水泵与水泵站3运行10学时

第三章离心泵的运行3.1离心泵装置定速运行工况3.2离心泵装置调速运行工况3.3离心泵装置换轮运行工况3.4离心泵并联及串联运行工况1§3.1离心泵装置定速运行工况3.1.1瞬时工况点

水泵瞬时工况点：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称水泵瞬时工况点。

每一台水泵在一定的转速下，都有它自己固有的特性曲线，此曲线反映了该水泵本身潜在的工作能力，或者说是水泵能够供给的流量和扬程，那么某一时刻水泵的工况点该怎么确定呢？2决定离心泵工况点的因素水泵本身型号123水泵运行的实际转速管路系统及边界条件前两方面通常比较明确，所以我们主要讨论管路系统和边界条件3管道水头损失特性曲线表示管路中水头损失与流量之间的关系。0Q3.1.2管路系统的特性曲线a、管道水头损失特性曲线4管道系统特性曲线：把水头损失与净扬程联系起来，曲线上任一点k表示输送流量为QK的液体至HST的高度所需要的能量为HK。可以认为是需求曲线b、管道系统特性曲线0QQK●HK53.1.3离心泵工况点的确定工况点：离心泵的Q~H曲线与管道系统的特性曲线的交点称为水泵的工况点。该交点反映了能量的供需平衡供=需设计计算由水泵特性曲线查得6a、图解法---简明、直观，工程中应用广泛（１）直接法解法：a、绘水泵性能曲线Q～H；

b、绘管道系统特性曲线Q～H需；

C、两曲线相交点M称为水泵装置工况点（工作点），此时，M点对应横坐标QA和纵坐标HA分别为水泵装置的出水量和扬程。7Q-ΣhMKDHSTHSTQQMHQ-HΣh离心泵装置的工况点HMK18MHSTQQMHQ-ΣHQ-H（２）折引法离心泵装置的工况点Q’-H’M1HM9原理：

拟合Q-H曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。b、数解法----计算机自动控制特征参数拟合计算或测量10拟合Q-H曲线(1)H——水泵的实际扬程(MPa)；Hx——水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)；hx——相应于流量为Q时，泵体内的虚水头损失之和。hx=SxQmMPaSx——泵体内虚阻耗系数;m——指数。(2)113.1.4离心泵工作点的校核离心泵在此工作点工作是否正常，主要从以下几点进行校核：1、流量和扬程是否满足使用要求；2、水泵是否在高效区工作；3、水泵不超载或空载；4、水泵不发生汽蚀。12

泵的工况点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之一或者同时改变即可实现流量的调节。(1)自动调节(2)人工调节调节工况点的方法：调节阀门；调节转速；调节叶轮；水泵的联合运行3.1.5离心泵装置工况点的改变13水泵的工况点随水位变动（自动调节）

14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，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。H=HST+SQ2，当改变阀门开启度时，管道阻抗随之改变QAAHQQBBB1闸阀调节15例题[例]现有14SA—10型离心泵一台，转速n＝1450r／min，叶轮直径D＝466mm，其Q—H特性曲线如图2—31所示。试拟合Q—H特性曲线方程。(解]由14SA—10型的Q—H特性曲线上，取包括(Q。，H。)在内的任意4点，其值如表2—3所示。上表中H值单位为m，Q值单位为L／s。

型号已知各点的坐标值待计算值HoQoH1Q1H2Q2H3Q3A1A214SA--107207024065340603800．0168-0．0001716图2-3114SA-10型离心泵的特性曲线

17求解过程为：已知的各坐标值代入方程，可得：288+960A1+317600A2＝26769120+317600A1+108X106A2＝61700将上式化简后，解得：A1＝0.168；A2＝-0.000117将结果且A1、A2：值代入(2—62a)式，得出该泵的Q—H特性曲线方程为：H＝72+0.0168Q-0.00017Q2将上式与该水泵装置的管道特性曲线方程H＝HST+SQ2联立，即可求得其工况点的(Q，H)值。｛18§3.2离心泵装置调速运行工况调速运行：指水泵在可调速的电机驱动下运行，通过改变转速来改变水泵装置的工况点。如果说对定速运行工况，考虑的是离心泵在固定的单一转速条件下，如何充分利用其Q-H曲线上的高效工作“段”，那么，对调速运行工况，将着眼于在城市管网用水量逐时变动的情况下，如何充分利用通过变速而形成的离心泵Q-H曲线的高效工作“区”。因此，调速运行大大地扩展了离心泵的有效工作范围，是泵站运行中十分合理的调节方式。为了对调速运行工况进行讨论，下面将对离心泵叶轮的相似律、比例律以及其具体应用等问题分述于后。19

3.2.１叶轮相似定律

由于水泵内部液体流动的复杂性，单凭借理论不能准确地算出叶片泵的性能。根据流体力学中的相似理论，并运用实验模拟的手段，可依水泵叶轮在某一转速下的已知性能换算出它在其它转速下的性能。水泵叶轮的相似定律是基于几何相似和运动相似的基础上的。凡是两台水泵能满足几何相似和运动相似的条件，称为工况相似水泵。20

几何相似：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。现设有两台几何相似水泵的叶轮，一个为实际水泵的叶轮；另一个为模型水泵的叶轮，其符号以下角标m表示。b2、b2m——实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；D2、D2m——实际泵与模型泵叶轮的外径；

λ——比例。21

运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流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。在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。22相似速度三角形23叶轮相似定律有三个方面：1、第一相似定律——确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系。2、第二相似定律——确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。3、第三相似定律——确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。24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：3.2.2相似定律的特例——比例律25比例律在泵站设计与运行中的应用，最常遇到的情形有二种：(1)已知水泵转速为nl时的(Q—H)l曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。现问；如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少?(2)已知水泵nl时的(Q—H)l曲线，试用比例律翻画转速为n2时的(Q—H)2曲线。3.2.3比例律应用26相似工况抛物线

工况相似的两个点（Q,H)n1，(Qm，Hm)n227问题(1)：求“相似工况抛物线”,即求出K值求A点：相似工况抛物线与(Q—H)l线的交点。求n2A1QHQ-HA228(2)在(Q—H)l线上任取a、b、c、d、e、f点；利用比例律求(Q—H)2上的a’、b’、c’、d’、e’、f’……作(Q—H)2曲线。同理可求(Q—N)2曲线。QH(Q-H)1A2abdcef(Q-H)229求(Q—η)2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的，将已知图中a、b、b、d等点的效率点平移即可。30定速运行与调速运行比较：泵站调速运行的优点表现于(1)省电耗(即N’B2＜NB2)。(2)保持管网等压供水(即HST基本不变)312、比例律应用的数解方法(1)(2)323.2.4相似准数—比转数(ns)叶片泵的叶轮构造和水力性能及尺寸大小是多种多样的，需要一个综合性的指标，来对叶片泵进行分类和比较，将同类型的泵组成一个系列，以利于水泵的设计和生产。Q,H,N,n，D等参数中，转速或直径D改变，泵的性能曲线将改变，所以这个综合性指标必然是上述参数的函数。１、模型泵：在最高效率下，当有效功率Nu＝735.5W(1HP)，扬程Hm＝1m，流量m3／s。这时该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转数ns。33将模型泵的Hm＝1m，Qm＝0.075m3／s代入注：(1)Q和H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。(2)比转数ns是根据所抽升液体的密度ρ＝1000kg／m3时得出的。(3)Q和H是指单吸、单级泵的流量和扬程。(4)比转数不是无因次数，它的单位是“r／min”。342、对比转数的讨论(1)比转数(ns)反映实际水泵的主要性能。当转速n一定时，ns越大，水泵的流量越大，扬程越低。ns越小，水泵的流量越小，扬程越高。

35(2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转数而变的。用比转数ns可对叶片泵进行分类。要形成不同比转数ns，在构造上可改变叶轮的外径(D2)和减小内径(D0)与叶槽宽度(b2)。36(3)相对性能曲线ns越小：Q—H曲线就越平坦；Q＝0时的N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，起动电流减小；效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。37例题1、一台SH型水泵流量为45L/S，扬程为78m，额定转速2900r/min，计算其比转速？（ns=60.5）2、已知某水泵流量为360m3/h，扬程为10m，额定转速1450r/min，试判别其水泵的类型？（ns=297.6）383.2.5调速途径及调速范围1、调速途径(1)电机转速不变，通过中间偶合器（变速箱）以达到改变转速的目的。属于这种调速方式的常见有液力偶合器，它是用油作为传递力矩的介质，是属于滑差传动的一种。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(或轻载)启动，热能损耗多。(2)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，改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。（变频电机或变频水泵）392、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)水泵的调速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。40本课教学内容基本要求1.离心泵装置定速运行工况：管道特性曲线，图解法求工况点，数解法求工况点公式。2.离心泵装置调速运行工况点：相似工况概念，相似律的推导与形式，比例律应用，调速运行节能意义，叶轮相似准数概念及含义，调速途径及范围。

41§3.3离心泵装置换轮运行工况（自学）3.3.1切削律

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。此切削限量与水泵的比转数有关。423.3.2切削律的应用

1、切削律应用的两类问题(1)已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。(2)已知要水泵在B点工作，流量为QB，扬程为HB，B点位于该泵的(Q-H)曲线的下方。现使用切削方法，使水泵的新持性曲线通过B点，要求：切削后的叶轮直径D’2是多少?需要切削百分之几?是否超过切削限量?43(1)解决这一类问题的方法归纳为“选点、计算、立点、连线”四个步骤。QHQ-H124356Q’-H’Q-NQ’-N’Q-ηQ’-η’044(2)求“切削抛物线”求A点坐标：切削抛物线与(Q—H)

线的交点。求D’2：切削量百分数AQHQ-HB452、应用切削律注意点(1)切削限量(1)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。46(3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可改善叶轮的工作性能。47(4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大。水泵的高效率方框图48离心泵性能曲线型谱图49§3.4离心泵并联及串联运行工况多台水泵联合运行，通过连络管共同向管网或高地水池输水的情况，称为并联工作。水泵并联工作特点：(1)增加供水量；(2)通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水；(3)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。503.4.1并联工作的图解法Q0H水泵并联性能曲线的绘制1、同型号的两台(或多台)泵并联后的总和流量，将等于某场程下各台泵流量之和。512、同型号、同水位的两台水泵的并联工作Q(Q-H)1+2(Q-H)1,2HQ-ΣHMQ1+2Q1,2NHN1,2N’SH’Q’52步骤：(1)绘制两台水泵并联后的总和(Q-H)l+2曲线(2)绘制管道系统特性曲线,求并联工况点M。(3)求每台泵的工况点NQ(Q-H)1+2(Q-H)1,2HQ-ΣHMQ1+2Q1,2NHN1,2N’SH’Q’53结论：(1)N’＞N1,2，因此，在选配电动机时，要根据单条单独工作的功率来配套。(2)Q’＞Q1,2，2Q’＞Q1+2，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。Q(Q-H)1+2(Q-H)1,2HQ-ΣHMQ1+2Q1,2NHN1,2N’SH’Q’545台同型号水泵并联55注意：(1)如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。(2)如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。

563、不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作QΣHH(Q-H)Ⅰ(Q-H)ⅡⅡ’Ⅰ’Q-ΣHABQ-ΣHBCQⅡHⅡQⅠ(Q-H)'Ⅰ+ⅡQ-ΣHBDEⅡ’’Ⅰ’’57步骤：(1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)Ⅱ、(Q-H)Ⅰ曲线(2)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)’Ⅰ＋Ⅱ曲线(3)绘制BD段管道系统特性曲线,求并联工况点E(4)求每台泵的工况点QΣHH(Q-H)Ⅰ(Q-H)ⅡⅡ’Ⅰ’Q-ΣHABQ-ΣHBCQⅡHⅡQⅠ(Q-H)'Ⅰ+ⅡQ-ΣHBDEⅡ’’Ⅰ’’58并联机组的总轴功率及总效率：QΣHH(Q-H)Ⅰ(Q-H)ⅡⅡ’Ⅰ’Q-ΣHABQ-ΣHBCQⅡHⅡQⅠ(Q-H)'Ⅰ+ⅡQ-ΣHBDEⅡ’’Ⅰ