Ch6泵、风机与管网系统的匹配

1、Ch6 泵、风机与管网系统的匹配泵、风机与管网系统的匹配6.2 泵、风机的工况调节泵、风机的工况调节6.3 泵、风机的安装位置泵、风机的安装位置6.1 泵、风机在管网系统中的工作状态点泵、风机在管网系统中的工作状态点6.4 泵、风机的选用泵、风机的选用6.1 泵、风机在管网系统中的工作状态点一、管网特性曲线1、阻力特性管网总阻力与总流量的关系：2、管网特性曲线广义特性曲线Pst反映了环境因素对流动的影响。2224224iiiisiiisiLSALRlvRlP21122)()(SLPPPPgZPgZPPstste2Zo11P1Z22Po21通风空调气体管网机械循环采暖管网室外供热管网空调冷冻水管

2、网空调冷却水管网狭义性能曲线闭式管网，密度不变，进出口同高度，即重力做功为零，Pst=0。2ePSL二、管网特性曲线的影响因素影响管网特性曲线形状的决定因素是阻抗S 。S值越大，曲线越陡 。S=f (l，d，K，) 72-12(4 kgm2(4 (kgm )2iisL iiisM iiilRSAlRS A 调整l，d，可以调整管网的阻力特性减小l，增大d都可以减小S。三、管网系统对泵、风机性能的影响系统效应：泵（风机）出入口与管网的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵（风机）的性能发生改变（一般会下降）。1、入口效应泵或风机在入口处以直角拐弯或圆弧拐弯时，性能均会下降，以入口箱形式连接会减

3、小入口效应。原因：入口流体分布不均匀；吸入口绝对压力降低，密度减小，做功能力减弱。措施：弯管距入口距离3D。(b) 方形弯管(a)圆形弯管管道长度R(c) 进口风箱2、出口效应从风机出口不规则的速度分布，到管道内气流速度规则分布的截面之间的长度，称之为效应管道长度。措施：不应在此长度内安装形状突变的管件或设备。风机出口留有足够长度的长直管。系统效应曲线计算100%的效应管道长度：如果风速是12.5m/s以下取2.5倍管径为长度，那么风速每增加5m/s， 例： 风速为25m/s,取5倍管径为100%效应管道长度。若管道为方型，边长分别为 a,b .出口断面1.00.60.80.90.70.50.

4、4-R-ST-UV-WSPPR-SR-SS-TU-WW-XU直径可按 d=(4ab/pi)离心式风机长度增加1倍管径。计算。0.5弯钩接口-U-VW-XX-UUW-X-WW-100%效应管道长度排气管道当量鼓风断面鼓风断面面积 出口断面面积压力恢复无管道12%效应管长25%效应管长 50%效应管长100%效应管长0 50%100%8090 %系统效应曲线计算100%的效应管道长度：如果风速是12.5m/s以下取2.5倍管径为长度，那么风速每增加5m/s， 例： 风速为25m/s,取5倍管径为100%效应管道长度。若管道为方型，边长分别为 a,b .出口断面1.00.60.80.90.70.50

5、.4-R-ST-UV-WSPPR-SR-SS-TU-WW-XU直径可按 d=(4ab/pi)离心式风机长度增加1倍管径。计算。0.5弯钩接口-U-VW-XX-UUW-X-WW-100%效应管道长度排气管道当量鼓风断面鼓风断面面积 出口断面面积压力恢复无管道12%效应管长25%效应管长 50%效应管长100%效应管长0 50%100%8090 %W( 1 0 0 ) 0 . 41 5( 7 . 5 )( 5 0 ) 0 . 2( 2 5 ) 0 . 1( 3 . 5 ) ( 4 )( 2 . 5 )567( 3 )( 4 . 5 )891 0( 5 )6 0( 3 0 )3 0( 1 5 )(

6、1 2 . 5 )2 0( 1 0 )2 54 0( 2 0 )5 0( 2 5 )X( 1 5 0 ) 0 . 6( 2 0 0 ) 0 . 8( 2 5 0 ) 1 . 0( 5 0 0 ) 2 . 0( 7 5 0 ) 3 . 0 ( 1 0 0 0 ) 4 . 0 ( 1 2 5 0 ) 5 . 0UVTSQRP系统效应参数，压力损失-in.wg(Pa)四、泵或风机在管网系统中的工作点1、工作状态点将泵或风机的实际H-Q性能曲线与其所在管网系统的管网特性曲线，用相同的比例尺、相同的单位绘在同一直角坐标图上，两条曲线的交点即为。又称运行工况点。泵(风机) 在管网中工作，其总工作流量即为管

7、网的总流量，泵(风机)所提供的能量与管网中流体流动所需的能量相等。工况点稳定工作点泵或风机的H-Q曲线为平坦型时，工作点A为稳定工作点。不稳定工作点当泵或风机的H-Q曲线为驼峰型时，可能出现两个工作点E和D，E为不稳定工作点，D为稳定工作点。2、稳定工作区驼峰型H-Q曲线压头峰值右侧为稳定工作区；压头峰值左侧为不稳定工作区。最佳工作区既稳定又经济的工作区间，即效率90%95%的区间。3、喘振在不稳定工作区的泵或风机有时会发生一会输出流体，一会倒吸入流体的现象。H-Q曲线为驼峰型且左侧较陡时，工作点离压头峰值较远时易发生喘振。喘振的防止措施工作点尽量避开不稳定区旁通或放空法增速节流法4、系统效应

8、对工况点的影响选择合理的进出口连接方式当确实无法避免系统效应时，应在设计选用泵（风机）时将系统效应的影响考虑在内。 设计风量3 系统效应设计压力低效率下的实际风量下的风量损失 4设计风量下系统效应损失不考虑系统效应的曲线A考虑系统效应的假想曲线B12选用的风机曲线理想的风机压力风量曲线五、泵或风机的联合运行何谓联合运行？两台或两台以上的泵(或风机)在同一管网系统中共同工作，称为联合运行。联合运行的目的是什么？增加流量或增加压头；便于管网调节，适应用户需求的变化联合运行有哪些方式？并联运行；串联运行1、泵或风机并联运行工况分析多台泵或风机在同一设备中抽水或吸气。并联运行工作的基本特征H=H1=H

9、2Q=Q1+Q2并联运行设备组的性能曲线绘制方法QQQABCHQ水泵并联运行工作风机并联运行工作HQQaQbQa+QbIIIIIIabcHa=Hb=Hc并联运行设备组性能曲线的绘制相同泵或风机并联运行 A是两台水泵并联运行时管网系统的工作点。管网流量为QA。 B是两台水泵并联运行时各台水泵自身的工作点，流量均是QB。 QA=2QB HA=HBQBQCAQABCHQBC过过A作水平作水平线与线与I交于交于BC是其中一台设备单独单独运行时的工作点。管网流量为Qc，设备流量为Qc。QcQB说明设备单独运行比参与并联运行时的流量大。QAQc并联后总流量增加。QA-QcHC并联后压头增加。多台相同泵或风

10、机并联运行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网特性曲线 A是单机运行时系统的工况点B是两台并联时的工况点C是三台并联时的工况点 Q1是从单机增加至两台并联运行时的流量增量； Q2是从两台增加至三台并联运行时的流量增量。Q2 Q1BAHCQQ12Q多台相同泵或风机并联运行随着并联台数的增多，流量增加的效果变差。随着并联台数的增多，流量增加的效果变差。设备性能对并联运行工况的影响1陡降型性能曲线，1是两台并联的性能曲线2平缓型性能曲线，2是两台并联的性能曲线陡降型并联得到的流量增量：Qc-Qa平缓型并联得到的流量增量：Qb-Qa Qc-Qa Qb-QaQ设备性

11、能对并联运行工况的影响性能曲线陡降型设备并联，流量增加更显著。性能曲线陡降型设备并联，流量增加更显著。管网特性对并联运行工况的影响I 一台设备的性能曲线II两台设备并联的性能曲线1较陡的管网特性曲线1较缓的管网特性曲线管网特性曲线较陡时并联得到的流量增量=Dq1管网特性曲线较缓时并联得到的流量增量=dQ2dQ2dQ1IQHIIdQ2dQ111管网特性对并联运行工况的影响管网特性曲线越平缓，设备并联运行流量增加越显著。管网特性曲线越平缓，设备并联运行流量增加越显著。不同性能设备并联运行、分别是两台设备的性能曲线是两台设备并联的性能曲线。是管网特性曲线A点是两台设备并联工作的工况点，C、B分别是其

12、中设备I和设备II的工作点E、D分别是设备I和设备II单独在管网中运行的工作点QAQD+QEABCHQQCAEQBAQD+HF不同性能设备并联运行工程中一般采用相同的设备并联运行。工程中一般采用相同的设备并联运行。！当并联工况点移至！当并联工况点移至F点时，由于设备点时，由于设备的压头不能大于的压头不能大于HF，因而不能输出流量，此时应停开设备因而不能输出流量，此时应停开设备 泵或风机并联运行特点小结多台设备并联工作的总流量等于各设备流量之和，总压头与各设备压头相等。多台设备并联工作的总流量小于并联前各设备单独工作的流量之和。在同一管网系统中，任一设备参与并联运行时的流量小于其单独运行时的流量

13、，压头则大于其单独运行时的压头。并联台数增多，每并联上一台设备所增加的流量愈小，不宜采用过多设备并联运行的方式。管网特性曲线越陡，并联运行流量增加越少。设备性能曲线越陡，并联运行流量增加越多。泵或风机并联运行的应用当用户需要流量大，而大流量的泵或风机制造困难或造价太高时；流量需求变化幅度大，通过停开设备台数以调节流量时；当有一台设备损坏，仍需保证供液（气），做为检修及事故备用时。 2、泵或风机串联运行工况分析第一台设备出口与第二台设备吸入口连接。串联运行工作的基本特征H=H1+H2Q=Q1=Q2QQ2Q1H1H2H=H1+H2串联运行设备组的性能曲线cIIIQc=Qa=QbQHI,IIa,bH

14、a,HbHc=Ha+Hb=2Hb串联运行工况分析曲线是一台设备的性能曲线曲线是两台设备串联运行的性能曲线曲线是管网特性曲线A点是串联工作的工况点，流量为QA，压头为HAB点是串联工作时其中一台设备的工况点，流量为QB=QA，压头为HB；HA=2HB2HCC点是其中一台设备单独工作时的工况点，流量为QC，压头为HC；HCHA，QcQA过过A作垂线线作垂线线与与I交于交于B串联运行工况分析泵或风机串联运行特点小结串联运行的总流量和压头都比串联前高。表面上看，增加压头是串联的目的。但最终目的一般还是为了满足更大的流量需求。流量大，管网的阻力大，需要更大的动力。泵(风机)的性能曲线越平坦，串联后增加的

15、流量和压头越大，越适合串联工作。泵或风机串联运行的应用一台高压的泵或风机制造困难或造价太高；在管网改建或扩建时，管网阻力加大，需要的压头提高；一般应采用性能相同的泵串联工作；下游水泵承受压力较高，应注意泵的强度；风机串联工作的操作可靠性差，一般不推荐采用。例：某管网使用水泵一台。总流量为 200m3/h时，管网总阻力是10m；管网进出口高差10m。现需将管网总流量增加50%，决定增加一台相同的水泵，问新增加的水泵是并联运行好，还是串联运行好？1台水泵的性能参数表H（m）32.52011Q（m3/h）150200220解：作图进行工况分析。根据工况分析图可知，串解：作图进行工况分析。根据工况分析

16、图可知，串联一台后管网的流量为联一台后管网的流量为220m3/h，不满足要求；并，不满足要求；并联一台后流量为联一台后流量为300m3/h，满足要求。，满足要求。HQ10m200 220300IIIVIIIIabcHstH=Hst+SQ2 S=H/Q2思考有人说，相同的两台水泵并联运行，其流量应等于任意一台水泵单独工作时流量的2倍，这种说法对吗？某管网需要的流量是200t/h，选择两台额定流量为100t/h的水泵是否能够满足要求？试进行分析。6.2 泵、风机的工况调节一、调节管网系统特性改变阻抗，调节阀门易于调节阻抗。1、液体管网系统特性调节水泵调节阀宜装在出口处。关小阀门增大阻抗，特性曲线变

17、陡；使得阻力损失增加；无用功增加；不经济，调节频繁，只能临时调节。HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB液体管网系统特性调节2、气体管网系统特性调节气体管网系统特性调节宜在风机入口设调节阀。关小入口阀门，增大入口系统效应，风机性能曲线下降，管网特性曲线变陡；比同流量时，全压损失减少；无用功减少；经济方便。适于安装定转速风机的管网。HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB气体管网系统特性调节气体管网系统特性调节二、调节泵、风机的性能调节泵、风机的性能1、变速调节1）相似工况变速调节雷诺自模区内，同一泵或风机在不同转速下的性

18、能曲线上存在一一对应的相似工况点。在相似工况点之间，性能参数服从相似律的关系。当密度、叶轮尺寸不变时：223223()()()()()()QnHnPnNnQnHnPnNnPQHQNQPQHQNQ泵或风机变速运行的相似工况曲线变速调节工况分析（1）泵或风机在狭义管网中变速运行时，当总阻抗不变时，不同转速下的工况点是相似工况点。若变速同时，S值也发生变化，则不同转速的工况不是相似工况，上述关系不成立；对于具有广义特性曲线的管网，上述关系亦不成立。222()HHQkQQ223()()()QnHnPnNnQnHnPnNnI0QHHHcIIBACABHBQCQQAIVIIIQ0QBBHAHHBIAQII

19、III(IV)AstH（a）广义特性曲线管网 （b）狭义特性曲线管网（2）用降低转速来调小流量，节能效果非常显著；用增加转速来增大流量，能耗增加剧烈。在理论上可以用增加转数的方法来提高流量，但是转数增加后，使叶轮圆周速度增大，因而可能增大振动和噪声，且可能发生机械强度和电机超载问题，所以一般不采用增速方法来调节工况。改变泵或风机转数的方法有：（1）改变电机转数。常用：变频调节（2）调换皮带轮。（3）采用液力联轴器。实际应用问题（1）不改变管网，减小转速，将流量从QA（对应转速n），调节到QB，转速应为多少？解：求流量为QB时要求的工况点（B点） ；过B点作相似工况曲线，与转速为n时的泵或风机的

20、性能曲线的交点C，是B点的相似工况点；在此两点间依据相似律求应有的转速。（2）转速n时流量为QA，不改变管网，转速减小为n，流量为多少？解：求转速为n时的水泵（风机）性能曲线，其与管网特性曲线的交点即为新的工况点，从而求出新的管网流量。复习： 已知转速n时水泵的性能曲线，求转速减小为n时的性能曲线。解：在转速n的水泵性能曲线上找若干点。利用相似律，求对应的相似工况点的性能参数，连接起来可获得新转速下的性能曲线。2、进口导流器调节进口导流器调节原理导流器的作用是使气流进入叶轮之前产生预旋。当导流器全开时，气流无旋进入叶轮，此时叶轮进口切向速度vu10，所得风压最大。向旋转方向转动导流器叶片，气流

21、产生预旋，使切向分速vu1加大，从而风压降低。导流器叶片转动角度越大，产生预旋越强烈，风压P越低。 特点进口有撞击损失，但比阀门调节节能，比转速调节耗能。操作方便灵活。(a)(b)PBQCQAQQCBA3、切削叶轮调节、切削叶轮调节泵或风机的叶轮经切削，外径改变，性能曲线改变，工况点移动。 叶轮经过切削后与原来叶轮不符合几何相似条件。但可认为出口速度三角形相似。HD222D22cuc22u22CDBA(D )(D )2Q2DDvvvv22222222rruuuu切削定律222222222422222200222223222222 uTrTu vQD b vHgbbDDDQHNQDHDNDHHQ

22、QD bD bDDDQHNQDHDND；低比转数时，则有第一切削律第一切削曲线：中高比转数时，则有第二切削律第二切削曲线2020HHQQ：实际工程应用1、已知水泵叶轮外径D2时的性能曲线，求D2时的性能。解：在外径D2时的性能曲线上选取若干点，应用切削律，计算外径为D2时对应的各个点的参数值，并连成曲线。2、已知水泵叶轮外径D2时的性能曲线和管网特性曲线，水泵输出流量是Qa，要求通过改变叶轮直径，将流量调整为Qb，求此时的直径D2。解：1）找到所要求的新的工况点B；2）过新工况点作切削曲线，找到与外径D2的水泵性能曲线的交点C（或D）；在B点和C点（或D点）之间利用切削律，求出D2。叶轮切削注

23、意切削会带来效率下降，对切削量有限制。比转数越大，允许切削量越小；使用中通常是提供几套叶轮经过切削的叶轮在需要时进行更换。特点：节能，停机换轮，适于季节性调节。表表6-2-1 叶轮最大切削量叶轮最大切削量泵的比转数ns60120200300350350以上允许最大切削量201511970效率下降值每切削10下降1每切削4下降1例6-1已知水泵性能曲线。管路阻抗S76000mH2O/(m3/s)2，静扬程Hst19m，转速n2900r/min。试求：水泵的流量Q、扬程H、效率及轴功率N；用阀门调节方法使流量减少25，求此时水泵的流量、扬程、轴功率和阀门消耗的功率。用变速调节方法使流量减少25，转

24、速应调至多少？D2=200mm，若用切削叶轮方法使流量减少25%，问应切削多少？024681012 Q(10 m /s)162024283236H(m)CADBQ-Q-H70605040(%)-336.3 泵与风机的安装位置泵与风机的安装位置一、水泵的气穴和气蚀现象引起原因：水泵内部低压区，液体汽化。后果：引起局部水锤，破坏水泵叶片。避免气蚀的技术原理：使水泵内部最低点的压力高于工作温度下的汽化压力，且有一定的富余值。避免气蚀的技术手段：使水泵内部的水保持一定的压力，避免汽化。通常要控制水泵距离吸水面的安装高度。HssdPa/0P1/Hs绝 对 压 力 零 线d01相 对 压 力 零 线1P

25、/r1P /r0PgvPPk)2(211PPgvPk2211二、吸升式水泵的安装高度吸升式水泵的安装高度列水面与水泵进口断面的伯努利方程：220011012011212112122 2 2()2 2sssssssskssssssssssPvPvZZhggPPvHhgvHHhgPPvPgHHvHHh HHg 在实际应用中，Hs的确定应注意如下两点：当泵的流量增加时，1-1断面至叶轮进口附近的流体流动损失和速度水头都增加了，所以Hs应随流量增加而有所降低。水泵厂一般在产品样本中，用Q-Hs曲线来表示该水泵的吸水性能。泵的产品样本给出的Q-Hs曲线是在大气压强为10.33mH2O，水温为20的清水条

26、件下试验得出的。当泵的使用条件与上述条件不相符时，应对Hs值按下式进行修正： Hs =Hs-(10.33-ha)+(0.24-hv) 8400Q(10 m /s)80160240320Hs400Hs(m)-3314SA型离心泵型离心泵Q-HS曲线曲线 例6-3:12Sh-19A型离心泵，流量为0.22m3/s时，由水泵样本中的Q-Hs曲线中查得，其允许吸上真空高度Hs4.5m，泵进水口直径为300mm，从吸水管进入口到泵进口的水头损失为1.0m，当地海拔为1000m，水温为40，试计算其最大允许安装高度Hss。解：当海拔为1000m时，Pa=0.092MPa，则ha9.2m；水温为40时，Pv

27、=7.5KPa，则hv0.75m。Hs 4.5-(10.33-9.2)-(0.75-0.24)=2.86m mHmhmgvsmDQvhgvHHsssssss37.1)149.0(86.21;49.02; /11.3)3.0(785.022.04)2(2122121三、灌注式水泵的安装高度灌注式水泵的安装高度对于有些轴流泵，或输送高温液体（例如供热管网、锅炉给水和蒸汽管网的凝结水等管网系统，对应温度下的液体汽化压力较高），或吸液池面压力低于大气压而具有一定的真空度，此时，叶轮往往需要安装在最低水面以下，对于这类泵常采用“气蚀余量”来衡量它们的吸水性能，确定它们的安装位置。临界气蚀余量hmin安全

28、裕量必须气蚀余量 实际气蚀余量应大于必须气蚀余量称为临界气蚀余量，发生气蚀，则有若泵内的压力损失实际气蚀余量为PPPPPgvPPPgvPVkV)2()2(211V2112112011022vgsvgsgsPPvhgPPvHhgPPHhhHhh 当水箱中液面压强当水箱中液面压强P0等于液体温度对应的等于液体温度对应的饱和汽化压力饱和汽化压力Pv时，则有：时，则有：实际吸上真空高度和实际气蚀余量之间存在如下联系：用允许吸上真空高度和必须气蚀余量来控制水泵的安装位置，在本质上是一致的。gvPPHhvas221四、泵与管网的连接四、泵与管网的连接 1、吸水管路的连接不漏气不积气不吸气2、压出管路的连接

29、止回阀减振：柔性接头五、风机与管网的连接五、风机与管网的连接 1、风机进口装置长直管段或较小角度的渐扩管推荐通风机进口接管2、风机出口装置 长直管段推荐通风机出口接管6.4泵或风机的选用一、常用泵或风机的性能及使用范围1、常用水泵单级单吸离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵、管道泵直接耦合式、皮带传动式、直连式、湿转子型离心泵H-Q曲线类型平坦型、驼峰型、陡降型卧式单级单吸离心泵立式单级单吸离心泵单级双吸离心泵卧式多级离心泵立式多级离心泵立式屏蔽泵 卧式屏蔽泵 皮带轮连接 液力耦合器 液力耦合器连接泵的综合性能图某一类型泵的综合性能图将同一型号、不同规格的泵的性能曲线，在高效区（0.9max）的

30、部分，绘在一张图上。图中的每一个方框是一种规格泵的高效工作区。其上边是标准叶轮高效区的QH曲线，中边及下边是切削两次的高效区QH曲线（或只有切削一次的下边），两侧边是等效率线。因此方框内的工况点都是高效工况。泵的综合性能图23QH1QHTSWA卧式多级离心泵的综合性能图卧式多级离心泵的综合性能图2、常用风机离心式：阻力大的送排风系统轴流式：阻力小甚至无管路的送排风混流式：锅炉引风机、通风机、防排烟风机贯流式：空气幕、家用电扇、汽车通风机性能及适用范围表二、选用原则1、泵的选用原则根据输送液体物理化学性质（温度、腐蚀性等）选取适用种类的泵；泵的流量和扬程能满足使用工况下的要求，并且应有1020的

31、富裕量；应使工作状态点经常处于较高效率值范围内；当流量较大时，宜考虑多台并联运行；但并联台数不宜过多，尽可能采用同型号泵并联。选泵时必须考虑系统静压对泵体的作用，注意工作压力应在泵壳体和填料的承压能力范围之内。2、风机的选用原则根据风机输送气体的物理、化学性质的不同，如有清洁气体、易燃、易爆、粉尘、腐蚀性等气体之分，选用不同用途的风机。风机的流量和压头能满足运行工况的使用要求。并应有1020的富裕量。应使风机的工作状态点经常处于高效率区，并在流量-压头曲线最高点的右侧下降段上，以保证工作的稳定性和经济性。对有消声要求的通风系统，应首先选择效率高、转数低的风机，并应采取相应的消声减振措施。尽可能避免采用多台并联或串联的方式。当不