泵、风机与管网系统的匹配课件

泵、风机与管网系统的匹配6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点6.2泵、风机的工况调节6.3泵、风机的安装位置6.4泵、风机的选用6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点6.1.1管网特性曲线1.枝状管网的阻力特性（1）管段的阻力特性（2）枝状管网的简化1）管段串联两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作用与输入的全压动力均为零，则它们处于“水力并联”地位，其阻力相等。2）管路“水力并联”3）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路。（3）枝状管网的阻力特性（4）管网特性曲线

工程背景：

通风空调气体管网

机械循环采暖管网

室外供热管网

空调冷冻水管网

空调冷却水管网

（4）管网特性曲线（4）管网特性曲线6.1.2管网特性曲线的影响因素影响管网特性曲线的形状的决定因素是阻抗S

。S值越大，曲线越陡。S=f(l，d，k，

ζ，

)6.1.3管网系统对泵、风机性能的影响产品样本给出的某种类型、规格的泵、风机的性能曲线（或性能参数表），是根据某种标准实验状态下测试得到的数据整理绘制而成的。在实际使用中，工作流体的密度、转速等参数可能与试验时不一致，此时可根据相似率进行性能参数的换算。由于泵（风机）是在特定管网中工作，其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）。称为“系统效应”。

（1）入口系统效应（1）入口系统效应（2）出口系统效应－系统效应管段长度（2）出口系统效应-出口连接弯管（2）出口系统效应-系统效应曲线风速-100fpm(m/s)6.1.4泵、风机在管网系统中的工作状态点1.泵、风机在管网系统中的工作状态点

2.泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区稳定工况3.喘振及其防止方法①应尽量避免设备在非稳定区工作；②采用旁通或放空法；③增速节流法。

4.系统效应对工况点的影响通过选择合理的进出口连接方式，可以减小或消除系统效应对泵、风机的性能产生的影响。当确实因实际安装位置限制等原因导致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。

6.1.4管网系统中泵、风机的联合运行1.并联运行分析并联时联合运行性能曲线的求取方法并联运行时每台机器的工作点并联运行的部分机器停止工作时的的工作点并联运行的特点与适应性两台相同的泵或风机的并联

注意：管网特性曲线不一定都是如图所示。多台设备并联运行;不同性能设备并联的工况分析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。并联台数增多，每并联上一台设备所增加的流量愈小，效果越差。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。并联工作：2.泵或风机的串联工作串联时联合运行性能曲线的求取方法串联运行时每台机器的工作点串联运行的部分机器停止工作时的的工作点串联运行的特点与适应性串联工作：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。设备性能曲线越平坦，越适合串联工作。一般应采用性能相同的泵串联工作；一般风机不直接串联工作。性能曲线陡降与平缓的水泵并联的比较

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-Qa6.2泵、风机的工况调节6.2.1调节管网系统特性1.液体管网系统特性调节分析：采用增大阻抗减小流量的代价。2.气体管网系统特性调节吸入管阀门调节，改变了风机的性能，B点和B‘点比较，功率减小。6.2.2调节泵、风机的性能1.变速调节雷诺自模区内，同一泵或风机在不同转数下的流体流动是相似的；即泵或风机不同转速时的性能曲线上存在一一对应的相似工况点。在相似工况点之间，存在相似律。

分析：不改变管网，减小转速，将流量从QA调节到QB。(a)广义特性曲线管网的情况（b）狭义特性曲线管网的情况通过以上的分析，可以得出有重要工程意义的结论：（1）具有狭义管网特性曲线的管网，当其特性（总阻抗S）不变时，泵或风机在不同转速运行时的工况点是相似工况点，流量比值与转速比值成正比，压力比值与转速比值平方成正比，功率比值与转速比值三次方成正比。若变转速的同时，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。（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。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时的性能曲线的交点，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：实际是求转速为n‘时的水泵（风机）性能曲线。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。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2.进口导流器调节3.切削叶轮调节泵或风机的叶轮经过切削，外径改变，其性能随之改变。泵或风机的性能曲线改变，则工况点移动，系统的流量和压头改变，达到节能的目的。叶轮经过切削与原来叶轮不符合几何相似条件。切削律：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。应用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‘。注意：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。【例6－1】已知水泵性能曲线如下图。管路阻抗S＝76000mH2O/(m3/s)2，静扬程Hst＝19m，转速n＝2900r/min。试求：⑴水泵的流量Q、扬程H、效率η及轴功率N；⑵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。⑶用变速调节方法使流量减少25％，转速应调至多少？6.3泵与风机的安装位置6.3.1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：控制水泵的距离吸水面安装高度。6.3.2吸升式水泵的安装高度在实际应用中，[Hs]的确定应注意如下两点：①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。图6-3-2为14SA型离心泵的Q－[Hs]曲线。②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）图6-3-214SA型离心泵Q－〔HS〕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[Hs]＝4.5m，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】查表6-3-2当海拔为1000m时，Pa=0.092KPa，则hs＝9.2m；查表6-3-1水温为40℃时，Pva=7.5KPa，则hva＝0.75m。根据（6-3-5）式：[Hs′]＝4.5-(10.33-9.2)-(0.75-.024)=2.86m6.3.3灌注式水泵的安装高度对于有些轴流泵，或管网系统中输送的是温度较高的液体（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。等式左端：实际气蚀余量Δh。等式右端：临界气蚀余量Δhmin。临界气蚀余量Δhmin＋安全余量＝必须气蚀余量当水箱中液面压强P0等于液体温度对应的饱和汽化压力Pv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。6.3.4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.压出管路的连接止回阀减振：柔性接头6.3.5风机与管网的连接

1.风机进口装置

2.风机出口装置

采用正确的连接方式，减小“系统效应”。6.4泵、风机的选用

【例6-5】某空气调节系统需要从冷水箱向空气处理室供水，最低水温