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1、,北京林业大学 环境科学与工程学院,泵与风机 Pumps and Fans,主讲人：张立秋（环境科学与工程学院） 2014年10月,第七章 泵与风机装置工况点及改变方法,主要内容：,泵与风机装置工况点求解 泵与风机装置工况调节 变速调节 切削调节 串并联调节,本章重点是掌握变速与切削调节方法； 难点是掌握并联工况点调节方法。,相关知识点回顾：,泵与风机特性曲线,离心泵特性曲线,Hf（Q） NF（Q） （Q）,离心泵特性曲线方程,相关内容回顾：,泵与风机特性曲线 管路系统特性曲线,HST,Q,0,H,低地水池,高地水池,(Q-H)G,HST,hk,Qk,K,H=Hst+h=Hst+SQ2,管路
2、特性曲线方程：,1 工况点求解,问题1：工况点概念？,是指泵或风机装置在某个瞬时的实际工作状态，可用泵或风机的特性参数：流量Q、扬程H（风压p）、效率、轴功率N等表示。,工况点1：（Q1,H1,N1,1） 工况点2：（Q2,H2,N2,2） . 工况点n：（Qn,Hn,Nn,n）,1 工况点求解,决定工况点的因素有两个方面： （1）泵或风机固有的工作能力泵或风机特性曲线 （2）泵或风机的工作环境，即管路系统的布置、水池的水位等边界条件管路系统特性曲线,问题2：决定工况点因素？,1 工况点求解,工况点的求解方法有图解法和数解法两种，其中图解法的特点是简明、直观，在工程上应用非常广泛。,问题3：常
3、用方法？,1 工况点求解,【例1】图解法求解离心泵装置工况点。,HST,低地水池,高地水池,已知条件： 1）水泵型号； 2）管路布置确定； 3）低地和高地水池液位变化可忽略。 求解： 水泵工况点，即此条件下的流量、扬程、轴功率、效率等参数。,水泵,1 工况点求解,HST,低地水池,高地水池,水泵,H,0,Q,(QH),【求解步骤1】,N,(QN),(Q),1 工况点求解,HST,低地水池,高地水池,水泵,H,0,Q,(QH),【求解步骤2】,N,(QN),(Q),(QH)G,1 工况点求解,HST,低地水池,高地水池,水泵,H,0,Q,(QH),【求解步骤3】,N,(QN),(Q),(QH)G
4、,M,QM,HM,NM,M,1 工况点求解,HST,低地水池,高地水池,水泵,H,0,Q,(QH),【疑问：M点一定是工况点吗？】,N,(QN),(Q),(QH)G,M,N,N,P,P,M点一定是工况点.,1 工况点求解,例2：图解法求解水箱出流工况点。,折引特性曲线,1 工况点求解,例3：折引特性曲线法求解离心泵装置工况点。,1 工况点求解,例4：数解法求解离心泵装置工况点。,Hf（Q） HHSTSQ2,HH X h X,HH X S X Q2,2 工况点调节方法,用户的用水（气）量是变化的，为了适应这个变化，要求泵（风机）能改变工况。而泵（风机）的工况点是由泵（风机）特性曲线和管路特性曲线
5、共同决定的，是能量供给与消耗平衡的结果，符合能量守恒定律，若二者之一改变，工况点就会改变。,2 工况点调节方法,改变工况点的方法有自动调节、阀门调节、变速调节（调速运行）、切削调节（换轮运行）、变角调节（轴流泵的叶片安装角、风机的进口导流叶片角度）、摘段调节（对多级泵来说，增减叶轮级数）、以及泵（风机）并联和串联工作等。,2 工况点调节方法,自动调节：,HST,Q-H,Q,0,H,(Q-H)G1,M,(Q-H)G2,N,(Q-H)G3,P,HST,HST,2 工况点调节方法,阀门调节：,HST,Q-H,Q,0,H,(Q-H)G1,M,(Q-H)G2,N,(Q-H)G3,P,3 变速调节（调速运
6、行）,（1）比例律,泵（风机）转速改变前后，叶轮满足相似条件，所以将相似定律应用于转速不同时的同一叶轮，就得到泵（风机）叶轮的比例律：,3 变速调节（调速运行）,（2）计算问题,第一类问题： 已知：水泵转速n1及该转速下水泵的特性曲线（QH）1、（QN）1和（Q）1； 求：水泵转速变到n2时所对应的特性曲线（QH）2、（QN）2和（Q）2,第二类问题： 已知：水泵转速n1，特性曲线（QH）1、（QN）1和（Q）1； 求：通过改变水泵转速方法，使得水泵工况点在A2（Q2，H2）点工作时的转速n2？,3 变速调节（调速运行）,第一类问题求解：“选点、计算、立点、连线”,3 变速调节（调速运行）,第
7、二类问题求解：“相似工况抛物线或等效率曲线”,式中：k相似系数，表示所有工况相似泵（风机）工况点的扬程与流量平方的比值。,H =k Q2,相似工况抛物线或等效率曲线,3 变速调节（调速运行）,（Q-H）1,Q,0,H,A2（Q2，H2）,H=kQ2,求解步骤： 1）将A2代入相似工况抛物线方程，求出k值； 2）画出相似工况抛物线，与转速为n1时特性曲线交于A1点； 3）利用比例律求出年n2。,A1(Q1,H1),3 变速调节（调速运行）,（3）变速调节注意事项,转速改变前后效率相等是在一定的转速范围内可以的，当转速变化超出一定范围时，效率变化就会较大而不能忽略。所以，实测的等效率曲线与理论上的
8、等效率曲线不是完全一致的，只有在高效率范围内才吻合。 变速调节工况点，只能降速，不能增速。因为水泵的力学强度是按照额定转速设计的，超过额定转速，水泵就有可能被破坏。 长期调节，像冬季与夏季之间水量不同的调节，可用有级如切削调节、齿轮调速调节等，也可用无级调节，如变频调速调节等。而短期调节，如白天和夜晚之间的水量调节只能用无级调节。,4 切削调节（换轮运行）,（1）切削律,由于叶轮切削前后几何不相似，所以不符合相似定律。这样就需要找出叶轮切削前后水泵性能参数的的关系，这个关系就称之为“切削定律”。,在下面两个条件下，来进行切削定律的推求。 切削量较小，切削前后出水角不变，所以，切削前后水泵效率不
9、变； 切削前后叶轮出口面积不变，F2F2。这是因为，切削以后虽然叶轮外径变小，但叶轮出口厚度增加，所以2R2b2=2R2 b2 。 因为切削量很小，所以速度四边形不变。这样，切削前后仍然符合运动相似，对应速度四边形相似，即：,4 切削调节（换轮运行）,4 切削调节（换轮运行）,（2）计算问题,第一类问题： 已知：水泵外径D2及其对应的特性曲线（QH）、（QN）和（Q）； 求：水泵外径变到D2时所对应的特性曲线（Q H ）、（Q N ）和（Q ）,第二类问题： 已知：水泵外径D2及其对应特性曲线（QH）、（QN）和（Q）； 求：通过改变水泵外径方法，使得水泵工况点在B（QB，HB）点工作时的外径
10、D2？,4 切削调节（换轮运行）,第一类问题求解：“选点、计算、立点、连线”,4 切削调节（换轮运行）,第二类问题求解：“切削抛物线或等效率曲线”,式中：k切削系数，表示所有满足切削定律的泵（风机）工况点的扬程与流量平方的比值是一个常数。,H =k Q2,切削抛物线或等效率曲线,4 切削调节（换轮运行）,（Q-H）D2,Q,0,H,B（QB，HB）,H=kQ2,求解步骤： 1）将B点代入相似工况抛物线方程，求出k值； 2）画出相似工况抛物线，与外径为D2时特性曲线交于A点； 3）利用切削律求出年D2。,A(QA,HA),4 切削调节（换轮运行）,（3）型谱图,4 切削调节（换轮运行）,4 切削
11、调节（换轮运行）,（4）切削调节注意事项,所谓切削不是说水泵使用者在使用时随时切削，而是要在泵出厂时备有几种叶轮，根据实际需要更换叶轮，所以“切削调节”也称之为”“换轮运行”。,切削限量，叶轮切削不能太大，否则，效率降低较多。,叶轮切削限量表,不同水泵切削方式不同，低比转数的离心泵，前后盖板切削量相同；高比转数的离心泵，后盖板切的大一些；混流泵不适合切削，不得不切削时，只应切削前盖板；轴流泵不能切削。,5 串并联调节,泵（风机）并联工作特点：,增加给水（气）量 通过开停泵（风机）的台数来调节流（风）量 提高供水（气）安全性,泵（风机）串联工作特点：,增加扬程（风压） 一台设备出现问题，系统不能
12、工作 实际工程中较少采用,5 串并联调节,（1）并联特性曲线的绘制,并联水泵（风机）工作时，其静扬程相同，如果不考虑水头损失，所以并联水泵（风机）的扬程是相同的。即：,H1H2 H Q1Q2Q总,假想水泵（风机）的工作扬程特性曲线（并联水泵或风机的并联特性曲线）就等于各台并联水泵（风机）的扬程（不计损失），假想水泵（风机）的流量就等于各台并联水泵（风机）流量之和。,5 串并联调节,横加法：,5 串并联调节,（2）同型号、管路相同两台水泵并联工况求解,G,Q,O,A,B,Q/2,Q/2,求： 总流量？ 单泵流量？ 单泵扬程？,5 串并联调节,求解步骤：,(Q-H)1,2,Q,0,H,Q-hAOG
13、,G,Q,O,A,B,(Q-H)1+2,M,QM,HM,N,S,QS,QN,5 串并联调节,（3）多台同型号水泵并联工况求解,5 串并联调节,（4）两台不同型号水泵并联工况求解,D,Q,B,A,C,I泵,II泵,求： 总流量？ 每台泵流量？ 每台泵扬程？,5 串并联调节,5 串并联调节,（5）两台同型号水泵（一定一调）并联工况,调速泵和定速泵并联工作此时，通常存在两种情况：一种情况是调速泵的转速n1和定速泵的转速n2均为已知，求并联工况点。若n1= n2，则属于同型号泵并联工况点问题，若n1n2，则属于大小泵并联工况点问题。,5 串并联调节,（5）两台同型号水泵（一定一调）并联工况,另一种情况
14、是知道定速泵的转速n2和并联工作的总流量Q，求调速泵的转速n1。这类问题比较复杂，存在五个未知数，即定速泵的工况点值(QII，HII)，调速泵的工况点值(QI，HI)，以及调速泵的转速 n1等5个未知数。,5 串并联调节,5 串并联调节,（6）一台水泵向两个并联工作高地水池送水,5 串并联调节,5 串并联调节,（7）水泵串联运行,竖加法：,习题：,在右图所示的水泵装置上，在出水闸阀前后装A、B两只压力表，在进水口处装上一只真空表C，并均相应地接上测压管。现问： （1）闸阀全开时，A、B压力表的读数以及A、B两根测压管的水面高度是否一样？ （2）闸阀逐渐关小时，A、B压力表的读数以及A、B两根测
15、压管的水面高度有何变化？ （3）在闸阀逐渐关小时，真空表C的读数以及它的测压管内水面高度如何变化？,习题：,某取水工程进行初步设计时，水泵的压水管路可能有两种走向，如右图（a）及（b）所示。试问： （1）如果管道长度、口径、配件等都认为近似相等，则这两种布置，对泵站所需扬程是否一样？为什么？ （2）如果在图（a）的布置中，将最高处的管道改为明渠流，对水泵的工况有何影响？对电耗有何变化？为什么？,习题：,某循环水泵站中，夏季为一台12SH-19型离心泵工作。水泵叶轮直径D2=290mm，管路中阻力系数S=225s2/m5 ,静扬程HST=14m。到了冬季，用水量减少了，该泵站须减少12%的供水量，为了节电，到冬季拟将另一备用叶轮切小后装上使用。问：该备用叶轮应切削外径百分之几？,习题：,某机场附近一个工厂区的给水设施如下图所示。 已知：采用一台14SA-10型离心泵工作，转速n=1450r/min，叶轮直径D=466mm，管道阻力系数SAB=200s2/m5，SBC=130s2/m5，试问： （1）当水泵与密闭压力水箱同时向管路上B点的四层楼房屋供水时，B点的实际水压等于保证4层楼房屋所必须的自由水头时，问B点出流的流量应为多少m3/h？ （2）当水泵向密闭压力水箱输水时，B点的出流量已知为40L/s时，问水泵的输水量及扬程应为多少？输入密闭压力水箱的流量应为多少？,