泵与风机的运行（泵与风机课件）

叶片式泵与风机运行工况的确定叶片式泵与风机运行工况的确定

叶片式泵与风机运行工况的确定

运行工况——泵或风机在管路系统中每一时刻的实际工作状况问题——管路系统中以固定转速运行的泵或风机有无数个工况，如何确定运行工况？结论——由能量的供求平衡关系确定。要确定泵与风机的运行工况，还需掌握管路系统的通流特性管路系统的通流特性——管路系统中通过流体的流量与流体所需能量之间的关系管路通流特性的表达——管路特性曲线

第一部分管路性能曲线PART0101一、管路性能曲线概念：反映管路通流特性关系，管路系统中通过流体的流量与流体所需能量之间的关系的曲线获得——由分析法绘制1、流体在管路系统中流动时所需能头：静扬程：（与管路中通过的流量无关）

2、泵系统管路特性方程：3、风机系统管路特性方程：一、管路性能曲线管路特性曲线的绘制管路性能曲线说明对于给定的管路系统，通过的流量越多，需要外界提供的能量就越大管路特性曲线的形状、位置取决于管路装置、流体性质和流动阻力管路中阀门开度改变，管路特性曲线形状就会发生相应改变一、管路性能曲线并、串联管路特性曲线的绘制流量规律流动阻力规律流量规律流动阻力规律一、管路性能曲线

第二部分泵与风机的运行工况点（简称工作点）PART0102二、泵与风机的运行工况点（简称工作点）运行工况点——运行工况在其性能曲线上的位置，通常称为工作点确定运行工况的方法——图解法工作点的位置——泵或风机的H(p)-qv性能曲线与其工作管路特性曲线的交点“M”。“M”点对应的这组参数即为该泵的运行工况风机工作点的确定风机的工作点是静压-流量曲线与管路特性曲线的交点N二、泵与风机的运行工况点（简称工作点）思考：为什么交点“M”是泵的工作点？为什么风机的工作点是静压-流量曲线与管路特性曲线的交点？叶片式泵与风机运行工况的确定例题:如图所示为电厂循环水泵在工作转速时的H-qv和η-qv性能曲线。已知循环水管路的直径d=600mm，管长L=250m，局部总阻力系数Σζ0=17.5，取管路的沿程阻力系数λ=0.03。水泵房进水池水面至循环水管出口的位置高差Hz=24m。设电动机效率=90%，传动装置效率=100%。试求出循环水泵向管路系统输水时电动机的输入功率泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行问题的提出——一台泵或风机的性能（qv,H）不能满足工程实际需要，如何解决？联合运行的概念——两台以上的泵或风机组成一个整体的联合运行方式联合运行方式的种类——串联、并联泵与风机的联合运行串联是指前一台泵或风机的出口向另一台泵或风机的人口输送流体的工作方式串联工作场合同性能(同型号)泵串联工作两台不同性能泵串联工作并联指两台或两台以上的泵或风机向同一压力管路输送流体的工作方式。并联的目的是在压头相同时增加流量并联工作场合同性能(同型号)泵并联工作需要注意的问题不同性能的泵并联工作

第一部分泵或风机的串联运行PART0101一、泵或风机的串联运行概念两台以上首尾相接的泵或风机依次传送同一流体的运行方式目的主要是为了增加输送流体的能头,还可以防止高转速给水泵入口液体的压强低而发生汽蚀一、泵或风机的串联运行①设计与制造一台高扬程泵或高全压风机困难较大②改建或扩建工程原有泵或风机的扬程与全风压不足③工作中需要分段升压工程实际采用串联运行的情况一、泵或风机的串联运行输出流量、扬程与每台泵或风机流量、扬程的关系总流量、扬程输出特性的表达——合成性能曲线性能特点一、泵或风机的串联运行（1）总工作点：管路特性曲线DE与合成H–qv性能曲线Ⅰ+Ⅱ的交点M（2）每台泵或风机的工作点：A1、A2分别为I泵与II泵的实际工作点工作点的确定一、泵或风机的串联运行相同性能的泵与风机串联曲线I、Ⅱ分别为两台泵的性能曲线。串联性能曲线I+Ⅱ是将单独泵的性能曲线的扬程在流量相同的情况下迭加起来得到的。它与共同管路特性曲线Ⅲ相交于M点，该点即为串联工作时的工作点串联工作的特点是流量彼此相等，总扬程为每台泵扬程之和，串联前每台泵的单独工作点为C，而串联的每台泵的工作点为B一、泵或风机的串联运行两台不同性能泵串联工作I，Ⅱ分别为两台不同性能泵的性能曲线，Ⅲ为串联运行时的串联性能曲线图中表示三种不同陡度的管路特性曲线1、2、3当泵在第一种管路中工作时，工作点为M1，串联运行时总扬程和流量都是增加的。当在第二种管路中工作时，工作点为M2，这时流量和扬程与只用一台泵(Ⅰ)单独工作时的情况一样，此时第二台泵不起作用，在串联中只耗费功率。当在第三种管路中工作时，工作点为M3，这时的扬程和流量反而小于只有I泵单独工作时的扬程和流量，这是因为第二台泵相当于装置的节流器，增加了阻力，减少了输出流量。因此，M2点可以作为极限状态，工作点只有在M2点左侧时才体现串联工作是有利的。一、泵或风机的串联运行串联运行效果分析（1）与同一管系中串联泵单独运行比较：说明：流量增加的原因在于串联运行时，扬程的增高比阻力的增加要大，富余的能量促使流体加速增大Hzp可减小流量的增加或保持流量不变

一、泵或风机的串联运行影响“H”倍率增大的因素串联台数不应过多管路的流通特性，适用于静扬程大，管道阻力大的情况串联运行的泵与风机的H（p）-qv性能特点，性能曲线平坦为佳串联运行的泵与风机的H（p）-qv性能差异，性能尽可能相似需注意的问题后续泵的材料强度泵有可能变为节流器泵的启动顺序，先启动Ⅰ泵，再启动Ⅱ泵

第二部分泵或风机的并联运行PART0102二、泵或风机的并联运行

概念两台以上泵或风机同时向同一压出管路系统输送流体的运行方式目的主要是为了增大输送流体的流量二、泵或风机的并联运行

①设计与制造一台大流量的泵或风机困难较大；②运行中系统需要的流量变动很大，采用一台大型的泵或风机运行经济性差；③分期建设工程中，要求保证第一期工程所用的泵或风机经济运行，又要求在扩建后满足流量增长需要

工程实际采用串联运行的情况二、泵或风机的并联运行

输出流量、扬程与每台泵或风机流量、扬程的关系总流量、扬程输出特性的表达——合成性能曲线性能特点二、泵或风机的并联运行

（1）总工作点——管路特性曲线DE与合成H–qv性能曲线Ⅰ+Ⅱ的交点M（2）每台泵或风机的工作点：工作点的确定二、泵或风机的并联运行

同性能(同型号)泵并联工作曲线I、Ⅱ为两台相同性能泵的性能曲线，Ⅲ为管路特性曲线，并联工作时的性能曲线为I+Ⅱ。M即为并联时的工作点，此时流量为qVM，扬程为HM。未并联时泵的单独运行时的工作点为c二、泵或风机的并联运行

二、泵或风机的并联运行

并联运行效果分析（1）与同一管系中并联泵单独运行比较：说明：泵扬程提高的原因是管路中流量增大，流动阻力损失也增大，泵必须提供较高的扬程减小管路的流动阻力损失，主要是增大管路截面积，可减小扬程的增加量，增大输送的流量二、泵或风机的并联运行

影响“qv”倍率增大的因素：并联台数尽可能少管路通流特性，流动阻力要小并联运行泵与风机的H(p)-qv性能特点，陡降型较好并联运行泵与风机的H(p)-qv性能差异，性能应尽可能相近并联运行应注意的问题——不良运行工况（小泵空载）

第三部分泵或风机的串联运行PART0103三、联合工作运行方式的选择选择的依据——管路阻力特性,即DE曲线陡→串联DE曲线平→并联泵与风机的联合运行例题:20Sh-13型离心泵的性能曲线如图示。输水管路特性方程为H1=20+10qv2(qv的单位为m3/s)。试求两台及三台性能完全相同的泵并联运行时，流量分别增加的百分数。又当管路特性方程变为H2=20+100qv2（qv的单位为m3/s）时，问流量增加的百分数又将如何变化？解：（1）绘出两台及三台泵并联运行时的总性能曲线I+II，I+II+Ⅲ，如图示。再由管路特性方程H1=20+10qv2及H2=20+100qv2分别绘出DE1和DE2管路特性曲线于同一图中（2）管路特性曲线DE1与各性能曲线的三个工作点的流量为：一台泵工作时，qv=730L/s，把单台泵工作流量定为100％二台泵工作时，qv=1160L/s，流量增加为159％三台泵工作时，qv=1360L/s，流量增加为186％（3）管路特性曲线变为DE2后，工作点的流量分别变为：一台泵工作时，qv=450L/s，100％二台泵工作时，qv=520L/s，116％三台泵工作时，qv=540L/s，120％可见：泵与风机并联工作的台数越多，管路流动阻力越大，流量增加的倍率越小，并联的效果越差

变角调节泵与风机运行工况的调节调节的概念泵与风机的运行工况为适应外界负荷变化的要求而改变的过程调节的实质改变工作点的位置调节的途径改变管路通流特性改变泵与风机本身的性能具体调节方法变阀调节变角调节变压调节变速调节变角调节离心风机轴流风机和混流风机轴流风机和混流泵与风机入口导流器静叶调节动叶调节

第一部分入口导流器及静叶调节PART0101变角调节（一）入口导流器调节1、概念——通过改变离心风机入口导流器导叶的安装角，使风机本身的性能发生变化来改变其输出流量2、实质——利用不同导的叶安装角来改变气流进入叶轮的方向，使风机的性能曲线相应改变来变更了工作点的位置3、调节形式——轴向导流器和径向导流器两种入口导流器和静叶调节变角调节变角调节（一）入口导流器调节4、调节原理——改变了叶轮入口处的速度三角形，使风机的获能和流量发生变化（改变了风机本身的性能）入口导流器和静叶调节变角调节5、优缺点及应用优点：①结构简单；②成本低；③操作灵活方便；④调节后驼峰性能有所改善，提高了运行的可靠性。缺点：存在冲击损失，调节量较大时，调节效率明显降低。应用：导流器加双速电机联合的调节方式入口导流器和静叶调节变角调节（二）入口静叶调节

轴流式、混流式风机中采用的一种调节方式。其构造和调节原理与离心风机入口导流器相似。轴流风机静叶调节的效率高于离心风机轴向导流器的调节效率。入口导流器和静叶调节

第二部分动叶调节PART0102变角调节1、概念——通过改变叶轮叶片的安装角，使泵或风机本身的性能发生变化来改其输出流量2、实质——利用不同的动叶片安装角来改变流体进入和流出叶轮的方向，使泵或风机的性能曲线相应改变来变更工作点的位置3、调节原理——改变了动叶片进、出口速度三角形，使泵或风机的获能和流量发生变化（改变了泵或风机本身的性能）4、适用范围：大型轴流式和混流式泵与风机动叶调节变角调节4、综合性能曲线将泵或风机在固定转速、不同动叶安装角或导叶安装角时的H（p）—qv性能曲线及曲线上效率相等的工况点连接而成的若干等效率曲线绘于同一张图上的曲线簇。动叶调节变角调节5、动叶调节的二种方式：半调：在泵或风机停转时，改变动叶安装角全调：在泵与风机运行中，可随时改变动叶片安装角

动叶调节变速调节泵与风机运行工况的调节调节的概念泵与风机的运行工况为适应外界负荷变化的要求而改变的过程调节的实质改变工作点的位置调节的途径改变管路通流特性改变泵与风机本身的性能具体调节方法变阀调节变角调节变压调节变速调节变速调节1、概念——通过改变泵与风机的工作转速，使其本身的性能发生变化来改变其输出流量2、实质——利用泵与风机不同的工作转速，使其性能曲线变化来变更工作点的位置3、调节原理——变速调节的依据是比例定律4、优缺点及应用：优点：不存在附加的调节阻力，调节经济性高缺点：改变转速的代价高应用：调节较频繁的大、中型泵或风机5、变速调节时工作点的变化与相似工况点变化的区别与联系区别：改变的路径不同联系：当Hzp=0时，两者一致变速调节变速调节6、变速调节的变速方式采用可变速的原动机采用小汽轮机驱动采用调速型电动机驱动液力耦合器变速液力耦合器的结构液力偶合器工作原理变速调节液力偶合器变速调节液力偶合器泵轮涡轮变速调节液力耦合器的工作原理泵轮叶片对工作油做功，高能油冲入涡轮，推动涡轮转动，带动泵与风机转子转动。做完功的低能油返回泵轮，重新获得能量，重复循环。液力耦合器的调节原理工作油量越多，涡轮的转速越高。油压和半径成正比，改变勺管端口的位置，调节排油量，改变转速泵与风机运行工况的调节例题在转速n1=2900r/min时，IS125-100-135型离心泵的H-qv性能曲线如图所示。工作管路的特性方程为Hc=60+9000qv2（m3/s）。若采用节流和变速两种调节方式使泵的流量qv=200m3/h，问各自的轴功率是多少？并求出变速调节后的转速n2。解：本题需首先绘出泵工作管路的特性曲线，然后分析两种调节方式各自的工作点。求解如下：（1）根据管路特性方程Hc=60+9000qv2计算若干组特性曲线的数据，结果列表如下：将上数据在生标系中描点绘出管路特性曲线如图示DE（2）节流调节时泵的性能曲线不变，而DE曲线变陡，其与H-qv曲线的交点“B”为节流调节后的工作点。即：qv(m3/h)080120160200240280H(m)6064.447077.7887.78100114.44泵与风机运行工况的调节(3)变速调节时DE曲线不变，而改变转速使泵的H1-qv1性能曲线通过图中“C”点，即“C”为变速调节后的工作点。由该点可读得：Hc=87.6N.m/N。由于转速改变后，η-qv曲线也随之改变，可应用作比例曲线的方法确定n1中与工况点“C”相似的工况，获得“C”工况的效率。求解需首先求出通过“C”点的比例方程：由可得该比例方程：变压调节泵与风机运行工况的调节调节的概念泵与风机的运行工况为适应外界负荷变化的要求而改变的过程调节的实质改变工作点的位置调节的途径改变管路通流特性改变泵与风机本身的性能具体调节方法变阀调节变角调节变压调节变速调节汽蚀调节（变压调节）1、概念——利用泵内发生汽蚀的程度使泵的性能发生变化来改变其输出流量2、实质——利用泵内不同程度的汽蚀，使泵的性能曲线形状相应改变来变更工作点的位置汽蚀调节（变压调节）3、调节原理——借凝汽器热井水位的升降来改变液体进入叶轮前的压强，使泵内发生不同程度的汽蚀汽蚀调节（变压调节）泵的汽蚀调节原理泵的倒灌高度Hg，即为设计工况下，泵不发生汽蚀的最小高度，这时的工作点如图中的A点汽蚀调节（变压调节）当汽轮机的负荷减少时，排汽量也减少，但水泵出水量还未减少，凝汽器水位倒灌高度不能维持Hg而要降低，这时水泵便产生汽蚀，水泵的性能曲线骤然下降，而管路特性曲线几乎不变，于是泵的工作点位移至A1出水量减少到新的Hg下再平衡运行。如汽轮机负荷继续减少，则排汽量继续减少，汽蚀程度加重，出水量继续减少，再在新的工作点平衡运行，如图中的A1，A2，A3，…，而相应的流量分别为qv1，qv2，qv3，…。反之，当汽轮机负荷增加时，排汽量增加，以凝汽器水位倒灌高度增大，输出水量增加，返复到新的工作点平衡运行。汽蚀调节（变压调节）4、优缺点及应用：优点：①不存在附加调节阻力，调节效率高；②且可实现流量的自动调节缺点：汽蚀破坏难免。①叶轮用耐汽蚀材料②采用再循环来辅助调节保证一定的热井水位应用——火电厂中的凝结水泵汽蚀调节（变压调节）通常泵的运行不希望产生汽蚀，但凝结水泵却利用泵的汽蚀特性来调节流量，实践证明，采用汽蚀调节对泵的通流部件损坏并不严重，相反地可使泵自动地调节流量，减少运行人员，降低水泵耗电约30％～40％，故在中小型发电厂的凝结水泵上被广泛采用。节流及回流调节泵与风机运行工况的调节调节的概念泵与风机的运行工况为适应外界负荷变化的要求而改变的过程调节的实质改变工作点的位置调节的途径改变管路通流特性改变泵与风机本身的性能具体调节方法变阀调节变角调节变压调节变速调节

第一部分节流（变阀）调节（入口调节和出口调节）PART0101一、节流（变阀）调节（入口调节和出口调节）概念1实质2调节方式3通过改变管路系统中阀门或挡板的开度，使管路通流特性发生变化来改变泵或风机的输出流量改变管路系统特性方程中的“φ”，使管路特性曲线移动来变更工作点的位置出口节流调节：改变管路特性曲线入口节流调节：改变管路特性曲线和泵与风机性能曲线一、节流（变阀）调节（入口调节和出口调节）出口节流调节调节前后的实际效率调节的特点：缺点：出口端节流调节运行经济性较差优点：调节设备简单，操作方便可靠一、节流（变阀）调节（入口调节和出口调节）入口节流调节调节前后的运行效率及实际效率Δh1小于Δh2调节的特点：优点：入口端节流调节的经济性较出口节流调节高缺点：这种调节在泵中不宜采用，可能导致泵发生汽蚀

第二部分回流调节PART0102泵与风机运行中的常见问题

第一部分不稳定运行工况PART0101一、不稳定运行工况稳定运行工况泵与风机工作时的能量供求平衡在外界干扰（电压、电频率、负荷、机组振动等）下能建立新的稳定平衡，干扰消除后仍能恢复原状的运行工况称为稳定运行工况。不稳定运行工况泵与风机工作时受外界干扰及干扰消除后不能建立新的稳定平衡及恢复原状，而是出现流量跃迁或剧烈波动的运行工况，称为不稳定运行工况。不稳定运行工况产生的必要条件——H(p)-qv性能曲线为驼峰一、不稳定运行工况流量变化的特点0←(突变)—qvL—(突变)→qvB导致的问题：管路中的水击现象切点型“C”工作点：容易造成无交点驼峰型稳定工作的条件：Hzp<Hzp1；qv>qvk。1、双交点及切点型不稳定运行工况一、不稳定运行工况概念风机工作时，流量出现周期性大幅度（时正时负）的波动，引起整个系统装置剧烈振动和噪音加大的现象产生风机喘振的条件：风机p-qv曲线具有驼峰工作管路系统容量较大2、喘振一、不稳定运行工况工作特点：当用户需要的流量发生变化时，管系中气体的压强滞后于工况的变化风机喘振时qv变化的特点：

当qv工<qvk时

K→L→D→C→K导致的问题：风机基础及连接处振松或风机损坏，风机烧毁等2、喘振一、不稳定运行工况

产生原因内因——用户使用不当

外因——H（p）性能曲线有驼峰防止措施：尽量避免选用H(p)-qv曲线具有驼峰的泵与风机使用H(p)-qv曲线有驼峰的泵与风机时，应保证其qv>qvk

如果用户所需qv小于qvk，可装设再循环管或自动排出阀，保证qv始终大于qvk采用变速调节或动叶调节（轴流式）以扩大稳定运行工况区造成泵与风机运行工况不稳定的原因及防止措施

第二部分旋转失速（旋转脱流）PAR