2，即两台泵并联工作时，其流量，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。不能比单泵工作时成倍增加。q q(q-h)(q-h)1+21+2(q-h)(q-h)1,21,2h hq-hq-hm mq q1+21+2q q1,21,2n nh hn n1,21,2nns shhqq注意：注

27、意： (1)(1)如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。 (2)(2)如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。 483 3、不同型号的、不同型号的2 2台水泵在相同水位下的并联工作台水泵在相同水位下的并联工作q qhhh h(q-h)(q-h)(q-h)(q-h)

28、q-hq-hababq-hq-hbcbcq qh hq q(q-h)(q-h)+ + q-hq-hbdbde e步骤：步骤：(1)(1)绘制两台水泵折引至绘制两台水泵折引至b b点的点的(q-h)(q-h)、(q-h)(q-h) 曲线曲线(2)(2)绘制两台水泵折引至绘制两台水泵折引至b b点的点的(q-h)(q-h) 曲线曲线(3)(3)绘制绘制bdbd段管道系统特性曲线段管道系统特性曲线, ,求并联工况点求并联工况点e e(4)(4)求每台泵的工况点求每台泵的工况点2qshhhhababbq qhhh h(q-h)(q-h)(q-h)(q-h) q-hq-hababq-hq-hbcbcq qh hq q(q-h)(q-h)+ + q-hq-hbdbde e504、如果两台同型号并联工作的水泵，其中一台如果两台同型号并联工作的水泵，其中一台为调速泵，另一台是定速泵为调速泵，另一台是定速泵。在调速运行中可能会遇到两类问题：在调速运行中可能会遇到两类问题： (1) (1) 调速泵