离心泵的调节

离心泵的调节第1页/共88页2023/4/212一、离心泵的串、并联特性1、并联特性离心泵的并联运行是指两台或两台以上泵的入口从同一容器吸液，其出口向同一压力管路排液。第2页/共88页2023/4/213并联运行泵机组多台泵并联后的总流量等于各泵在同一扬程下的流量相加。即Q=Q1+Q2+Q3…各泵的扬程相等,即H=H1=H2=H3=…按以上关系可作出并联特性曲线。第3页/共88页2023/4/214在实际应用中，使用并联装置的情况主要有三种。一是需要的流量较大，使用单泵不能满足排量要求；二是工艺过程流量的变化较大，为了流量调节的灵活性；三是工艺要求工作连续性较强，为了检修或事故备用的需要。根据需要，可以两台泵并联，也可以多台泵并联；可以同性能的泵并联，也可以不同性能的泵并联。第4页/共88页2023/4/2152、串联特性离心泵的串联运行是指两台或两台以上泵的入口与出口依次相联，从同一容器吸液，向同一压力管路排液。第5页/共88页2023/4/216多台泵串联后的总扬程等于各泵在同一流量下的扬程相加。即H=H1+H2+H3+…各泵的流量相等,即Q=Q1=Q2=Q3=…按以上关系可作出并联特性曲线。串联运行的泵机组第6页/共88页2023/4/217在实际应用中，使用串联装置的情况主要有三种。一是管路压降或位差较大，使用单泵不能满足能头要求；二是工艺过程能耗的变化较大，为了压头调节的灵活性；三是增加单泵站的输送距离，减少泵站数。根据需要，可以两台泵串联，也可以多台泵串联；可以同性能的泵串联，也可以不同性能的泵串联。第7页/共88页2023/4/218二、管道系统压力损失离心泵总是工作在管道系统中，管道系统的压力损失包括三部分：一是被输送介质与管壁、介质之间的摩擦引起的压力损失，称为沿程摩阻。二是介质通过设备、管阀件等局部摩阻件引起的压力损失，称为局部摩阻。三是管道敷设高度增加引起的压力损失，称为位差损失。第8页/共88页2023/4/2191、沿程摩阻计算（1）达西公式按《输油管道工程设计规范》GB50253-2003(06)版规定，输油管道的沿程摩阻用达西公式计算，即：第9页/共88页2023/4/2110管道沿程摩阻/m水力摩阻系数(拉木达)管长/m管径/m流速/(m/s)重力加速度/(m/s2)第10页/共88页2023/4/2111（2)液态划分液体在管道中的流动状态称为液态。通常将液态分为层流和紊流两大类型。根据紊流程度的不同，紊流又有水力光滑区、混合摩擦区、阻力平方区之分。第11页/共88页2023/4/2112层流流线平行于管道轴线管道轴线紊流流线在径向上有脉动第12页/共88页2023/4/2113液态划分的依据是雷诺数：雷诺数油品的粘度（m2/s)管径/m流速（m/s)第13页/共88页2023/4/2114水力摩阻系数的计算流态划分雷诺数层流

水力光滑区1水力光滑区2混合摩擦区（3）水力摩阻系数第14页/共88页2023/4/2115（4）列宾宗公式在管道沿程摩阻的计算中，为了应用方便，将达西公式中的水力摩阻系数和流速的表达式代入整理，可得到综合形式的表达式为，称为列宾宗公式。第15页/共88页2023/4/2116管道的输量，m3/s;油品的粘度，m2/s管道的内直径，m管道的计算长度，m管道的沿程摩阻损失，m;与流态有关的常数与流态有关的常数第16页/共88页2023/4/2117流态Amβ层流6414.15

紊流水力光滑区0.31640.250.0246混合摩擦区0.1230.0802A粗糙区00.0826A第17页/共88页2023/4/2118从表中可以看出，随着雷诺数的增大，流态从层流到紊流光滑区、混合摩擦区以至粗糙区。指数m的数值从1、0.25、0.123以至到0。输量、管径对沿程摩阻的影响越来越大；粘度对沿程摩阻的影响越来越小；管道长度对沿程摩阻的影响在各流态都是相同的。第18页/共88页2023/4/21192、局部摩阻的计算站内的设备、管阀件较多，其局部摩阻损失需单独计算。在实际上，液体流过局部摩阻件时的流动状态是十分复杂的，理论分析计算一个局部摩阻件的摩阻损失也是相当困难的。在实际应用中，通常是通过实验，先测得某局部摩阻件的阻力损失，再根据选用的公式中的相关参数反算出该局部摩阻件的摩阻系数或当量长度，将常用局部摩阻件的实验数据列成表，供计算时查用。第19页/共88页2023/4/2120局部件图示Ld/dξ0无保险活门油罐出口230.50有保险活门油罐出口400.90有起落管的油罐出口1002.20第20页/共88页2023/4/2121局部件图示Ld/dξ0通过三通20.04通过三通4.50.10通过三通180.40第21页/共88页2023/4/2122局部件图示Ld/dξ0转弯三通451.0转弯三通601.3第22页/共88页2023/4/2123局部摩阻的计算方法通常是先通过实验得到局部摩阻件的当量长度或局部摩阻系数，再用类似的达西公式计算。局部摩阻系数局部摩阻当量长度第23页/共88页2023/4/2124三、管泵装置的特性离心泵的工作总是和管路按照一定的工艺要求，组成一定的管-泵系统进行的。第24页/共88页2023/4/2125管-泵系统，实际上是一个能量的消耗和供给系统。研究这个系统中各参数之间的关系，就是研究管路消耗能量与泵提供能量的平衡问题。研究管-泵系统特性，应用的两个物理学基本定律是质量守恒定律和能量守恒定律。即泵所排出的质量流量应等于管路中流动的质量流量，单位质量流体所获得的能量应等于流体沿管路输送所消耗的能量。第25页/共88页2023/4/2126根据质量守恒和能量守恒两大定律，管-泵系统工作时，在同一张坐标图中画出的管路特性曲线h-Q和泵特性曲线H-Q应交于一点M（Q、H）。M点称作管-泵系统的工作点。第26页/共88页2023/4/2127MQMHMQ1H1h1Q2H2h2单管-单泵装置特性第27页/共88页2023/4/2128在M点，泵提供的能头与管路消耗的压头相等，泵的排量与管路的流量相等。由于某种原因使泵的排量增大时，则其提供的扬程必然减小，此时，泵提供的扬程小于管路流动需要的能头，流体的能头不足，必然导致流速减慢，流量减少，使系统恢复到工作点M。由于某种原因导致泵的排量减少时，则其供的扬程必然增大，泵提供的扬程大于管路流动需要的能头，必然导致流速加快，流量增大，使系统恢复到工作点M。因此，对于一定的管-泵装置，其工作状态是稳定的。第28页/共88页2023/4/2129（1）单管-单泵装置特性（已讲）根据质量守恒和能量守恒两大定律，管-泵系统工作时，在同一张坐标图中画出的管路特性曲线h-Q和泵特性曲线H-Q应交于一点M（Q、H），如图所示。M点称作管-泵系统的工作点。第29页/共88页2023/4/2130单管-单泵装置特性

MQMHMQ1H1h1Q2H2h2第30页/共88页2023/4/2131在M点，泵提供的能头与管路消耗的压头相等，泵的排量与管路的流量相等。若由于某种原因使泵的排量增大时，则其提供的扬程必然减小，此时，泵提供的扬程小于管路流动需要的能头，流体的能头不足，必然导致流速减慢，流量减少，使系统恢复到工作点M。当由于某种原因导致泵的排量减少时，则其供的扬程必然增大，泵提供的扬程大于管路流动需要的能头，必然导致流速加快，流量增大，使系统恢复到工作点M。因此，对于一定的管-泵装置，其工作状态是稳定的。第31页/共88页2023/4/2132（2）单管-并联泵特性①同性能泵并联的管-泵装置特性第32页/共88页2023/4/2133如图所示，有两台性能相同的离心泵从同一容器中吸入液体。在实际应用中，吸入管路一般都很短，从吸液面到两泵出口汇合点O的管路摩阻很小，可以忽略不计。这样，两台泵并联后的总流量等于两泵在同一扬程下的流量相加，即:根据这一特性，可以在同一扬程下将流量相加求得两泵并联后的性能曲线。即图中的曲线1。第33页/共88页2023/4/2134单管-同型号泵并联装置特性

MQMHMA1Q1=Q2HM1QM1M1第34页/共88页2023/4/2135在同一张坐标图中画出管路特性曲线，曲线与曲线的交点M，即为该单管-并联泵装置的系统工作点。在M点:过M点作水平线，交单泵性能曲线于A1点，A1即为同性能的两泵并联工作时，单泵的工作点。在A点:

QM1为一台泵单独工作时的工作点。即两台同性能的泵并联向同一管路输送液体时，其总扬程等于单泵扬程且高于一台泵独立工作时的扬程；总流量等于单泵流量的二倍且小于一台泵独立工作时流量的二倍。第35页/共88页2023/4/2136并联泵提高输送能力小，与管路和泵自身的性能有关。管路特性曲线越平坦，两台泵并联后的总流量越接近于单泵独立运行时的二倍；泵的特性曲线越平坦，两台泵并联后的总流量越小于单泵独立运行时的二倍。另外，并联泵的台数越多，每台泵输送的流量越少，因此，过多同型号的泵并联运行是不经济的，在实际应用中，一般以2～3台为宜。第36页/共88页2023/4/2137管路特性曲线越平坦，两台泵并联后的总流量越接近于单泵独立运行时的二倍。越适合采用并联泵运行。MQMM1QM1M2QM2图中2QM2比2QM1更接近于QM。第37页/共88页2023/4/2138泵的特性曲线越陡，两台泵并联后的总流量越接近于单泵独立运行时的二倍。MQMM1QM1QM图中2QM1更接近于QM。第38页/共88页2023/4/2139②不同性能泵并联的管-泵装置特性第39页/共88页2023/4/2140单管-不同型号泵并联装置特性

MQMHMA1Q2Q1A2QC第40页/共88页2023/4/2141图示为两台性能不相同的离心泵并联工作的情况。按照在同一扬程下将流量相加的方法求得两泵并联后的性能曲线。按相同性能泵并联的方法求得装置的工作点M。在M点：过M点作水平线，分别交泵1和泵2的性能曲线于A1、A2点。A1、A2即泵1和泵2的工作点。分别过A1、A2点作垂线与横轴相交求得的输量Q1、Q2。从图中分析可知，两台不同性能的泵并联后的总流量等于各泵的排量之和，小于两泵单独工作时的排量之和。第41页/共88页2023/4/2142并联后提高输送能力的大小，与管路和泵自身的性能及并联泵台数的多少有关。另外，从图中还可以看出，当流量小于QC时，实际上只有扬程高的泵在工作，此时，应该停止小泵的运行。第42页/共88页2023/4/2143（3）单管-串联泵特性①同性能泵串联的管-泵装置特性MA1QM=Q1=Q2M1第43页/共88页2023/4/2144如图所示为两台性能相同的离心泵串联运行的装置。根据串联特性，在同一流量下将两泵的扬程相加得到两泵串联后的总性能曲线。在同坐标图中作出管路的特性曲线，两曲线与的交点M，即为该单管-串联泵装置的系统工作点。从M点向横轴作垂线交单泵性能曲线于A1，A1为两串联泵中单泵的工作点。在A1点，每台泵的输量与装置的总输量相等，每台泵的扬程等于装置总扬程的1/2。第44页/共88页2023/4/2145图中M1为一台泵独立承担同一管路时的管-泵装置工作点。在M1点，泵的排量小于两泵串联工作时单泵的排量，扬程高于两泵串联工作时单泵的扬程。串联装置提高系统压头的能力与管路的特性有关。一般情况下，管路特性曲线越陡，泵提高压头的效果越明显。所以，串联泵机组多用于以克服沿程摩阻为主的管路中。第45页/共88页2023/4/2146管路特性曲线越陡，泵提高压头的效果越明显，且调节灵活。泵1=泵2泵1串泵2MHMAHA管1管2第46页/共88页2023/4/2147离心泵串联工作时，后面的泵承受的压力较高，应注意泵壳体的强度、密封及启动和停泵顺序等问题。启动前，将各串联泵的出口阀都关闭，启动第一台泵后开第一台泵的出口阀，再启动第二台泵后开第二台泵的出口阀，依次启动最后一台泵后打开向管道的供液阀。实际上，几台泵的串联工作台相当于一台多级泵，一台多级泵在结构上要比多台泵串联紧凑的多，安装维修也更为方便，所以，在可能的情况下，应尽可能选用多级泵代替串联泵。第47页/共88页2023/4/2148②不同性能泵串联的管-泵装置特性两台性能不相同的离心泵串联工作时，按照在同一流量下将扬程相加的方法求得两泵串联后的性能曲线。按相同性能泵串联的方法求得装置的工作点M。第48页/共88页2023/4/2149不同性能泵串联的管-泵装置特性MA1A2QM=Q1=Q2HMH1H2cc1123第49页/共88页2023/4/2150从M点向横轴作垂线，分别交泵1和泵2的性能曲线于A1、A2点。A1、A2即为泵1和泵2的工作点。从图中分析可知，两台不同性能的泵串联后的总流量与每台泵的排量相同，总扬程等于各泵扬程之和。第50页/共88页2023/4/2151两泵串联后的总扬程小于两台泵单独工作时的扬程之和，串联泵提高扬程的能力与管路特曲线的陡降程度有关。从图可以看出，当管路特性曲线由1变平至2时，工作点从M点移至C点，装置的流量和扬程均与泵1相同，此时，第二台泵只消耗功率，不提供能量。当管路特性曲线由2变平至3时，工作点从C点移至C1点，装置的流量和扬程均小于只有单独工作时的值，此时，第二台泵相当于装置的节流器，增加了系统的阻力。从而可知，只有工作点在C点左侧时，采用串联泵工作才是合理的。第51页/共88页2023/4/2152③两台相距较远的泵串联时的管-泵装置特性两台相距较远的泵串联时，通常采用剩余能量法确定系统的工作点，即分别画出管路AB、BC和泵的特性曲线；按照同一流量下压头相减的方法从泵1的性能曲线减去AB段管路的特性曲线，得到剩余能头曲线；将剩余能头曲线和泵2的特性曲线串联叠加，得到两泵串联后的性能曲线；此串联性能曲线与管路BC特性曲线的交点M即为装置的工作点。ABC第52页/共88页2023/4/2153剩余能量法确定系统的工作点M、BQMHMAHAHC在M点:点QM=QA=QBHM=HBHA为前面泵的出口压力HC为前面泵的剩余压力。C第53页/共88页2023/4/2154（4）泵在分支管路上工作的装置特性如图所示，通过一台泵（或几台泵串并联）将介质同时输往两处（或多处）。Z1、Z2、Z3分别为三个储液罐液面对于泵轴线的标高差。确定其工作点的方法如下：122331第54页/共88页2023/4/2155①分别画出三条管线和泵的特性曲线；②将两条排出管路按照同一压头下流量相加的方法叠加，得到两管并联后的特性曲线；MQM=Q1A23Q2Q3第55页/共88页2023/4/2156③将两排出管的并联特性曲线与管1的特性曲线串联叠加，得到装置总的管路特性曲线；④总的管路特性曲线与泵的特性曲线交点M即为该装置的工作点。M点对应的流量即为吸入管中的流量，也等于泵的排量。过M点向横轴作垂线，交曲线于点A，过A点作横轴的水平线分别交管2和管3的特性曲线和于2、3两点，2、3点对应的流量和即为管2和管3和中的流量。流量之间的关系为：第56页/共88页2023/4/2157(5)泵在交汇管路上工作的装置特性在生产中，经常遇到从两点或多点向一处供油的情况，如矿区中各处理站的原油汇集后输往油库（或外输首站），长输管线首站汇集多油田来油的情况等。图示为从A、B两点分别通过管道1和2，在O点汇合后通过管道3向C点供油的系统。类似这样的输送系统称为交汇管路。交汇管路系统工作时，在交汇点O的剩余能量一定相等。图解法确定其工作点的方法是：O123ABC第57页/共88页2023/4/2158①在直角坐标系中分别画出管1、管2、管3、泵A和泵B的特性曲线。②按串联叠加的方法，分别从泵1、泵2特性曲线中减去管1、管2特性曲线，得剩余能头曲线1和1。123M12Q1Q2QM第58页/共88页2023/4/2159③按并联相加的方法将剩余能头曲线1和2并联，求得O点的剩余能头曲线3。④曲线3与管3性能曲线的交点M即为系统的工作点。⑤过M点作横轴的水平线，分别交曲线1和2为1、2两点；1、2点对应的流量即为泵1和泵2的排量。各排量之间的关系为：QM=Q1+Q2=Q3第59页/共88页2023/4/2160四、离心泵的运行调节在离心泵运行操作中，经常会遇到改变其流量、出口压力等运行参数的调节问题。常用的调节方法有：改变转速出口调节入口调节大小泵匹配切削叶轮多级泵抽级等。第60页/共88页2023/4/21611、改变转速调节改变离心泵转速调节，目前最常用的是变频调节：变频调节是在交流电动机驱动的离心泵机组的供电线路中安装变频器，通过改变电源频率调节电动机的转速，进而达到调节离心泵转速的目的。第61页/共88页2023/4/2162变频器电动机离心泵第62页/共88页2023/4/2163电动机的转子转速，r/min电动机的转差率,%电动机的极对数电动机的供电频率电动机的极对数变频器就是将输入的一定电压，频率为50Hz的交流电转化为电压不变，频率可调的输出电源，用以驱动电动机，实现电动机的无级变速。第63页/共88页2023/4/2164根据离心泵的比例定律，改变了转速，就调节了流量、扬程、功率等参数。QH管路压力损失特性n1M1Q1H1n2Q2H2第64页/共88页2023/4/2165安装变频器时应注意如下事项：①接入的电源应与变频器技术参数相符；②安装环境温度必须在-10~+500C范围内，且通风，干燥，防雨，避免振动和阳光直射。③安装周围空间应有足够的尺寸；④直接悬挂于墙壁上的变频器，其背面需垫有同样大小的绝缘橡皮；第65页/共88页2023/4/2166⑤变频器需单独接地；⑥主电路配线电缆的载流量需满足变频器的额定电流，且电缆端头必须雨衣接铜线鼻子；⑦变频器控制电路的接线需用屏蔽电缆或绞合线；⑧变频器的输出端（U.V.W）决不能接到三相电源上，否则，变频器将被烧坏。第66页/共88页2023/4/2167离心泵出口调节阀2、出口调节离心泵的出口调节是在离心泵的出口管路上安装调节阀，通过改变调节阀的开度，改变泵的排液量，达到参数调节的目的。第67页/共88页2023/4/2168离心泵的出口调节使用比较方便，但增加了排出管路上的能量损失，是不经济的。离心泵的出口调节常作为其他调节方法的补充手段，用于不定时的，小范围内的参数调节。AQABQBΔh第68页/共88页2023/4/2169离心泵入口调节阀3、入口调节离心泵的入口调节是在离心泵的进口管线上安装调节阀，通过改变调节阀的开度，改变泵的吸入流量，达到参数调节的目的。第69页/共88页2023/4/2170调节前系统的工作点为M，排量为QM，当关小进口阀门时，泵的特性曲线下移，管路特性曲线上移，系统的工作点从M移到B，排量从减小至QB。在调节过程中，增加了阻力损失Δh1，若采用出口节流的方式使排量从QM减小至QB

，需增加阻力损失Δh2MQMBQBC第70页/共88页2023/4/2171从能量平衡关系看，因泵入口节流时，流体在进入泵之前就有压力的降低，所以，泵入口节流，不仅改变了管路特性，同时也改变了泵本身的特性。从经济性看，入口节流调节优于出口节流调节，但入口节流后，泵的吸入性能变差，存在汽蚀的危险，故这种调节方法，多在正压进泵的离心泵中作为辅助性调节手段，非正压进泵的离心泵中一般不采用。第71页/共88页2023/4/21724、车削叶轮调节由切割定律可知，改变离心泵叶轮的直径，其排量、扬程、功率分别按一次、二次、三次方的关系随之改变。QH管路压力损失特性D1M1Q1H1D2Q2H2第72页/共88页2023/4/2173对于一台确定的离心泵，其叶轮直径是确定的，在改变其大小时，一般是根据需要将其车小，故这种调节方法称为车削叶轮调节。在采用车削叶轮调节时，一是要根据效率，考虑其可能的车削量；二是要根据这种调节方法单向性（车削后不能恢复）的特点，在需要长期改变输量（或扬程）的情况下（如油田产量下降，用户需求量减少等）考虑采用此调节方法。第73页/共88页2023/4/21745、拆卸叶轮级数调节在采用多级泵运行的场合，当调节参数以扬程为主时，可以考虑采用拆卸叶轮级数调节方法。在选择具体拆除的叶轮时，要考虑力的平衡，同时，对于双吸泵，不能拆除首级叶轮。第74页/共88页2023/4/21756、大小泵匹配调节对于有规律的较大幅度的参数调节，如季节性的、周期性的参数变化等，可根据离心泵的串并联特性，考虑采用大小泵匹配的方法调节，以保证泵机组工作在高效区内。第75页/共88页2023/4/21767、旁路调节旁路调节是在泵的进出口间连接旁通管，通过改变旁通阀的开度，调节送入排出管路的流量。123当旁通阀全关闭时，其总的管路特性曲线为管1与管2特性曲线的串联叠加，该曲线与泵特性曲线的交点A为系统的工作点，该点对应的流量为泵的排量，并等于排出管路的流量。第76页/共88页2023/4/2177当旁通阀打开时，其总的管路特性曲线为管2与管3并联后再与管1串联，该曲线与泵特性曲线的交点B为系统的工作点。该点对应的流量为泵的排量，并等于泵吸入管路的流量。AQABQBB1Q2Q3B3第77页/共88页2023/4/2178从点B向横轴引垂线交管2与管3的并联线为B1，从B1向纵轴引垂线分别交管2与管3的特性曲线于B2与B3点，各自对应的流量Q2与Q3分别为排出管路和旁通管路中的流量。即旁通阀开启后，泵的排量增加了，排出管路中的流量减小了，泵排量与旁通管中的流量之差即为排出管路中的流量，旁通阀开度越大，旁通管中的流量越大，排出管路中的流量就越小，达到了通过调节旁通阀开度调节排出管路流量的目的。第78页/共88页2023/4/2179从以上能量平衡关系看，当泵的功率随排量的增加而减小时，采用这种调节方式是经济的，如在轴流泵或混流泵中。在常用的离心泵中，排量增加时，泵的功率要增加，而排量的一部分（旁通管中的流量）又白白的浪费掉了，所以，这种调节方式在离心泵中应用同出口节流调节一样是很不经济的。因此，旁路调节通常作为离心泵的辅助调节手段，用于放空，防喘振等情况下。第79页/共88页2023/4/2180五、离心泵的不稳定工况前面我们都是在离心泵的稳定工作状态下讨论问题的