1、第六章第六章泵、風機與管網系統的匹配泵、風機與管網系統的匹配 主要內容：主要內容：6.1 6.1 泵、風機在管網系統中的工作狀態點泵、風機在管網系統中的工作狀態點管網特性曲線；對泵、風機性能曲線的影響；泵、風機與管網系統匹配的工作狀態點；管網系統中泵、風機的聯合運行。6.2 6.2 泵、風機的工況調節泵、風機的工況調節調節管網系統性能；調節泵、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構形式泵、風機的安裝高度；泵與管網的連接；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、網系統中的工作狀態點泵、風機在管網系統中的工作狀態點6.1.1 管網特性曲線管網特性曲線 1. 枝狀管網的阻力特性枝狀管網的阻力特性 （1）管段的阻力特性）管段的阻力特性2224224iiiisiiiisiLSALRlvRlP（2）枝狀管網的簡化）枝狀管網的簡化 1）管段串聯）管段串聯2121212121 SSSLLPPP 兩個管路構成的回路（或虛擬回路）中，重力作用兩個管路構成的回路（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 “水力并聯水力并聯” 地地位，其位，其阻力相等阻力相等。2）管段并聯（包括）管段并聯（包括“水力并聯水力并聯”）

3、22122112121 SSSLLLPPn3）枝狀管網，可經過逐次簡化為一個管路）枝狀管網，可經過逐次簡化為一個管路1V2ABAB3mCCnSSSSSNMMNSSSSS123mn（3）枝狀管網的阻力特性）枝狀管網的阻力特性2SLP S：管網的總阻抗，與管網的幾何尺寸、摩擦阻力系數、局部阻力系數、流體密度有關。（4）管網特性曲線）管網特性曲線所謂管網特性曲線：管網中流所謂管網特性曲線：管網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系。間的關系。2Zo11P1Z22Po212111222)()(SLPPPPgZPgZPPstste（4）管網特性曲線（4）管網特性曲線6.1.2

4、管網特性曲線的影響因素管網特性曲線的影響因素 影響管網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 管網系統對泵、風機性能的影響管網系統對泵、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下在標準實驗狀態下測試的數據繪制的測試的數據繪制的泵性能測試：GB3216-82風機性能測試：GB1236-856.1.3 管網系統對泵、風機性能的影響管網系統對泵、風機性能的影響 在實際使用中，由于泵、風機是在特定

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

6、機在管網系統中的工作狀態點泵、風機在管網系統中的工作狀態點n泵、風機在管網系統中的工作狀態點的泵、風機在管網系統中的工作狀態點的 概念與求取方法概念與求取方法 2. 泵、風機的穩定工作區和非穩定工作區泵、風機的穩定工作區和非穩定工作區2. 泵、風機的穩定工作區和非穩定工作區泵、風機的穩定工作區和非穩定工作區 駝峰形性能曲線駝峰形性能曲線 。泵、風機的不穩定工況泵、風機的不穩定工況3. 喘振及其防止方法喘振及其防止方法 提高風機的轉速并采用進口節流提高風機的轉速并采用進口節流措施改變風機的性能曲線，措施改變風機的性能曲線，增速節流法防止喘振增速節流法防止喘振4. 系統效應對工況點的影響系統效應對

7、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效應對泵、風消除系統效應對泵、風機的性能產生的影響。機的性能產生的影響。n當確實因實際安裝位置當確實因實際安裝位置限制等原因導致無法避限制等原因導致無法避免系統效應時，應在設免系統效應時，應在設計選用泵（風機）時將計選用泵（風機）時將系統效應的影響考慮在系統效應的影響考慮在內。內。 設 計 風 量3 系 統 效 應設計壓力低 效 率 下 的實 際 風 量 下 的風 量 損 失 4設 計 風 量 下 系 統 效 應 損 失不 考 慮 系 統 效 應 的 曲 線 A考 慮 系 統 效 應 的 假

8、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 管網系統中泵、風機的聯合運行管網系統中泵、風機的聯合運行QQQABCHQ1.并聯運行分析并聯運行分析1. 并聯時聯合運行性能曲線的求取方法？ 2. 并聯運行時每臺機器的工作點？ 3. 并聯運行的部分機器停止工作時的工 作點？ 4. 并聯運行的特點與適應性？考慮：考慮：兩臺相同的泵或風機的并聯兩臺相同的泵或風機的并聯 QQQABCHQ多臺設備并聯運行多臺設備并聯運行;不同性能設備并聯的工況分析不同性能設備并聯的工況分析BAHCQABCHQQEQQD+HFQ12QBAHCQABCHQQEQQD+H

9、FQ12Qn多臺設備并聯工作的總流量小于并聯前各設備單獨工作的流量之和。 n并聯臺數增多，每并聯上一臺設備所增加的流量愈小，效果越差。 n管網特性曲線越陡，并聯運行流量增加越少。 n設備（泵或風機）性能曲線越陡，并聯運行流量增加越多。并聯工作：并聯工作： 性能曲線陡降與平緩的水泵并聯的比較性能曲線陡降與平緩的水泵并聯的比較陡降型并聯得到的流量增量：Qc-Qa平緩型并聯得到的流量增量：Qb-Qa2.泵或風機的串聯工作泵或風機的串聯工作n串聯時聯合運行性能曲線的求取方法 n串聯運行時每臺機器的工作點 n串聯運行的部分機器停止工作時的工作點 n串聯運行的特點與適應性串聯工作：n串聯運行的總流量和壓頭

10、都比串聯前高。 n表面上看，增加壓頭是串聯的目的。但最終目的還是為了滿足更大的流量需求：流量大，管網的阻力大，需要更大的動力。 n設備性能曲線越平坦，越適合串聯工作。 n一般應采用性能相同的泵串聯工作。 n一般風機不采取直接串聯工作。6.2 泵、風機的工況調節泵、風機的工況調節6.2.1 調節管網系統特性調節管網系統特性 1. 液體管網系統特性調節液體管網系統特性調節HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB分析：采用增大阻抗減小流量的代價。BBHQN2. 氣體管網系統特性調節氣體管網系統特性調節n吸入管閥門調節，改變了風機的性能，B點和B點比較，所需功率減小

11、。HQQQQDABC4132HHHH(Q )QQQQHHH132213CABB6.2.2 調節泵、風機的性能調節泵、風機的性能 1.變速調節變速調節 在雷諾自模區內，同一泵或風機在不同轉數下的流體流動是相似的；即泵或風機不同轉速時的性能曲線上存在一一對應的相似工況點。在相似工在相似工況點之間，性能參數服從相似律的關系。況點之間，性能參數服從相似律的關系。 322)()()(nnNNnnppnnHHnnQQ2222)(;)()()(QQHHQQPPPPnnQQ22222)()(kQQQHQQHH曲線：變速調節時的相似工況分析：不改變管網，減小轉速，將流量從QA調節到QB。(a)廣義特性曲線管網的

12、情況 （b）狹義特性曲線管網的情況I0QHHHcIIBACABHBQCQQAIVIIIQ0QBBHAHHBIAQIIIII(IV)AstH通過以上的分析，可以得出有重要工程意義的結論：（1）具有狹義管網特性曲線的管網，當其特性（總阻抗S）不變時，泵或風機在不同轉速運行時的工況點是相似工況點，流量比值與轉速比值成正比，壓力比值與轉速比值平方成正比，功率比值與轉速比值三次方成正比。若變轉速的同時，S值也發生變化，則不同轉速的工況不是相似工況，上述關系不成立；對于具有廣義特性曲線的管網，上述關系亦不成立。通過以上的分析，可以得出有重要工程意義的結論：（2）用降低轉速來調小流量，節能效果非常顯著；用增

13、加轉速來增大流量，能耗增加劇烈。在理論上可以用增加轉數的方法來提高流量，但是轉數增加后，使葉輪圓周速度增大，因而可能增大振動和噪聲，且可能發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節工況。改變泵或風機轉數的方法有：改變泵或風機轉數的方法有： （1）改變電機轉數。常用：變頻調節）改變電機轉數。常用：變頻調節 （2）調換皮帶輪。）調換皮帶輪。 （3）采用液力聯軸器）采用液力聯軸器2.進口導流器調節進口導流器調節( a )( b )PBQCQAQQCBA導流器的作用是使氣流進入葉輪之前產生預旋。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。向旋轉方向轉動導

14、流器葉片，氣流產生預旋，使切向分速vu1加大，從而風壓降低。導流器葉片轉動角度越大，產生預旋越強烈，風壓p越低。 3.切削葉輪調節切削葉輪調節n泵或風機的葉輪經過切削，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，系統的流量和壓頭改變，達到節能的目的。 n葉輪經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，轉速n2900r/min。試求： 水

15、泵的流量Q、揚程H、效率及軸功率N； 用閥門調節方法使流量減少25，求此時水泵的流量、揚程、軸功率和閥門消耗的功率。 用變速調節方法使流量減少25，轉速應調至多少？ 02468 10 12Q(10 m /s)162024283236H(m)CADBQ-Q-H70605040 (%)-33實際應用問題：（1）不改變管網，減小轉速，將流量從）不改變管網，減小轉速，將流量從QA（對應轉速（對應轉速n），調節到），調節到QB，轉速應為多少？，轉速應為多少？ 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)

16、 在此兩點間依據相似律求應有的轉速。（2）轉速）轉速n時流量為時流量為QA，不改變管網，轉速減小為，不改變管網，轉速減小為n，流量為多少？，流量為多少？ 解：求轉速為n時的水泵（風機）性能曲線，其與管網特性曲線的交點即為新的工況點，從而求出新的管網流量。 （3) 已知轉速已知轉速n時水泵的性能曲線，求轉速減小為時水泵的性能曲線，求轉速減小為n時的性能曲線？時的性能曲線？ 解：在轉速n的水泵性能曲線上找若干點。利用相似律，求對應的相似工況點的性能參數，連接起來可獲得新轉速下的性能曲線。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象水泵的氣穴和氣蝕現象 - 引起原因：引

17、起原因：水泵內部低壓區，液體汽化。水泵內部低壓區，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。 - 避免氣蝕的技術原理：避免氣蝕的技術原理：使水泵內部最低點的壓力高使水泵內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。 - 避免氣蝕的技術手段：避免氣蝕的技術手段：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

18、的安裝高度PgvPPk)2(211ssHH shgvrPZgvrPZ2221112000ssssssshgvHHhgvHrPP2 2212110 221ssssssssH HhgvHHHssdPa/0P1/Hs絕 對 壓 力 零 線d01相 對 壓 力 零 線1P /r1P /r0在實際應用中，在實際應用中，Hs的確定應注意如下兩點：的確定應注意如下兩點： 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應隨流量增加而有所降低。水泵廠一般在產品樣本中，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。 泵的產品樣本給出的QHs曲線

19、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，應對Hs值按下式進行修正： Hs =Hs-(10.33-ha)+（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，當地海拔為1000m，水溫為40，試計算其最大允許安裝高度Hss。 【解解】查表查表

20、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hv0.75m。根據（。根據（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，或管網系統中輸送的是溫度較高的液體（例如供熱管網、鍋爐給水和蒸汽管網的凝結水等管網系統，對

21、應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，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，在本質上是一致的。 gvPPHhvas

22、2216.3.4 泵與管網的連接泵與管網的連接 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 風機與管網的連接風機與管網的連接 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“系統效應”。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、不同規格的泵的性能曲線，在高效區（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格泵的高效工作區。其上邊是標準葉輪高效區的QH曲線，中邊及下邊是切削兩次的高效區QH曲線（或只有切削一次的下邊），兩側邊是等效率線。因此方框內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）根據輸送液體物理化學性質（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，并且應有1020的富裕量；n（3）應使工作狀態點經常處于較高效率值范圍內；n（4）當流量較大時，宜考慮多臺并聯運行；但并聯臺數不宜過多，盡可能采用同型號泵并聯。n（5）選泵時必須考慮系統靜壓對泵體的作用，注意工作壓力應在泵殼體和填料的承壓能力范圍之內。風機的選用原則風機的選用原則n（1）根據風機輸送氣體的物理、化學性質的不同