泵与泵站第4章.ppt

第第4章章 水泵运行工况及水泵运行工况及 水泵工况调节水泵工况调节n n 4.1 4.1 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程n n 4.2 4.2 离心泵装置的工况离心泵装置的工况离心泵装置的工况离心泵装置的工况n n 4.3 4.3 水泵工况调节水泵工况调节水泵工况调节水泵工况调节n n 4.4 4.4 水泵并联工作水泵并联工作水泵并联工作水泵并联工作n n 4.5 4.5 水泵串联工作水泵串联工作水泵串联工作水泵串联工作几个重要概念几个重要概念Ø 离心泵装置离心泵装置Ø 总扬程，总扬程，HØ 静扬程，静扬程，HSTØ 泵吸水地形高度，泵吸水地形高度，HssØ 泵压水地形高度，泵压水地形高度，HsdHSTHSSHSd吸水地测压管水面与高地水池测压吸水地测压管水面与高地水池测压管水面之间的垂直高差管水面之间的垂直高差 泵吸水井（池）水面的测压管水面泵吸水井（池）水面的测压管水面至泵轴间的垂直距离至泵轴间的垂直距离泵轴至高地水池测压管水面之间的垂直泵轴至高地水池测压管水面之间的垂直高差高差 泵配上管路及一切附件后的系统。

泵配上管路及一切附件后的系统泵的扬程泵的扬程§4.1.1 水泵装置的工作扬程水泵装置的工作扬程H＝E2－E1 根据扬程的定义根据扬程的定义：：根据佰努利方程的物理意义根据佰努利方程的物理意义：：则：则：泵进口处泵进口处1-1断面比能：断面比能：泵出口处泵出口处2-2断面比能：断面比能：§4.1.1 水泵装置的工作扬程水泵装置的工作扬程又：又：真空表读真空表读数数压力表读压力表读数数则：则：较小，可忽略较小，可忽略因此：因此：§4.1.2 水泵装置的设计扬程水泵装置的设计扬程 设设计计扬扬程程是是根根据据工工程程实实际际现现场场条件计算所得到的水泵扬程条件计算所得到的水泵扬程§4.2 离心泵装置的工况离心泵装置的工况叶片泵的基本性能，由叶片泵的基本性能，由 6 个性能参数表示：个性能参数表示： Ø 流量流量流量流量Ø 扬程扬程扬程扬程 Ø 轴功率轴功率轴功率轴功率Ø 效率效率效率效率Ø 转速转速转速转速Ø允许吸上真空高度允许吸上真空高度允许吸上真空高度允许吸上真空高度 及汽蚀余量及汽蚀余量及汽蚀余量及汽蚀余量§4.2 离心泵装置的工况离心泵装置的工况运行工况运行工况: 水泵运行时，瞬时的实际出水量水泵运行时，瞬时的实际出水量Q、扬程、扬程H、轴功率、轴功率N、、效率效率η等，把这些值绘在扬程曲线、功率曲线、效率曲线等，把这些值绘在扬程曲线、功率曲线、效率曲线上，就成为一个具体的点，这个点就称为水泵装置的瞬时上，就成为一个具体的点，这个点就称为水泵装置的瞬时工况点。

工况点反映了水泵瞬时的工作状况工况点反映了水泵瞬时的工作状况影响工况的因素：影响工况的因素： A 水泵固有工作能力水泵固有工作能力 B 水泵的工作环境水泵的工作环境 §4.2.1 管路系统特性曲线管路系统特性曲线水流通过管道一定存在水头损失：水流通过管道一定存在水头损失：——管路系统的管路系统的总水头损失总水头损失，，m；；——管路系统的管路系统的沿程水头损失沿程水头损失，，m；；——管路系统的管路系统的局部水头损失局部水头损失，，m 管路系统布置一经确定后，则管路长度管路系统布置一经确定后，则管路长度l、管径、管径D、比阻、比阻A以及局部阻力系数以及局部阻力系数ζ等均为已知数，具体计算时可查阅给水排等均为已知数，具体计算时可查阅给水排水设计手册中水设计手册中“管渠水力计算表管渠水力计算表”§4.2.1 管路系统特性曲线管路系统特性曲线沿程水头损失沿程水头损失 水流流经直管段时，水流与管路内壁发生摩擦所引起的能量损失水流流经直管段时，水流与管路内壁发生摩擦所引起的能量损失采用水力坡降采用水力坡降i公式：公式：对于钢管：对于钢管： 对于铸铁管：对于铸铁管：采用比阻（采用比阻（A）公式：）公式：对于钢管：对于钢管： 对于铸铁管：对于铸铁管：k1——由由钢钢管壁厚管壁厚不等于不等于 10mm而引入的而引入的修正系数；修正系数；k3——由管中平均由管中平均流速流速 小于小于1.2 m/s而引而引入的修正系数。

入的修正系数§4.2.1 管路系统特性曲线管路系统特性曲线局部水头损失局部水头损失: 水流流经管件、阀门时，由于其边界条件的突然变化，或水流方水流流经管件、阀门时，由于其边界条件的突然变化，或水流方向的改变，使水流形态发生剧烈变化而引起的局部能量损失向的改变，使水流形态发生剧烈变化而引起的局部能量损失——管路中局部水头损失之和，管路中局部水头损失之和，ζ值与管件、阀门的类型有关；值与管件、阀门的类型有关；——水流通过有关管件、阀门的计算流速，水流通过有关管件、阀门的计算流速，m/s对于圆管流动（对于圆管流动（采用比阻公式表示采用比阻公式表示）：）： S——管路的沿程阻力系数与局部管路的沿程阻力系数与局部阻力系数之和，阻力系数之和，s2/m5S通常与管通常与管径径D、管长、管长l、粗糙系数、粗糙系数n、管路布、管路布置及管件的多少有关置及管件的多少有关【【例题例题】】 岸边式取水泵房，根据已知条件求水泵扬程岸边式取水泵房，根据已知条件求水泵扬程已知：流量，已知：流量，Q=120L/s 管路长度，吸水管管路长度，吸水管 l1=20m ，压水管，压水管 l2=300m 管径，吸水管管径，吸水管 Ds=350mm，压水管，压水管 Dd=300mm 标高，吸水井水面标高，吸水井水面58.00m，泵轴，泵轴60.00m ，水厂混合池水面，水厂混合池水面90.00m 管件：吸水进口采用无底阀的滤水网，管件：吸水进口采用无底阀的滤水网，90°弯头一个，（不考虑减缩弯头一个，（不考虑减缩管及压水管局部水头损失）。

管及压水管局部水头损失）吸水管水力坡度吸水管水力坡度 i1=0.0065，压水管水力坡度水力坡度，压水管水力坡度水力坡度 i2=0.0148 【【例题例题】】解：解：①① 静扬程：静扬程：吸水管内流速：吸水管内流速：水力坡度水力坡度 i1=0.0065吸水管路沿程损失，吸水管路沿程损失，hs1= i1·l1 =0.0065×20= 0.13m②② 吸水管路水头损失吸水管路水头损失吸水管路局部损失，吸水管路局部损失，吸水管路上各部分的局部损失系数吸水管路上各部分的局部损失系数吸水管路总水头损失，吸水管路总水头损失，【【例题例题】】压水管内流速：压水管内流速：查设计手册，水力坡度查设计手册，水力坡度 i2=0.0148压水管路沿程损失，压水管路沿程损失，hd1= i2·l2 =0.0148×300= 4.44m③③ 压水管路水头损失压水管路水头损失④④ 泵的总扬程泵的总扬程水泵的扬程公式水泵的扬程公式此时此时H表示流量为表示流量为QA时将单位质量的水提升时将单位质量的水提升到到HA所所需要需要的能量需要需要§4.2.1 图解法求离心泵装置的工况点图解法求离心泵装置的工况点K1ΣHMKDHSTHSTMHQ-ΣHQ-H离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点HM需要需要=供给供给1、直接作图法、直接作图法§4.2.1 图解法求离心泵装置的工况点图解法求离心泵装置的工况点2、折引特性曲线法、折引特性曲线法QMHSTQHQ-Σh离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点M1HMM§4.2.4 数解法求离心泵工况点数解法求离心泵工况点联立联立水泵特性曲线方程水泵特性曲线方程 H=f（（Q）） 管道特性曲线方程管道特性曲线方程 H=HST+SQ2关键关键：水泵特性曲线：水泵特性曲线 H=f（（Q）） 的确定的确定抛物线法抛物线法：：设实际水泵特性曲线的高效段可以用方程表示：设实际水泵特性曲线的高效段可以用方程表示： H ——水泵的实际扬程（高效段内），水泵的实际扬程（高效段内），m；； Hx ——水泵在水泵在Q=0时的虚（虚拟）总扬程，时的虚（虚拟）总扬程，m；； hx ——相应于流量为相应于流量为Q时，水泵内部的虚水头损失之和，时，水泵内部的虚水头损失之和，hx=SxQm，，m；； Sx ——泵体内虚阻耗系数，泵体内虚阻耗系数，s2/m5；； m ——指数，对于水泵指数，对于水泵m=2或或m=1.84，一般采用，一般采用m=2。

§4.2.4 数解法求离心泵工况点数解法求离心泵工况点在水泵高效段内相距较远的地方任意选取两点在水泵高效段内相距较远的地方任意选取两点因为因为H1、、H2、、Q1、、Q2为已知值，可以求出为已知值，可以求出Sx和和Hx在求出了在求出了Hx和和Sx后，水泵特性曲线后，水泵特性曲线Q～～H的方程式，可以写为：的方程式，可以写为：§4.3 水泵工况调节水泵工况调节 泵泵泵泵的的的的工工工工作作作作点点点点由由由由两两两两条条条条特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线所所所所决决决决定定定定，，，，因因因因而而而而改改改改变变变变其其其其中中中中之之之之一一一一或或或或者者者者同同同同时时时时改改改改变变变变即可实现流量的调节即可实现流量的调节即可实现流量的调节即可实现流量的调节 ⑴⑴⑴⑴改变管道系统特性曲线改变管道系统特性曲线：自动调节（水位变化）：自动调节（水位变化） 阀门调节（节流调节）阀门调节（节流调节） ⑵⑵⑵⑵改变水泵特性曲线改变水泵特性曲线：变速调节（调速运行）：变速调节（调速运行） 变径调节（换轮运行）变径调节（换轮运行） 变角调节（改变轴流泵的叶片安装角）变角调节（改变轴流泵的叶片安装角） 水泵并联和串联工作水泵并联和串联工作 §4.3.1 自动调节自动调节静扬程提高静扬程提高 城市给水管网夜间的工作情况（有前置水塔）城市给水管网夜间的工作情况（有前置水塔） 晚间用水量减少，水塔水位上升，即静扬程晚间用水量减少，水塔水位上升，即静扬程HST上升，水上升，水泵的工况点沿泵的工况点沿Q-H向流量小一侧移动。

向流量小一侧移动 在白天，城镇用水量增大，管网内压力下降，水塔向管网在白天，城镇用水量增大，管网内压力下降，水塔向管网输水，水塔中水位输水，水塔中水位 下降，离心泵工况点将自动向流量增大侧移下降，离心泵工况点将自动向流量增大侧移动 当水源水位变化时，也使得水泵的静扬程增大或减小，使当水源水位变化时，也使得水泵的静扬程增大或减小，使得管路特性曲线上下移动，从而使得水泵工况点改变得管路特性曲线上下移动，从而使得水泵工况点改变 优点：调节流量，简便易行，可连续变化，无过载体危害的；优点：调节流量，简便易行，可连续变化，无过载体危害的；优点：调节流量，简便易行，可连续变化，无过载体危害的；优点：调节流量，简便易行，可连续变化，无过载体危害的；缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理济上不够合理济上不够合理济上不够合理Q QA AA AH HQ QB BB BB B1 1A点为闸阀全开时候的工点为闸阀全开时候的工作点，称极限工作点作点，称极限工作点QB是调节后的工作点，是通是调节后的工作点，是通过关小阀门增大管路的过关小阀门增大管路的S值，值，来获得的来获得的HB1而在而在QB流量下工作时，原来流量下工作时，原来管道系统所需要的扬程为管道系统所需要的扬程为HB1，但现在水泵的扬程为，但现在水泵的扬程为HB，，多出的部分即为线段多出的部分即为线段BB1的长度，这就是闸阀上的长度，这就是闸阀上额外消耗掉的能量额外消耗掉的能量HB§4.3.2 阀门调节阀门调节§4.3.3 变速调节变速调节复习：复习：相似定律的特例相似定律的特例————比例律比例律 把相似定律应用于以不同转速运行的同一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：台叶片泵，则可得到比例律：1 1、比例律应用的图解方法、比例律应用的图解方法(1)(1)已知水泵转速为已知水泵转速为n nl l时的时的(Q(Q—H)H)l l曲线，但所需的工况点，并不在该特曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点性曲线上，而在坐标点A A2 2(Q(Q2 2，，H H2 2) )处。

现问；如果需要水泵在处现问；如果需要水泵在A A2 2点工作，点工作，其转速其转速n n2 2应是多少应是多少? ?(2)(2)已知水泵已知水泵n nl l时的时的(Q(Q—H)H)l l曲线，试用比例律翻画转速为曲线，试用比例律翻画转速为n n2 2时的时的(Q(Q—H)H)2 2 曲线问题问题问题问题⑴⑴⑴⑴：：：：求调速运行时的求调速运行时的求调速运行时的求调速运行时的n n2 2我们采用相似工况抛物线法求解我们采用相似工况抛物线法求解我们采用相似工况抛物线法求解我们采用相似工况抛物线法求解A1QHQ-HA2等效率曲线等效率曲线比例率应用的图解法比例率应用的图解法问题（问题（问题（问题（2 2）：）：）：）：在在(Q—H)l线上任取线上任取a、、b、、c、、d、、e、、f点；点；利利用用比比例例律律求求(Q—H)2上上的的a′、、b ′、、c ′ 、、d ′、、e ′、、f ′……作作(Q—H)2曲线同理可求同理可求(Q—N)2曲线比例率应用的图解法比例率应用的图解法 求求n n2 2时的效率时的效率(Q(Q——η)η)2 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，将已知图中的，将已知图中a a、、b b、、b b、、d d等点的效率点平移即可。

等点的效率点平移即可Q QH HQ-HQ-Ha a b bd dc ce ef f（（Q-HQ-H））2 2比例率应用的图解法比例率应用的图解法§4.3.3 变速调节变速调节改变转速的方法：改变转速的方法：①①电动机转速不变，通过中间传送方式以达到改变转速电动机转速不变，通过中间传送方式以达到改变转速的目的常见方式：带传动、液力耦合器常见方式：带传动、液力耦合器②②电动机转速可变电动机转速可变常见方式：改变电动机定子电压调速、改变电动机定子常见方式：改变电动机定子电压调速、改变电动机定子级数调速、改变电动机转子电阻调速、串联调速、变频级数调速、改变电动机转子电阻调速、串联调速、变频调速调速§4.3.3 变速调节变速调节水泵调速控制的类型：水泵调速控制的类型：①①恒压调速：恒压调速：通过调速使水泵出口或最不利点的压力在通过调速使水泵出口或最不利点的压力在一个较小的范围内波动一个较小的范围内波动②②恒流调速：恒流调速：通过调速使水泵供水量基本维持不变通过调速使水泵供水量基本维持不变③③其他调节情况其他调节情况。