泵与风机的运行和调节

动 力 与 机 械 学 院 l 一 定 转 速 下 水 力 性 能 参 数 流 量 与 扬 程 和 机 械 性 能 参 数 功率 、 转 速 、 效 率 的 关 系 。 一 般 研 究 流 量 与 扬 程 、 流 量 与 功 率 、 流量 与 效 率 等 的 关 系 曲 线 ， 即 QH, QP, Q 曲 线 。l 这 些 曲 线 可 以 由 理 论 推 出 ， 但 理 论 还 不 完 善 ， 实 际 性 能 曲 线 与 理论 分 析 有 一 定 差 距 。l 性 能 曲 线 作 用 ： 帮 助 泵 的 设 计 者 ， 根 据 性 能 曲 线 在 实 验 之 后 确 定 泵 的 结 构 ； 可 以 帮 助 泵 站 的 设 计 者 为 泵 站 选 择 合 适 的 泵 ； 帮 助 用 户 选 择 合 适 的 泵 。 l 通 常 ， 性 能 曲 线 有 六 种 ， 分 别 是 理 论 性 能 曲 线 ， 实 际 性 能 曲 线 ， 无 量 纲 性 能 曲 线 ， 通 用 性 能 曲 线 ， 综 合 性 能 曲 线 和 全 特 性 曲 线 。 l 扬 程 流 量 性 能 曲 线V U V ctgu m2 2 2 2 V QDbm T2 2 2 H Ug U ctgg D b QT T 22 2 22 2H A B QT T A Ug 22 B U ctgg D b 2 22 2 2 090 TT HQ ,02 90 AHT 02 90 TT HQ , u2A2/ctgu2 /g2 b2 b2 b2 b2 90 90 90HT QT 泵 的 水 力 损 失 包 括 ：摩 擦 损 失 （ 流 体 流 经 流 道 时 ）冲 击 损 失 21 1h cQ 21 2( )dh c Q Q 1 1y 2 2( )w T T T T T TP gQ H g AQ BQ A Q B Q 2 090 TT HQB ,0 02 90 TT QAHB ,0 02 90 TT HQB ,0 90b2 b2 90b2 90 QTPw NN gQHNel 所 以 ， 当 Q=0时 =0。 H=0时 =0。l Q 为 抛 物 线 。 Q=Qd， 取 最 大 值 l 理 论 性 能 只 能 用 于 定 性 分 析 ， 由 于 泵 内 流 动 的 复 杂 性 ，泵 的 实 际 性 能 只 能 通 过 实 验 得 到 。kHk kQ H Q图 3.4 离 心 泵 Q H曲 线 的 三 种 型 式 图 3.5 轴 流 泵 性 能 曲 线QH k Qj Qkj dQ aCQ H Q PQ bP 0 2 4624 6130 200 210 220 230 240 250 260 2700 20 40 60 80 100102030405060 204060204060800 5560657075800 578910P(kW)H (m) Q (l/s)n=1120rpmn=2900rpm (%)Q (l/s) (%)H (m) Hs (m) P(kW)Q H8sh-138sh-13A D=204mmD=193mmQ HsQ PQ Q Q HQ PQ h 功 率 随 流 量 的 增 加 而 增 加 。在 Q=0时 ， 功 率 N有 最 小 值 。因 而 离 心 泵 一 般 要 关 阀 启 动l 对 于 离 心 泵 来 讲 l 对 于 轴 流 泵 来 讲 与 离 心 泵 相 反 随 流 量 的 增 加 ，功 率 的 趋 势 是 下 降 。 当 Q=0时 ，功 率 N有 最 大 值 ， 一 般 为 设 计 值的 1.5 2倍 。 因 而 轴 流 泵 一 般 要开 阀 启 动 ， 以 降 低 启 动 功 率 。 所以 ， 一 般 轴 流 泵 的 出 口 管 处 没 有控 制 阀 门 ， 如 果 有 ， 那 也 是 由 于检 修 。 0 2 4624 6130 200 210 220 230 240 250 260 2700 20 40 60 80 100102030405060 204060204060800 5560657075800 578910P(kW)H (m) Q (l/s)n=1120rpmn=2900rpm (%)Q (l/s) (%)H (m) Hs (m) P(kW)Q H8sh-138sh-13A D=204mmD=193mmQ HsQ PQ Q Q HQ PQ h14ZLB-100轴 流 泵 性 能 曲 线 l 用 无 量 纲 性 能 曲 线 来 表 示 性 能 与 比 转 速 的 关 系 。l 所 有 泵 的 性 能 曲 线 可 以 用 某 个 值 与 相 对 值 的 比 值 来 描绘 出 来 Q QQd H HHd N NN d dd 代 表 额 定 值 或 者 设 计 值 . l 流 量 系 数l 风 压 系 数l 功 率 系 数 QQ DD nnpm pm pm 22 3 13232 CnDQnDQ mmmpp p 1222222 604604 CnDD QnDD Q mmm mppp p 222 4 DF nDu 22 60 mmmpp p uFQuFQQ 2222 2222 mpmpmpmp nnDDpp 2222222 CnD pnD p mmm mppp p 22 222 6060 CnDpnDp mmm mppp p 22222 Cupup mm mpp p 2222 mm mpp p upupp 5 322p p p pm m m mP D nP D n 35 3 5 32 2p mp p p m m mP P CD n D n 33 3 2 22 2 2 260 4 60 4p mp p p p m m m mP P Cn D D n D D 3 32 2 2 2p mp p p m m mP PP u F u F 无 因 次 性 能 曲 线 为 相 对性 能 曲 线 ， 与 风 机 的 尺寸 大 小 、 转 速 及 被 输 送气 体 的 密 度 无 关 ， 故 可代 表 一 系 列 相 似 风 机 的性 能 。 因 此 ， 若 把 各 类风 机 的 无 因 次 性 能 曲 线绘 在 同 一 张 图 上 ， 在 选型 或 设 计 时 可 方 便 地 进行 性 能 比 较 。 l 比 较 拥 有 不 同 ns.的 泵 的 性 能 。 随 ns 的 增 加 ， QH 曲 线 变得 陡 峭 ， Q=0时 的 N值 变 大 。 对 于 Q曲 线 ， 最 大 效 率点 的 前 后 ， 变 化 加 快 （ 或 称 高 效 区 变 窄 ） 。l 计 算 得 到 一 种 已 知 设 计 参 数 和 比 转 速 的 的 泵 或 风 机 的 性能 曲 线 。 如 下 ：Q Q Qd H H Hd N N N d d l 风 机 的 比 转 数 ny也 可 由 无 因 次 参 数 求 出 。 图 3.13 叶 片 泵 各 种 效 率 与 比 转 数 关 系 曲 线 m10.800.60 400.70 h效率(%) 0.90 m2 v 1.00 60010060 80 200 400 ns l 将 泵 在 不 同 转 速 下 的 QH 曲 线 画 在 一 张 图 上 ， 效 率 用 等 效 率 线 表示 ， 该 曲 线 称 做 通 用 性 能 曲 线 。l 对 于 轴 流 泵 ， 是 将 不 同 的 安 放 角 时 QH 曲 线 画 在 一 张 图 上 ， 效 率用 等 效 率 线 表 示 ， 功 率 用 等 功 率 线 表 示 ， 该 曲 线 称 通 用 性 能 曲 线 。QQ nnpm pm HH nnpm pm 2HH QQ pm pm 2HQ HQpp mm2 2 H kQ 2上 述 方 程 为 过 原 点 的 抛 物 线 。 称 为 相 似 抛 物 线 ， 也 称 等 效 抛 物 线 。 l 通 过 上 面 的 公 式 ， 可 以 得 到 不 同 转 速 下 的 性 能 曲 线 。l 如 果 知 道 泵 在 某 转 速 n1下 的 性 能 曲 线 ， 则 可 计 算 出 不 同点 的 k值 ， 然 后 再 画 出 一 系 列 相 似 抛 物 线 。l 由 于 相 似 工 况 点 的 效 率 相 等 ， 故 相 似 抛 物 线 也 称 为 等 效抛 物 线 。l 当 转 速 降 很 低 时 ， 最 高 效 率 也 下 降 很 大 。 因 此 在 转 速 较低 时 ， 相 似 抛 物 线 与 等 效 线 并 不 重 合 。 另 外 ， 低 转 速 运行 是 很 不 经 济 的 。l 但 是 ， 转 速 很 高 的 时 候 ， 泵 会 碰 到 汽 蚀 的 问 题 ， 所 以 在很 高 的 转 速 下 运 行 也 是 不 合 适 的 。 n1n2n3 n1n2n3ABC1 11 2 233 44H(a)(b) Q图 3.15 离 心 泵 不 同 转 速 下 的 通 用 性 能 曲 线 对 于 选 择 合 适 的 泵 很 重 要 ， 它 是 将 不 同 的 泵 在 高 效 区 工 作 的 QH曲 线 描在 一 张 对 数 坐 标 表 示 的 图 上 而 形 成 的 。 Q(L/s)1008sh13H(m) 6sh6 8sh9A 290050 5030150 406sh6A 290080100907060 6sh6 7060 80 908sh98sh6 29006sh9A 2900 5030402015301098 40 8sh13A 29007060 80 90 150024sh13 97032sh19 730150014sh9 14sh9B 145014sh9A 14sh13A 145014sh1314sh6B 145014sh28 145014sh19A 145014sh1910sh6A 1450 12sh9A 12sh6A 12sh6B 145012sh9 12sh615010sh6 14sh6200 30014sh6A12sh9B 145012sh28A 145012sh2812sh19A 145012sh13A 145010sh13A 145010sh910sh9A 145010sh1310sh19A 145010sh19100 150 12sh1912sh13200 300 20sh9A 970 700500400 60020sh6 97020sh9 900800 100024sh9 96024sh9A24sh28A70024sh28 97020sh19A 97020sh13 97020sh13A20sh9B20sh1950020sh28 970400 600 24sh1924sh19A 9701000800900 502000 3000 15040001009080607048sh22A2000 2048sh22 485 304040003000 151089图 3.21 sh型 离 心 泵 型 谱 图 H(m) 1000 2000800500600300200 400带 括 号 数 字 为 n=2900rpm的 ns值不 带 括 号 数 字 为 n=1450rpm的 ns值n=2900 rpm&1450 rpmn=1450 rpmn=2900 rpm 187 93(187)132200-150-315200-150-250200-150-400 1008050 6040100-80-160100-80-160201086 132 187 80-65-12580-65-16065-50-12565-50-160 30 100-65-20080-65-125100-65-250100-65-31580-65-160 100-80-160125-100-200100-80-125125-100-250125-100-31580-50-20080-50-25080-50-315 100-65-200100-65-250100-65-315250-100-40080-50-20065-50-12580-50-25080-50-31565-50-16060-40-25050-32-12560-40-25060-40-31550-32-160 60-40-25060-40-25050-32-25050-32-200 65-40-315 图 3.20 IS型 单 吸 式 离 心 泵 型 谱 图150-125-400125-100-200150-125-315150-125-250125-100-250125-100-315 1000 2000800500 600300200 4001008050 6040201086 30 ns=23(ns=23) (33) 4733(47) (66) (132)(93) 66 54393 (187)22 50-32-16050-32-1253 664 47(93)33(66)685 (132) 50-32-20050-32-250(33)403020 (ns=23)508060100 (47)ns=2310 5432 l 在 一 些 情 况 下 ， 泵 可 能 在 非 正 常 的 状 态 下 运 行 。 比 如 事 故 停 泵 ， 泵 出 口 的 水 流 可 能 由 于 重 力 作 用 从 入 口 反向 流 动 ， 使 泵 经 历 多 种 运 行 工 况 。l 泵 的 正 常 工 作 状 态 Q- 从 进 口 到 处 口H- 出 口 能 量 大 于 进 口 能 量N- 泵 从 动 力 设 备 吸 收 功 率n- 转 速 的 方 向 与 设 计 的 方 向 相 同M- 转 矩 方 向 与 设 计 的 方 向 相 同 5 D 6 2P234 V3 V4 1 P E 98V2V1P1 7 l图 3.22 水 泵 全 面 性 能 曲 线 实 验 装 置P P 1 P2 V1 V2 V3 V4 测 定 的 运 行 工 况水 泵 正 转 停停停开 停开开停 开开开关 关关关开 开关关开 关开开关 正 流 量 、 正 扬 程 、 正 转 矩正 流 量 、 负 扬 程 、 正 转 矩正 流 量 、 负 扬 程 、 负 转 矩负 流 量 、 正 扬 程 、 正 转 矩水 泵 反 转 停停开开 停开停停 开开关关 关关开开 开关开开 关开关关 正 流 量 、 正 扬 程 、 负 转 矩正 流 量 、 负 扬 程 、 负 转 矩负 流 量 、 正 扬 程 、 正 转 矩负 流 量 、 正 扬 程 、 负 转 矩水 泵 停 转 停开 开停 开关 关开 关开 开关 正 流 量 、 负 扬 程 、 负 转 矩负 流 量 、 正 扬 程 、 正 转 矩 l 以 相 对 流 量 和 相 对 转 速 作 为 横 坐 标 和 纵 坐 标 ， 用 等 扬 程 、 等 转 矩线 来 表 示 。 扬 程 、 转 矩 均 用 相 对 值 来 表 示 。q QQd nnd dMM dHh H H=0+125%转 /分 -100%转/分 +q% 0转 /分 M=0 + +q% +q% -q% -q% -q% +h% +h% -h% -h% +100 -100 -100-100-100 -100 +100+100+100+100 +100 +100 +200 +200+200 +200 +125%转 /分 -75 -50-25 0转 /分+25 +25+50 +50 +75 +75 +1000转 /分 -125%-100-50-75-25 (b) (c) (a) H=0 水 泵 正 转 时 的 相 对流 量 q相 对 扬 程 h曲 线 水 泵 正 转 时 的 相 对流 量 q相 对 扬 程 h曲 线 水 泵 正 、 反 转 时 的相 对 流 量 q相 对 转矩 曲 线D A C B A EF G H BCD E F GH符 号A 正 常 泵B 耗 能C 正 常 水 轮 机D 耗 能E 反 转 泵F 耗 能G 反 转 水 轮 机H 耗 能 l A ： Q0、 H0， M0， n0 ( )( ) 030P M n 功 率 自 动 力 机 传 给 水 泵 ( )( ) 0P g Q H 水 流 通 过 水 泵 后 其 能 量 增 加 A区 为 水 泵 正 常 运 行 工 况 区 ， 或 称 正 转 水 泵 工 况 区 lB ： Q0， M0， n0 ( )( ) 030P M n 功 率 自 动 力 机 传 给 水 泵 ( )( ) 0P g Q H 水 流 通 过 水 泵 后 其 能 量 减 少 B区 为 制 动 耗 能 工 况 区 lC ： Q0， M0， n0 ( )( ) 030P M n 功 率 自 水 泵 传 给 动 力 机( )( ) 0P g Q H 水 流 通 过 水 泵 后 其 能 量 减 少 C区 为 正 转 水 轮 机 工 况 区 lD： Q0， M0， n0、 H0， M0， n0、 H0， M0， n0、 H0， M0 ( )( ) 030P M n 功 率 自 水 泵 传 给 动 力 机( )( ) 0P g Q H 水 流 通 过 水 泵 后 其 能 量 减 少 G区 为 反 转 水 轮 机 工 况 区 lH ： Q0、 H0， n0 ( )( ) 030P M n 功 率 自 动 力 机 传 给 水 泵 ( )( ) 0P g Q H 水 流 通 过 水 泵 后 其 能 量 减 少 H区 为 制 动 耗 能 工 况 区 A区 -正 常 水 泵E区 -反 转 水 泵C区 - 正 转 水 轮 机G区 -反 转 水 轮 机B， D， F， H区 属于 能 量 消 耗 区 ( 制动 工 作 状 态 ) F D FECB HGAQ 水 流 从 水 泵 进 口 流 入 ,从 水 泵 出 口 流 出-Q 水 流 从 水 泵 出 口 流 入 ,从 水 泵 进 口 流 出+H 水 泵 出 口 压 力 大 于 进 口 压 力-H 水 泵 出 口 压 力 小 于 进 口 压 力+M 扭 矩 方 向 与 叶 轮 正 转 方 向 相 同-M 扭 矩 方 向 与 叶 轮 正 转 方 向 相 反+n 水 泵 正 转 ； -n 水 泵 反 转A 正 常 水 泵 区 ； C 正 常 水 轮 机 区E 反 转 水 泵 区 ； G 反 转 水 轮 机 区B， D， F， H 耗 能 工 况 区说 明 ： H+MM H MH +q- q H=H=M= M=H+M H+M H-MH-MH-MH-M H+MQQ nn 等 扬 程 线等 转 矩 线图 中 参 数 均 为 相 对 参 数 -Q+H+M+n +Q-H-M-n +Q-H-M-n +Q-H+M+n+Q-H-M+n-Q+H-M-n -Q-H-M-n-Q+H+M-n Q=0-Q +Q +200 +200 +100+100-100-100 -200 -200 q%-q% % -% A AB BC C DD E E FF GGH HH=0H=0 H=0M=0 M=0+n-nn=0 相对转速 相 对 流 量M=0 H=0M=0 M=+250+200 +150+100 +75+50 -30-10 +10 +30-10 -30 -75-50H=-100 -150 -200 -250-50-75M=+100 -150-250-200 M=-100+150+200+250 +250 +200 H=+100+150 +75 +50 +30 +10+75 +10+30+50 +10+30+50+75H=+100+150+200+250 正 常 泵耗 能正 常 水 轮 机 反 转 泵 耗 能 +Q+H+M+n+Q -H-M -n-Q-H-M-n -Q+H+M -n -Q+H+M+n +Q -H+M+n +Q -H-M+n -Q+H-M -n M=0 M=0H=0H=0n=0-Q +Q+n-n AB H GFEDC 耗 能耗 能 耗 能耗 能正 常 水 轮 机 正 常 泵 反 转 泵 反 转 水 轮 机相 对 流 量 q%-q% 相对转速 % -%M=0H=0 H=0M=0 200-200 -100 100100200-100 -200C B A D E F G H+250+200+150 M=+100+75H=+100 +50+30+10 +10+30+50+75+150+200+250 -10-10 -30-30 -50-50 -75-75 M=-100 -150-150 H=-100 -200-200 -250-250 等 扬 程 线等 转 矩 线