泵、風機與管網(wǎng)的配置

1、第六章第六章泵、風機與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配泵、風機與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：6.1 6.1 泵、風機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點泵、風機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點管網(wǎng)特性曲線；對泵、風機性能曲線的影響；泵、風機與管網(wǎng)系統(tǒng)匹配的工作狀態(tài)點；管網(wǎng)系統(tǒng)中泵、風機的聯(lián)合運行。6.2 6.2 泵、風機的工況調(diào)節(jié)泵、風機的工況調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)性能；調(diào)節(jié)泵、風機性能。6.3 6.3 泵、風機的安裝位置泵、風機的安裝位置不同結(jié)構(gòu)形式泵、風機的安裝高度；泵與管網(wǎng)的連接；風機的進出口合理布置與連接。6.4 6.4 泵、風機的選用泵、風機的選用常用的泵、風機性能及使用范圍；泵、風機的選用原則。 6.1 泵、風機在管

2、網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點泵、風機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點6.1.1 管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)特性曲線 1. 枝狀管網(wǎng)的阻力特性枝狀管網(wǎng)的阻力特性 （1）管段的阻力特性）管段的阻力特性2224224iiiisiiiisiLSALRlvRlP（2）枝狀管網(wǎng)的簡化）枝狀管網(wǎng)的簡化 1）管段串聯(lián)）管段串聯(lián)2121212121 SSSLLPPP 兩個管路構(gòu)成的回路（或虛擬回路）中，重力作用兩個管路構(gòu)成的回路（或虛擬回路）中，重力作用 與輸入的全壓動力均為零，則它們處于與輸入的全壓動力均為零，則它們處于 “水力并聯(lián)水力并聯(lián)” 地地位，其位，其阻力相等阻力相等。2）管段并聯(lián)（包括）管段并聯(lián)（包括“水力并聯(lián)水力并聯(lián)”）

3、22122112121 SSSLLLPPn3）枝狀管網(wǎng)，可經(jīng)過逐次簡化為一個管路）枝狀管網(wǎng)，可經(jīng)過逐次簡化為一個管路1V2ABAB3mCCnSSSSSNMMNSSSSS123mn（3）枝狀管網(wǎng)的阻力特性）枝狀管網(wǎng)的阻力特性2SLP S：管網(wǎng)的總阻抗，與管網(wǎng)的幾何尺寸、摩擦阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)、流體密度有關(guān)。（4）管網(wǎng)特性曲線）管網(wǎng)特性曲線所謂管網(wǎng)特性曲線：管網(wǎng)中流所謂管網(wǎng)特性曲線：管網(wǎng)中流體流動所需要的能量與流量之體流動所需要的能量與流量之間的關(guān)系。間的關(guān)系。2Zo11P1Z22Po212111222)()(SLPPPPgZPgZPPstste（4）管網(wǎng)特性曲線（4）管網(wǎng)特性曲線6.1.2

4、管網(wǎng)特性曲線的影響因素管網(wǎng)特性曲線的影響因素 影響管網(wǎng)特性曲線形狀的決定因素是阻抗S 。S值越大，曲線越陡 。1-272m)(kg 24(mkg 24( ARlsARlsiiisMiiiisLiS=f (l，d，k，) 6.1.3 管網(wǎng)系統(tǒng)對泵、風機性能的影響管網(wǎng)系統(tǒng)對泵、風機性能的影響泵、風機的性能曲線：泵、風機的性能曲線： 流量壓頭曲線 流量功率曲線 流量效率曲線在標準實驗狀態(tài)下在標準實驗狀態(tài)下測試的數(shù)據(jù)繪制的測試的數(shù)據(jù)繪制的泵性能測試：GB3216-82風機性能測試：GB1236-856.1.3 管網(wǎng)系統(tǒng)對泵、風機性能的影響管網(wǎng)系統(tǒng)對泵、風機性能的影響 在實際使用中，由于泵、風機是在特定

5、管網(wǎng)中工作，其入口、出口與管網(wǎng)的連接狀況一般與性能試驗時不一致，將導致泵、風機的性能發(fā)生改變（一般會下降），這稱為 “系統(tǒng)效應(yīng)系統(tǒng)效應(yīng)”。 （1）入口系統(tǒng)效應(yīng)(b) 方形彎管(a)圓形彎管管道長度R(c) 進口風箱（1）入口系統(tǒng)效應(yīng)（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)）出口系統(tǒng)效應(yīng) 效應(yīng)管段長度：效應(yīng)管段長度： （2）出口系統(tǒng)效應(yīng)）出口系統(tǒng)效應(yīng) 效應(yīng)管段長度：效應(yīng)管段長度： 長長度度取取dsm5 . 25 .12（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)）出口系統(tǒng)效應(yīng) 效應(yīng)管段長度：效應(yīng)管段長度： 長長度度取取dsm5 . 25 .12n出口連接彎管出口連接彎管（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)）出口系統(tǒng)效應(yīng)出口連接彎管出口連接彎管6.1.4 泵、風

6、機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點泵、風機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點1. 泵、風機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點的泵、風機在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點的 概念與求取方法概念與求取方法 2. 泵、風機的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū)泵、風機的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū)2. 泵、風機的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū)泵、風機的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū) 駝峰形性能曲線駝峰形性能曲線 。泵、風機的不穩(wěn)定工況泵、風機的不穩(wěn)定工況3. 喘振及其防止方法喘振及其防止方法 提高風機的轉(zhuǎn)速并采用進口節(jié)流提高風機的轉(zhuǎn)速并采用進口節(jié)流措施改變風機的性能曲線，措施改變風機的性能曲線，增速節(jié)流法防止喘振增速節(jié)流法防止喘振4. 系統(tǒng)效應(yīng)對工況點的影響系統(tǒng)效

7、應(yīng)對工況點的影響n通過選擇合理的進出口通過選擇合理的進出口連接方式，可以減小或連接方式，可以減小或消除系統(tǒng)效應(yīng)對泵、風消除系統(tǒng)效應(yīng)對泵、風機的性能產(chǎn)生的影響。機的性能產(chǎn)生的影響。n當確實因?qū)嶋H安裝位置當確實因?qū)嶋H安裝位置限制等原因?qū)е聼o法避限制等原因?qū)е聼o法避免系統(tǒng)效應(yīng)時，應(yīng)在設(shè)免系統(tǒng)效應(yīng)時，應(yīng)在設(shè)計選用泵（風機）時將計選用泵（風機）時將系統(tǒng)效應(yīng)的影響考慮在系統(tǒng)效應(yīng)的影響考慮在內(nèi)。內(nèi)。 設(shè)計風量3 系統(tǒng)效應(yīng)設(shè)計壓力低效率下的實際風量下的風量損失 4設(shè)計風量下系統(tǒng)效應(yīng)損失不考慮系統(tǒng)效應(yīng)的曲線A考慮系統(tǒng)效應(yīng)的假想曲線B12選用的風機曲線理想的風機壓力風量曲線6.1.4 管網(wǎng)系統(tǒng)中泵、風機的聯(lián)合運行

8、管網(wǎng)系統(tǒng)中泵、風機的聯(lián)合運行QQQABCHQ1.并聯(lián)運行分析并聯(lián)運行分析1. 并聯(lián)時聯(lián)合運行性能曲線的求取方法？ 2. 并聯(lián)運行時每臺機器的工作點？ 3. 并聯(lián)運行的部分機器停止工作時的工 作點？ 4. 并聯(lián)運行的特點與適應(yīng)性？考慮：考慮：兩臺相同的泵或風機的并聯(lián)兩臺相同的泵或風機的并聯(lián) QQQABCHQ多臺設(shè)備并聯(lián)運行多臺設(shè)備并聯(lián)運行;不同性能設(shè)備并聯(lián)的工況分析不同性能設(shè)備并聯(lián)的工況分析BAHCQABCHQQEQQD+HFQ12QBAHCQABCHQQEQQD+HFQ12Qn多臺設(shè)備并聯(lián)工作的總流量小于并聯(lián)前各設(shè)備單獨工作的流量之和。 n并聯(lián)臺數(shù)增多，每并聯(lián)上一臺設(shè)備所增加的流量愈小，效果越

9、差。 n管網(wǎng)特性曲線越陡，并聯(lián)運行流量增加越少。 n設(shè)備（泵或風機）性能曲線越陡，并聯(lián)運行流量增加越多。并聯(lián)工作：并聯(lián)工作： 性能曲線陡降與平緩的水泵并聯(lián)的比較性能曲線陡降與平緩的水泵并聯(lián)的比較陡降型并聯(lián)得到的流量增量：Qc-Qa平緩型并聯(lián)得到的流量增量：Qb-Qa2.泵或風機的串聯(lián)工作泵或風機的串聯(lián)工作n串聯(lián)時聯(lián)合運行性能曲線的求取方法 n串聯(lián)運行時每臺機器的工作點 n串聯(lián)運行的部分機器停止工作時的工作點 n串聯(lián)運行的特點與適應(yīng)性串聯(lián)工作：n串聯(lián)運行的總流量和壓頭都比串聯(lián)前高。 n表面上看，增加壓頭是串聯(lián)的目的。但最終目的還是為了滿足更大的流量需求：流量大，管網(wǎng)的阻力大，需要更大的動力。 n

10、設(shè)備性能曲線越平坦，越適合串聯(lián)工作。 n一般應(yīng)采用性能相同的泵串聯(lián)工作。 n一般風機不采取直接串聯(lián)工作。6.2 泵、風機的工況調(diào)節(jié)泵、風機的工況調(diào)節(jié)6.2.1 調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)特性 1. 液體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)液體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB分析：采用增大阻抗減小流量的代價。BBHQN2. 氣體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)氣體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)n吸入管閥門調(diào)節(jié)，改變了風機的性能，B點和B點比較，所需功率減小。HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB6.2.2 調(diào)節(jié)泵、風機的性能調(diào)節(jié)泵、風機的性能 1

11、.變速調(diào)節(jié)變速調(diào)節(jié) 在雷諾自模區(qū)內(nèi)，同一泵或風機在不同轉(zhuǎn)數(shù)下的流體流動是相似的；即泵或風機不同轉(zhuǎn)速時的性能曲線上存在一一對應(yīng)的相似工況點。在相似工在相似工況點之間，性能參數(shù)服從相似律的關(guān)系。況點之間，性能參數(shù)服從相似律的關(guān)系。 322)()()(nnNNnnppnnHHnnQQ2222)(;)()()(QQHHQQPPPPnnQQ22222)()(kQQQHQQHH曲線：變速調(diào)節(jié)時的相似工況分析：不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從QA調(diào)節(jié)到QB。(a)廣義特性曲線管網(wǎng)的情況 （b）狹義特性曲線管網(wǎng)的情況I0QHHHcIIBACABHBQCQQAIVIIIQ0QBBHAHHBIAQIIIII(IV)

12、AstH通過以上的分析，可以得出有重要工程意義的結(jié)論：（1）具有狹義管網(wǎng)特性曲線的管網(wǎng)，當其特性（總阻抗S）不變時，泵或風機在不同轉(zhuǎn)速運行時的工況點是相似工況點，流量比值與轉(zhuǎn)速比值成正比，壓力比值與轉(zhuǎn)速比值平方成正比，功率比值與轉(zhuǎn)速比值三次方成正比。若變轉(zhuǎn)速的同時，S值也發(fā)生變化，則不同轉(zhuǎn)速的工況不是相似工況，上述關(guān)系不成立；對于具有廣義特性曲線的管網(wǎng)，上述關(guān)系亦不成立。通過以上的分析，可以得出有重要工程意義的結(jié)論：（2）用降低轉(zhuǎn)速來調(diào)小流量，節(jié)能效果非常顯著；用增加轉(zhuǎn)速來增大流量，能耗增加劇烈。在理論上可以用增加轉(zhuǎn)數(shù)的方法來提高流量，但是轉(zhuǎn)數(shù)增加后，使葉輪圓周速度增大，因而可能增大振動和噪聲

13、，且可能發(fā)生機械強度和電機超載問題，所以一般不采用增速方法來調(diào)節(jié)工況。改變泵或風機轉(zhuǎn)數(shù)的方法有：改變泵或風機轉(zhuǎn)數(shù)的方法有： （1）改變電機轉(zhuǎn)數(shù)。常用：變頻調(diào)節(jié)）改變電機轉(zhuǎn)數(shù)。常用：變頻調(diào)節(jié) （2）調(diào)換皮帶輪。）調(diào)換皮帶輪。 （3）采用液力聯(lián)軸器）采用液力聯(lián)軸器2.進口導流器調(diào)節(jié)進口導流器調(diào)節(jié)(a)(b)PBQCQAQQCBA導流器的作用是使氣流進入葉輪之前產(chǎn)生預(yù)旋。當導流器全開時，氣流無旋進入葉輪，此時葉輪進口切向速度vu10，所得風壓最大。向旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動導流器葉片，氣流產(chǎn)生預(yù)旋，使切向分速vu1加大，從而風壓降低。導流器葉片轉(zhuǎn)動角度越大，產(chǎn)生預(yù)旋越強烈，風壓p越低。 3.切削葉輪調(diào)節(jié)切削葉輪

14、調(diào)節(jié)n泵或風機的葉輪經(jīng)過切削，外徑改變，其性能隨之改變。泵或風機的性能曲線改變，則工況點移動，系統(tǒng)的流量和壓頭改變，達到節(jié)能的目的。 n葉輪經(jīng)過切削后與原來葉輪不符合幾何相似條件。HD222D22cuc22u22CDBA(D )(D )2Q2DDvvvv22222222rruuuu【 例 6 1 】 已 知 水 泵 性 能 曲 線 如 下 圖 。 管 路 阻 抗 S 76000mH2O/(m3/s)2，靜揚程Hst19m，轉(zhuǎn)速n2900r/min。試求： 水泵的流量Q、揚程H、效率及軸功率N； 用閥門調(diào)節(jié)方法使流量減少25，求此時水泵的流量、揚程、軸功率和閥門消耗的功率。 用變速調(diào)節(jié)方法使流量

15、減少25，轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)至多少？ 024681012 Q(10 m /s)162024283236H(m)CADBQ-Q-H70605040(%)-33實際應(yīng)用問題：（1）不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從）不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從QA（對應(yīng)轉(zhuǎn)速（對應(yīng)轉(zhuǎn)速n），調(diào)節(jié)到），調(diào)節(jié)到QB，轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？，轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？ 解：1) 求流量為QB時要求的工況點（B點） ； 2) 過B點作相似工況曲線，與轉(zhuǎn)速為n時的泵或風機的性能曲線 的交點，是B點的相似工況點； 3) 在此兩點間依據(jù)相似律求應(yīng)有的轉(zhuǎn)速。（2）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速n時流量為時流量為QA，不改變管網(wǎng)，轉(zhuǎn)速減小為，不改變管網(wǎng)，轉(zhuǎn)速減小為n，流量為多少？，流

16、量為多少？ 解：求轉(zhuǎn)速為n時的水泵（風機）性能曲線，其與管網(wǎng)特性曲線的交點即為新的工況點，從而求出新的管網(wǎng)流量。 （3) 已知轉(zhuǎn)速已知轉(zhuǎn)速n時水泵的性能曲線，求轉(zhuǎn)速減小為時水泵的性能曲線，求轉(zhuǎn)速減小為n時的性能曲線？時的性能曲線？ 解：在轉(zhuǎn)速n的水泵性能曲線上找若干點。利用相似律，求對應(yīng)的相似工況點的性能參數(shù)，連接起來可獲得新轉(zhuǎn)速下的性能曲線。6.3 泵與風機的安裝位置泵與風機的安裝位置6.3.1水泵的氣穴和氣蝕現(xiàn)象水泵的氣穴和氣蝕現(xiàn)象 - 引起原因：引起原因：水泵內(nèi)部低壓區(qū)，液體汽化。水泵內(nèi)部低壓區(qū)，液體汽化。 - 后果：后果：引起局部水錘，破壞水泵葉片。引起局部水錘，破壞水泵葉片。 - 避

17、免氣蝕的技術(shù)原理：避免氣蝕的技術(shù)原理：使水泵內(nèi)部最低點的壓力高使水泵內(nèi)部最低點的壓力高于工作溫度下的汽化壓力，且有一定的富余值。于工作溫度下的汽化壓力，且有一定的富余值。 - 避免氣蝕的技術(shù)手段：避免氣蝕的技術(shù)手段：控制水泵的距離吸水面安裝控制水泵的距離吸水面安裝高度。高度。HssdPa/0P1/Hs絕對壓力零線d01相對壓力零線1P /r1P /r0PgvPPk)2(211PPgvPk22116.3.2吸升式水泵的安裝高度吸升式水泵的安裝高度PgvPPk)2(211ssHH shgvrPZgvrPZ2221112000ssssssshgvHHhgvHrPP2 2212110 221sssss

18、sssH HhgvHHHssdPa/0P1/Hs絕 對 壓 力 零 線d01相 對 壓 力 零 線1P /r1P /r0在實際應(yīng)用中，在實際應(yīng)用中，Hs的確定應(yīng)注意如下兩點：的確定應(yīng)注意如下兩點： 當泵的流量增加時，11斷面至葉輪進口附近的流體流動損失和速度頭都增加了，所以Hs應(yīng)隨流量增加而有所降低。水泵廠一般在產(chǎn)品樣本中，用Q Hs曲線來表示該水泵的吸水性能。圖6-3-2為14SA型離心泵的QHs曲線。 泵的產(chǎn)品樣本給出的QHs曲線是在大氣壓強為10.33mH2O，水溫為20的清水條件下試驗得出的。當泵的使用條件與上述條件不相符時，應(yīng)對Hs值按下式進行修正： Hs =Hs-(10.33-ha

19、)+（0.24-hv） 8400Q(10 m /s)80160240320Hs400Hs(m)-33圖圖6-3-2 14SA型離心泵型離心泵QHS曲線曲線 【例6-3】 12Sh19A型離心泵，流量為0.22m3/s時，由水泵樣本中的QHs曲線中查得，其允許吸上真空高度Hs4.5m，泵進水口直徑為300mm，從吸水管進入口到泵進口的水頭損失為1.0m，當?shù)睾０螢?000m，水溫為40，試計算其最大允許安裝高度Hss。 【解解】查表查表6-3-2當海拔為當海拔為1000m時，時，Pa=0.092MPa，則，則ha9.2m；查表；查表6-3-1水溫為水溫為40時，時，Pv=7.5KPa，則，則hv

20、0.75m。根據(jù)（。根據(jù)（6-3-5）式：）式： Hs4.5-(10.33-9.2)+(0.24-0.75)=2.86m mHmhmgvsmDQvhgvHHsssssss37.1)149.0(86.21;49.02; /11.3)3.0(785.022.04)2(21221216.3.3 灌注式水泵的安裝高度灌注式水泵的安裝高度 對于有些軸流泵，或管網(wǎng)系統(tǒng)中輸送的是溫度較高的液體（例如供熱管網(wǎng)、鍋爐給水和蒸汽管網(wǎng)的凝結(jié)水等管網(wǎng)系統(tǒng)，對應(yīng)溫度下的液體汽化壓力較高），或吸液池面壓力低于大氣壓而具有一定的真空度，此時，葉輪往往需要安裝在最低水面以下，對于這類泵常采用“氣蝕余量”來衡量它們的吸水性能，

21、確定它們的安裝位置。等式左端：實際氣蝕余量h。 等式右端：臨界氣蝕余量hmin 。 臨界氣蝕余量hmin安全余量必須氣蝕余量 PPgvPV)2(211hrPgvrPv2211sghgvrPHrP22110svghhrPPH0當水箱中液面壓強P0等于液體溫度對應(yīng)的飽和汽化壓力Pv時，則有：sghhH實際吸上真空高度和實際氣蝕余量之間存在如下聯(lián)系：用允許吸上真空高度和必須氣蝕余量來控制水泵的安裝位置，在本質(zhì)上是一致的。 gvPPHhvas2216.3.4 泵與管網(wǎng)的連接泵與管網(wǎng)的連接 1.吸水管路的連接 不漏氣、不積氣、不吸氣 2.壓出管路的連接 止回閥 減振：柔性接頭6.3.5 風機與管網(wǎng)的連接

22、風機與管網(wǎng)的連接 1. 風機進口裝置風機進口裝置 2. 風機出口裝置風機出口裝置 采用正確的連接方式，減小“系統(tǒng)效應(yīng)”。6.4 泵、風機的選用泵、風機的選用 泵的綜合性能圖n將同一型號、不同規(guī)格的泵的性能曲線，在高效區(qū)（0.9max）的部分，繪在一張圖上，形成某一類型泵的綜合性能圖，圖中的每一個方框是一種規(guī)格泵的高效工作區(qū)。其上邊是標準葉輪高效區(qū)的QH曲線，中邊及下邊是切削兩次的高效區(qū)QH曲線（或只有切削一次的下邊），兩側(cè)邊是等效率線。因此方框內(nèi)的工況點都是高效工況。泵的綜合性能圖23QH1QH泵的選用原則泵的選用原則n（1）根據(jù)輸送液體物理化學性質(zhì)（溫度、腐蝕性等）選取適用種類的泵；n（2）泵的流量和揚程能滿足使用工況下的要求，并且應(yīng)有1020的富裕量；n（3）應(yīng)使工作狀態(tài)點經(jīng)常處于較高效率值范圍內(nèi)；n（4）當流量較大時，宜考慮多臺并聯(lián)運行；但并聯(lián)臺數(shù)不宜過多，盡可能采用同型號泵并聯(lián)。n（5）選泵時必須考慮系統(tǒng)靜壓對泵體的作用，注意工作壓力應(yīng)在泵殼體和填料的承壓能力范圍之內(nèi)。風機的選用原則風機的選用原則n（1）根據(jù)風機輸送氣體的物理、化學性質(zhì)的不同，如有清潔氣體、