泵与风机的运行

1泵与风机的运行一、管路性能曲线第一节管路性能曲线和工作点管路特性方程，它反映在特定的管路中，流体所需压头(H)与流量(qv)的关系。这种关系只与管路的布置条件有关，而与泵的性能无关。流体流动时所需的能量：

H=Hp+(P2-P1)/ρg+Hw位能压力能阻力损失H=A+Bqv2(p=Mqv2)前者为静扬程，与流量无关后者为动扬程，与流量有关泵提供的能量：z2-z1hwhw风管水管HqV22二.泵与风机的工作点两条相互独立的性能曲线（泵与风机性能曲线&管路性能曲线）的交点A即为工作点。由于只有静压才能真正克服管路阻力，因此，风机用静压工作点来表示。工作点应该选择在既能满足工程要求，而又处在泵或风机的高效率范围内。交点A左侧泵扬程>管路所需扬程流体能量有富裕流体增速，流量增加交点A右侧泵扬程<管路所需扬程流体能量不足流体减速，流量减小ABqVBqVAqVDH0qVCDEHAHBHCΔHCDΔHBCη华工卢志民博士zhmlu@1371040034033三.泵与风机的稳定工作条件稍有干扰，K点就会向右或向左移动，再也不能回复原来的位置，故为不稳定工作点。只有下降段的交点A才是稳定的。驼峰性能曲线的整个上升段是不稳定的，运行时应避免。在驼峰性能曲线的左侧上升段的交点K为不稳定工作点。稍有干扰（如电路电压波动、频率变化造成转速变化、水位波动、设备振动等）：向右→供给能量>需要能量→继续向右→稳定在A点；向左→供给能量<需要能量→继续向左→流量为零、倒流。AH0qVKMqVM华工卢志民博士zhmlu@1371040034044直至水池液面降低到II曲线以下，如I曲线所示，此时泵所能提供的扬程比管路所需的要大，泵重新开始送水，流量突升为qVB

。当风机向压力容器（或密闭的房间）或容量很大的管道送风时，也可能发生此种不稳定的运行。泵或风机的驼峰形性能曲线是产生不稳定运行的内在因素，但是否发生还要看管路性能曲线的外在影响。当管路性能曲线因水池水面上升等原因从II上升到III时，泵流量为qVM。如qVM仍大于用水量，管路性能曲线继续升高，脱离了泵的性能曲线，此时泵的流量立刻从qVM突变为零。水池水面开始下降，但即使管道性能曲线与泵的性能曲线相交于两点，此时泵的流量仍为零，泵的工况停留在最左端。H0qVKMIIIIIIqVMBA华工卢志民博士zhmlu@1371040034055风机的不稳定工作不仅表现在风机的流量为零，而且可能出现负值（倒流），称为喘振。轴流风机性能曲线的左半部具有一个马鞍形的区域，在此区段运行有时会出现风机的流量、压头、和功率的大幅度脉动等不正常工况，一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区。实际上，喘振仅仅是不稳定工况区内可能遇到的现象，而在该区域内必然要出现不正常的空气动力工况则是旋转脱流或称旋转失速。风机的失速、喘振和旋转脱流，是风机最常出现的流动问题。66第二节泵与风机的联合运行总流量必低于原单泵流量两倍：Q并<2Q，并联的台数越多，流量增加的比例越少。总扬程比每台泵单独运行时的扬程提高了。因为管路流量增加，阻力增加，所需要的扬程必然增加。单台并联功率比单独运行的时候减小，因为功率随着流量上升而增加。泵（管路）性能曲线越平坦，并联后的总流量增加得越多。一.并联运行：总性能曲线=各自曲线在同一扬程下叠加而成。相同性能泵并联运行，则两泵的流量和压头必各自相同，流量等于单台泵的两倍。Q并=2Q单。ABQ单H0qVCH并HQQ并7不同性能泵并联运行QIH0qVH并HQQ并IIICE’EGAA1A2I+IIη1d1d2D1D2η2并联后合成性能曲线只有在G点右侧才能正常工作，G左侧，只有II工作，流量无法增加，甚至还能通过I倒流，I起并联分流作用。并联运行的经济性，需要根据各机的效率曲线而定，如图CE改成CE’，对机II效率提高有利，而不利于I机。具有驼峰曲线的泵和一台稳定的泵并联后，合成曲线也不稳定.所以，不同性能的泵并联运行，它们的性能曲线差异不要太大，否则并联后泵输送的流量差别太大。QII88二.串联运行

相同型号泵或风机串联，则每台泵的压头和流量各自相同。因此同一流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍，H串=2H单。

总性能曲线由两台泵的性能曲线在同一流量下叠加而成。流量平衡：总流量和串联后单台泵的流量相同。扬程叠加：总扬程等于串联后单台泵的扬程之和。和串联前比：总流量和扬程都增加，每台泵的扬程比单独运行时低。串联台数越多，扬程下降越多。管路配合：管路性能越陡峭，扬程增加越明显。扬程逐级提高：要求末级泵的强度高，以免受损。992.不同性能的泵串联运行有效工作范围缩小：在达到一定流量的情况下，低扬程的泵已经不产生扬程，反而成为串联的其它泵的阻力。此时风量也有所减少，而功率消耗却增加。如果布置在前，还会使其它泵产生汽蚀。因此，尽量避免性能差别太大的泵串联运行。Q单=Q串H0qVHB1IIICE’EAA1A2I+IID1D2HB2D华工卢志民博士zhmlu@137104003401010串联并联比较对于低阻输送管路a，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；对于高阻输送管路b，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。低阻输送管路（平坦）----并联优于串联；高阻输送管路（陡峭）----串联优于并联。应用：两台50％给水泵、送、引风机并联使用前置泵、给水泵串联；长距离渣浆管线冲水泵串联11串联运行时应注意的问题

2

安全性：经常串联运行的泵,应由qVmax

Hg(或Hd)

防止汽蚀；应按Pshmax

Pgr

驱动电机不致过载。

1

宜适场合：管路性能曲线较陡，泵性能曲线较平坦。

4

启动程序（离心泵）：启动时，首先必须把两台泵的出口阀门都关闭，启动第一台，然后开启第一台泵的出口阀门；在第二台泵出口阀门关闭的情况下再启动第二台。由于后一台泵需要承受前一台泵的升压,故选择泵时，应考虑到两台泵结构强度的不同。

3

经济性：对经常串联运行的泵，应使各泵最佳工况点的流量相等或接近。

5

串联台数：串联运行要比单机运行的效果差，由于运行调节复杂,一般泵限两台串联运行；由于风机串联运行的操作可靠性差，故一般不采用串联运行方式。12并联运行时应注意的问题

1

宜适场合：管路性能曲线较平坦，泵性能曲线较陡。

2

安全性：并联运行的泵,流量比单独运行的时候要小，汽蚀情况变好；要注意从Pshmax

Pgr

驱动电机不致过载。

3

经济性：对经常并联运行的泵，为保证并联泵运行时都在高效区工作，应使各泵最佳工况点的流量相等或接近。

4

并联台数：从并联数量来看，台数愈多并联后所能增加的流量越少，即每台泵输送的流量减少，故并联台数过多并不经济。

1313第三节泵与风机的工况调节一.改变管路性能曲线1.节流调节出口端节流调节增加管路阻力，管路曲线变陡，工作点流量减小。泵与风机的输送功率不变，多余的损失发生在调节阀的节流损失上。--损失大，简单，轴流式不用该方式Q1h0qVHQCE’Eη1E’’Q2入口端节流调节减少了进入风机的流量，改变风机的性能曲线，能减少节流损失。但是入口端节流使得当地压强降低，水泵容易产生气蚀，因此，水泵不能使用入口节流调节。华工卢志民博士zhmlu@13710400340142.旁通调节将泵或风机出口的部分流量旁通回泵或风机的入口。容积式泵与风机所提供的压头完全取决于管路情况（正位移特性），在泵出口安装调节阀不能调节流量，压头且随阀门开启度减小而增大。若出口阀完全关闭则会使泵的压头剧增，一旦超过泵的机械强度或发动机的功率限制，设备将受到损坏。必须采用旁通调节。经济性比节流调节还差，而且会干扰泵与风机入口的流体流动，影响效率。但锅炉给水泵为了防止在小流量区可能发生汽蚀而设置再循环管，进行旁通调节。15打开旁通阀并调节其开度，实际改变了管路特性曲线。打开旁通阀，管路阻力减小，管路特性曲线变平，工作点由M→M’点，泵流量增大，主管流量变小，旁通管有液流。特点：操作简便、经济性很差，减小主管的流量反而使泵的流量和轴功率增加。HQR1旁通阀全关时管路特性R旁通阀全开时管路特性Q1Q’Q2Q’Q1Q2MM’旁通管流量0～Q2主管流量Q～Q1QQ～Q’泵出口流量｝R’2新增旁通管路的特性（全开）16161.变速调节二.改变泵和风机的性能曲线水泵节能（有一定初始阻力）：风机节能：流量、全压、功率分别与转速的一、二、三次方成正比。Q2/Q1＝n2/n1

H2/H1＝(n2/n1)2

N2/N1＝(n2/n1)3

流量减少一半，轴功率可以减少87.5％！而采用节流调节，即使阀门全关，轴功率也大约只能减少到全开时的45％～65％。17M

-qVHc-qVH-qVHBHAHqVO【例】试定性比较泵出口节流调节与变速调节的经济性。【解】变速后的运行工况点为A；节流后的运行工况点为B点；

变速调节时的轴功率为则节能效果为BA

CqVMC则，节流调节时的轴功率为

过A点的相似抛物线OAC交泵的性能曲线于C(A∽C)。

BqVA18182.入口导流器调节前导叶调节离心式：入口导流器调节轴（混）流式：入口静叶调节常用导流器结构：（a）轴向导流器（b）简易导流器（c）斜叶式导流器1）离心式风机的入口导叶调节

1919导流器的作用：正预旋→

1u

和

2u

→pT

节流→风机内部局部阻力损失和冲击损失

工作原理：pT=

（u2

2u-u1

1u）

经济性：和出口节流相比，分析计算表明：4-73型锅炉送、引风机,当调节流量在60%~90%qVmax时,功率节约：轴向导流器约15%~24%；简易导流器约8%~13%。优点：构造简单、装置尺寸小、运行可靠和维护管理简便、初投资低。20

目前，离心式风机普遍采用这种调节方式。对于大型机组离心式送、引风机，由于调节范围大，可采用入口导叶和双速电机的联合调节方式，以使得在整个调节范围内都具有较高的调节经济性。适用场合：2、轴流式和混流式风机的入口静叶调节入口静叶结构：入口静叶动叶出口静叶入口静叶调节机构212）轴流式和混流式风机的入口静叶调节工作原理：与离心式风机轴向导流器相似。调节特性：

2

MCR点选在

max点，TB点选择在

max点的大流量侧。

正预旋→减小流量。

1

双向：100%机组额定负荷流量工况点安全流量的最大流量点负预旋调节222）轴流式和混流式风机的入口静叶调节比只能作正预旋调节的离心风机入口导流器调节具有更高的运行经济性。故国内火力发电厂的锅炉引风机有不少均采用了入口静叶调节的子午加速轴流式风机。

经济性及其适用场合：233、离心泵的叶轮切割切割定律：根据比转速的不同，分成高、低比转速的切割定律QHPηΔhrRD2D’2PBPAP’H’Q’

D2b2=

D’2b’2b2=b’224切割定律的应用

【例】某输送常温水的单级单吸离心泵在转速n=2900r/min时的性能参数如下表。管路性能曲线方程为：Hc=20+78000qV2，m；式中qV的单位为m3/s。泵的叶轮外径D2=162mm，水的密度

=1000㎏/m3。求：（1）此泵系统的最大流量及相应的轴功率；（2）当若拟通过切割叶轮方式达到实际所需的最大流量qV=6×10-3m3/s，问切割后叶轮直径D2

为多少？（3）设切割后对应工况泵效率不变，采用切割叶轮方式比采用出口节流调节能节约多少轴功率？【解】在坐标图上，作出泵性能曲线H-qV和管路性能曲线Hc-qV，其交点M即为运行工况点（如图所示），其流量即为泵系统最大流量qVmax，即qV×103（m3/s）01234567891011H（m）33.834.73534.633.431.729.827.424.821.818.515

（%）027.54352.558.562.564.56564.563595325M(qV,H,

)

=(7.910-3m3/s,24.8m,64.5%)则相应的轴功率为

求泵系统最大流量为6

10-3m3/s时的叶轮直径D2

。切割叶轮后管路性能曲线不变,故其运行工况点必在管路性能曲线上，即在流量为qV

=6

10-3m3/s这一点M

上。从图中可以读出：M

(qV,H)=(610-3m3/s，22.8m),

但点M

与M点不是切割前、后的对应点，故需求出在H-

qV上（即D2=162mm

时的性能曲线上）与M

点的对应工况点。该离心泵的比转速ns为26属于中、高比转速离心泵，对应工况点均在切割抛物线上，过M

点的切割抛物线为

在图上作切割抛物线与泵性能曲线交于A点，则M

点与A点为切割前、后的对应点。从图可读出：A（qV,H,

）=（6.710-3m3/s，28m，65%），由切割定律可得（mm）或（mm）其误差由图解法作图和读数误差产生，现取D2

=146mm。

现比较切割叶轮法和出口节流调节法使qV

=6

10-3m3/s时各自的轴功率。27

M

的效率应与对应点A相同（假设切割后效率不变），故

=

A=65%，则

节流调节时泵的性能曲线不变，故运行工况点为M

点，可读得M

（qV,H,

）=（610-3m3/s，29.8m，64.5%），则节流调节时的轴功率为：

故得切割叶轮法比出口节流调节法节约轴功率为：若考虑到

D/D2=

(

162-146

)

/162=9.8%时效率下降1%，即

=64%，则

28284.动叶调节（轴流式和混流式泵与风机）工作原理：pT=

u

u

y=+

y

、

速度三角形

u、

2

HT、pT、qV

轴流式泵与风机的性能曲线叶片安装角冲角几何平均相对速度角29

初投资较高，维护量大。宜适用于容量大、调节范围宽的场合。目前火力发电厂越来越多的大型机组的送、引风机和循环水泵均采用了该调节方式。调节特性：