第四章 水泵运行工况及工况调节 第三讲课件

1、第四章第四章 水泵运行工况及工况调节水泵运行工况及工况调节内容内容: 水泵装置的总扬程、运行工况及工况调节（调水泵装置的总扬程、运行工况及工况调节（调 速调节、变径调节、变角调节、闸阀节流调速调节、变径调节、变角调节、闸阀节流调 节）、离心泵的并联及串联运行。节）、离心泵的并联及串联运行。重点及难点：重点及难点：水泵运行工况及确定、离心泵的并联水泵运行工况及确定、离心泵的并联 及串联运行。及串联运行。要求：要求：要求学生熟练掌握运行工况是如何确定的、离要求学生熟练掌握运行工况是如何确定的、离 心泵并联运行的图解法。掌握装置总扬程、变心泵并联运行的图解法。掌握装置总扬程、变 速运行、变径运行、节

2、流调节。速运行、变径运行、节流调节。4.1 水泵运行工况的确定水泵运行工况的确定 1、装置需要扬程与管路特性曲线、装置需要扬程与管路特性曲线 2、水泵运行工况点的确定、水泵运行工况点的确定4.2 水泵并联及串联运行工况水泵并联及串联运行工况 1、水泵并联运行工况、水泵并联运行工况 2、水泵串联运行工况、水泵串联运行工况4.3 水泵工况调节水泵工况调节 1、变速调节、变速调节 2、变径调节、变径调节 3、变角调节、变角调节 4、节流调节、节流调节 5、调节方法的比较、调节方法的比较第四章 水泵运行工况及工况调节4.3 水泵工况调节 水泵工况点是水泵性能曲线和装置需能曲线的水泵工况点是水泵性能曲线

3、和装置需能曲线的交点，工况点并不是恒定不变的，只要两者之一发交点，工况点并不是恒定不变的，只要两者之一发生变化，工况点就要随之变化。因此，通常通过改生变化，工况点就要随之变化。因此，通常通过改变水泵性能曲线（变速调节、变径调节、变角调变水泵性能曲线（变速调节、变径调节、变角调节）或改变装置需能曲线（闸阀节流）的方法调节节）或改变装置需能曲线（闸阀节流）的方法调节水泵的运行工况，来满足用户对流量、水压的要求。水泵的运行工况，来满足用户对流量、水压的要求。变速调节的基本理论是比例律，比例律公式：变速调节的基本理论是比例律，比例律公式： 这三个公式反映出转速改变时，水泵主要性能变化规这三个公式反映出

4、转速改变时，水泵主要性能变化规律律 。根据城镇管网中用水量的变化。根据城镇管网中用水量的变化,充分利用调速特性充分利用调速特性,满足用满足用户的要求户的要求,保证水泵在高效段内工作。保证水泵在高效段内工作。2121nnQQ222121nnHH323121nnPP4.3.1 变速调节变速调节 一、比例律的应用：一、比例律的应用：在泵站的设计和运行中，最常见的三种情在泵站的设计和运行中，最常见的三种情况：况：1）已知水泵转速）已知水泵转速n1下的下的(QH)1扬程特性曲线，所需的工况点扬程特性曲线，所需的工况点A2（Q2、H2）不在）不在(QH)1上，求水泵工作在上，求水泵工作在A2点时的转速。点

5、时的转速。2）根据水）根据水泵的静扬程和水泵最高效率点确定水泵的运行转速。泵的静扬程和水泵最高效率点确定水泵的运行转速。3）已知转速）已知转速n1时时的（的（QH）1曲线，画出曲线，画出n2时的（时的（QH）2曲线。曲线。 1、根据用户的要求确定水泵转速。、根据用户的要求确定水泵转速。 已知水泵转速已知水泵转速n1下的（下的（QH）1扬程特性曲线，所需的工况点扬程特性曲线，所需的工况点A2（Q2、H2）不在（）不在（QH）1上，求水泵工作在上，求水泵工作在A2点时的转速。点时的转速。 根据比例律公式：根据比例律公式： 222121nnHH2121nnQQ211211QHQH即：即：HkQ2-此

6、线称工况相似抛物线此线称工况相似抛物线 计算（将计算（将A点的坐标代入式点的坐标代入式HkQ2求出求出K值）并值）并 绘制绘制HkQ2 曲曲线与线与n1下的（下的（QH）1曲线交于曲线交于A1(Q1、H1)。A1点为点为A2点的工況相似点即得：点的工況相似点即得： n2= n1 12QQ 相似工况抛物线上，相似工况抛物线上，各点的效率是相等各点的效率是相等的。的。HkQ2A1(Q1、H1 ）A2（Q2、H2）n1n2QHO 2、根据水泵最高效率点确定转速、根据水泵最高效率点确定转速 已知水泵工作时的静扬程为已知水泵工作时的静扬程为HST，泵运行时的工况点泵运行时的工况点A1不在高效率点，不在高

7、效率点，为了保持水泵在最高效率点运行，可为了保持水泵在最高效率点运行，可改变转速满足要求。改变转速满足要求。 通过水泵高效点通过水泵高效点A的相似工况的相似工况抛物线方程为：抛物线方程为： 绘制相似工况抛物线与装置需能特绘制相似工况抛物线与装置需能特性曲线交于性曲线交于B （QB、HB）点，点，A点和点和B点相似。则：点相似。则：22QQHHAAHkQ212nQQnABQHOHkQ2A1BAn1n2(QH)1(QH)2HAHQAQHST 3、 绘制变速后的水泵特性曲线绘制变速后的水泵特性曲线 已知已知n1与的与的(QH)求求n2下的下的(QH)2 ,在在(QH)曲线上取曲线上取57个点，利用相

8、似工况抛物线，求出与个点，利用相似工况抛物线，求出与(QH)曲线相对的相曲线相对的相似工况点。即得似工况点。即得n2下的下的 (QH)2曲线。曲线。 轴功率特性曲线轴功率特性曲线按按 转换得转换得(QP)2曲线。曲线。 效率特性曲线效率特性曲线利用工况利用工况相似点的效率相等求得。相似点的效率相等求得。323121nnPPQHOHkQ2A1A2n1n2(QH)1(QH)211例题：例题：某水泵转速n1=950r/min时的（QH）1曲线。其管道系统特性曲线方程式为H=10+17500Q2 （Q以m/s计）。 试问：（1）该水泵装置工况点的QA与HA值。 （2）保持静扬程为10m。流量下降33.

9、3% 时，其转速n2应降为多少r/min？ HOQ(QH)1ABHkQ2Cn2n1 二、水泵调速途径和调速范围二、水泵调速途径和调速范围 水泵调速的目的：在满足用户要求的前提下安水泵调速的目的：在满足用户要求的前提下安全、节能。全、节能。 水泵调速的途径：水泵调速的途径：1）在电动机转速不变的情况）在电动机转速不变的情况下，通过水泵与电动机之间安装调速机构进行调下，通过水泵与电动机之间安装调速机构进行调节。节。2）通过改变电动机转速（电机定子极数调）通过改变电动机转速（电机定子极数调速、变频调速、调节转差率）改变水泵转速。速、变频调速、调节转差率）改变水泵转速。 水泵调速时应注意的几个问题：水

10、泵调速时应注意的几个问题： 1、调速泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速（水、调速泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速（水泵产生共振时的转速称为临界转速泵产生共振时的转速称为临界转速nc）重合、接近或成倍数。）重合、接近或成倍数。 单级离心泵的设计转速都低于其轴的临界转速，一般约为临界转速单级离心泵的设计转速都低于其轴的临界转速，一般约为临界转速的的75%80% 。 多级泵的设计转速一般大于第一临界转速的多级泵的设计转速一般大于第一临界转速的1.3倍，小于第二临界转倍，小于第二临界转速的速的70% 。 因此，调速时应该慎重。因此，调速时应该慎重。 2、水泵调速有一定的调速范

11、围，如果调速过大水泵的效率下降较、水泵调速有一定的调速范围，如果调速过大水泵的效率下降较大，水泵不能保证在高效率内运行。一般降速不能超过额定转速的大，水泵不能保证在高效率内运行。一般降速不能超过额定转速的30%50% 。水泵转速一般不能轻易调高。水泵转速一般不能轻易调高。 3、调速装置价格昂贵，泵站一般采用调速泵与定速泵并联工作的方、调速装置价格昂贵，泵站一般采用调速泵与定速泵并联工作的方式。管网中用水量变化时，采用定速泵进行大调，调速泵进行微调。式。管网中用水量变化时，采用定速泵进行大调，调速泵进行微调。 4、水泵调速的合理范围应该是调速泵与定速泵均能运行于各自的、水泵调速的合理范围应该是调

12、速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内。高效段内。变径调节变径调节：是将水泵的原叶轮直径在车床上切削去一：是将水泵的原叶轮直径在车床上切削去一部分再安装好进行运转。切削叶轮是用以改变水泵特部分再安装好进行运转。切削叶轮是用以改变水泵特性的一种调节方法。性的一种调节方法。 22DDQQ222)(DDHH322)(DDPPD2D2D2 D24.3.2 变径调节 1、切削律的应用、切削律的应用 1）根据实际需求确定切削量）根据实际需求确定切削量 已知点已知点B，且在，且在(QH)的下方。现使用切削律方法，使水泵切削的下方。现使用切削律方法，使水泵切削后的特性曲线通过后的特性曲线通过B点，求切削后叶轮的

13、直径点，求切削后叶轮的直径D2是多少？是多少？ 根据切削律得根据切削律得HkQ2-此线称切削抛物线此线称切削抛物线 HkQ2CBD2D2QHOHST %100%222DDD切削量例：例：已知水泵特性曲线I，管道系统特性为，叶轮外经D2=174mm。原工况点A的QA= 27.3L/S ，HA=38.8m。若流量减少10% ，求变经调节时， 叶轮却削后的外经D2?切削量是百分之几？解：解：(1)当流量下降当流量下降10%时时 Qc=0.9QA=0.9 x 27.3=24.6L/s 由图查得：由图查得：H c=31.0m (2)切削相似抛物线：切削相似抛物线： K=Hc/Qc2=31.0/24.62

14、=0.0512（S2/L5 ） 由由H= 0.0512Q2点绘抛物线。点绘抛物线。 (3)求切削后的外经求切削后的外经D2 切线相似抛物线与切削前切线相似抛物线与切削前Q-H曲线交点曲线交点B。 QB=26L/s, QC、QB满足切削律公式可得：满足切削律公式可得： D2= （Qc / QB）D2=(24.6/26) x174=165m （4）切削量）切削量= （D2 D2）/ D2 = （174165）/174 =5.2% 2、水泵系列型谱图、水泵系列型谱图 叶轮切削是解决水泵类叶轮切削是解决水泵类型、规格的有限性与供水对型、规格的有限性与供水对象要求的多样性之间矛盾的象要求的多样性之间矛盾

15、的一种方法，它使水泵的使用一种方法，它使水泵的使用范围扩大。范围扩大。QHOBABAQ - HQ H 2）翻画水泵的特性曲线）翻画水泵的特性曲线 已知叶轮的切削量，求水泵特性曲线的变化。即已知叶轮直径已知叶轮的切削量，求水泵特性曲线的变化。即已知叶轮直径D2时的时的特性曲线，要求画出切削后叶轮直径为特性曲线，要求画出切削后叶轮直径为D2时的水泵的特性曲线。时的水泵的特性曲线。 3、切削叶轮应注意的问题、切削叶轮应注意的问题 应用切削律应该注意以下几点：应用切削律应该注意以下几点： 1）不同构造的叶轮应取不同切削方式。）不同构造的叶轮应取不同切削方式。 （1）低比转数的叶轮，叶轮前后两盖板和叶片

16、切削量都是一样的；）低比转数的叶轮，叶轮前后两盖板和叶片切削量都是一样的； （2）高比转数的叶轮，叶轮前后两盖板和叶片切削量是不一样的。）高比转数的叶轮，叶轮前后两盖板和叶片切削量是不一样的。对于高比转数的离心泵，后盖板的切削量应大于前盖板；对于混流泵对于高比转数的离心泵，后盖板的切削量应大于前盖板；对于混流泵的叶轮只切削前盖板的外缘直径，叶片完全不切削，以保持水流的流的叶轮只切削前盖板的外缘直径，叶片完全不切削，以保持水流的流线等长。叶轮出口如果有线等长。叶轮出口如果有导流器或减漏环，则切削时导流器或减漏环，则切削时,可只切削叶片。可只切削叶片。 （3）叶轮切削后对出水）叶轮切削后对出水舌面

17、需要进行处理。舌面需要进行处理。2）叶轮的切削量，如果控制在一定的限度内，则切削前）叶轮的切削量，如果控制在一定的限度内，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。其切削限量与水泵的比转后水泵相应的效率可视为不变。其切削限量与水泵的比转数有关。如下表：数有关。如下表： 叶轮切削限量叶轮切削限量 与比转数的关系与比转数的关系比转数60120200300350350以上最大允许切（%）201511970效率下降值每切削10% ，效率下降1%每切削4% ，效率下降1%变角调节变角调节:是指改变叶片是指改变叶片的安装角度，可以改变水的安装角度，可以改变水泵特性曲线泵特性曲线,从而达到了改从而达到了改变水泵工

18、况的目的。变角调变水泵工况的目的。变角调节只适用于轴流泵。节只适用于轴流泵。 轴流泵变角后的特性曲轴流泵变角后的特性曲线，当水泵转速不变时，叶线，当水泵转速不变时，叶片安装角度作参变数，可片安装角度作参变数，可以得到实测的不同角度的以得到实测的不同角度的Q-H,Q-N,Q-特性曲线。特性曲线。 4.3.3变角调节OQH N Q- NQ - Q - H0+2+4-2- 4-2 0- 4+2+2+4+40-2- 4轴流泵变角性能曲线轴流泵变角性能曲线变角调节变角调节 当装置需能曲线变化当装置需能曲线变化时，如何改变叶片安装角度时，如何改变叶片安装角度改变工况？如图所示，以改变工况？如图所示，以50

19、0ZLB-7.1型轴流泵为例，型轴流泵为例，有三条曲线有三条曲线1.2.3 分别表示分别表示最最高水位、常水位、最低水位高水位、常水位、最低水位时的装置需能曲线。时的装置需能曲线。QOH1230+2+4-2- 4ABCH1H2H360KW35KW72.5%75%77.5%80%81%45KW50KW55KW（1）如果叶片安装角度为）如果叶片安装角度为0。 最高水位时最高水位时 Q=663L/S，N=38.5Kw,=81% 常水位时常水位时 Q=570L/s，N=48Kw,81% 最低水位时最低水位时 Q=463L/s，N=57Kw,=73% 由此可以看出，最低水位时水泵出水量较小，效率低，由此

20、可以看出，最低水位时水泵出水量较小，效率低，轴功率较大且有超载的危险，为了避免超载现象的发生，轴功率较大且有超载的危险，为了避免超载现象的发生，可以通过改变叶片角度对工况进行人为调节。调节的情况可以通过改变叶片角度对工况进行人为调节。调节的情况如下：如下： 1）最高水位时，叶片安装高度调至）最高水位时，叶片安装高度调至+4 Q=758L/s，N =46Kw，81% 2）常水位时，叶片安装角度调至）常水位时，叶片安装角度调至0 Q=570L/s ，N=48Kw ，81% 3）最低水位时，叶片安装角度调至）最低水位时，叶片安装角度调至-2 Q=425L/s，N=51.7Kw,=73%（2）结论：）

21、结论： 1）静扬程变大时，调小叶片安装角度，电）静扬程变大时，调小叶片安装角度，电动机不超载；动机不超载； 2） 静扬程变小时，调大叶片安装角度，电静扬程变小时，调大叶片安装角度，电动机满载运行，抽水量多。动机满载运行，抽水量多。 总之，采用改变叶片安装角度的轴流泵，不总之，采用改变叶片安装角度的轴流泵，不仅可以是水泵以较高的效率抽水多，而且使电仅可以是水泵以较高的效率抽水多，而且使电动机长期保持或接近满负荷运行，以提高电动动机长期保持或接近满负荷运行，以提高电动机的效率和功率因数。机的效率和功率因数。4.3.4 节流调节节流调节 通过改变水泵出水管路上阀门的开度，使管路通过改变水泵出水管路上阀门的开度，使管路的局部阻力发生变化，从而改变装置性能，的局部阻力发生变化，从而改变装置性能，达到改变水泵工况的目的，称节流调节。达到改变水泵工况的目的，称节流调节。 闸阀节流的方法调闸阀节流的方法调节水泵工况需要消耗掉节水泵工况需要消耗掉水泵多余的能量。其消水泵多余的能量。其消耗的功率：耗的功率：HOQCBAQAQBQC123Q - PQ - H102HQP节流调节：节流调节： 在水泵站运行中，一般情况下是，不宜用闸阀来在水泵站运行中，一般情况下是，不宜用闸阀来调节流量。但是，由于水泵的功率是随着流量的减调