例題例題2為防止泵內汽蝕，在運行中為什么必須規定泵的最大流量和最小流量?為防止泵在運行中發生汽蝕，有的泵(如鍋爐給水泵)還必須規定其最小流量值。這是因為泵的流量過小，偏離設計工況點很遠，泵內流動格產生脫流和回流現象，泵內流動損失增大，泵的效率急劇下降，從而導致泵內水溫升高，相應的汽化壓力升高，有效汽蝕余量(NPSH)，減小，使(NPSH)a＜(NPSH)r。泵與風機的運行

什么是泵裝置與風機裝置?什么是泵系統與風機系統?包括泵(風機)、管路及其附件和吸入容器、排出容器在內的檢送系統，稱為泵(風機)裝置。泵(風機)裝置再加上原動機和調速設備這一整體，定義為泵(風機)系統。影響泵與風機運行工況點變化的一些因素泵與風機的運行工況是為了滿足用戶的某種需要而確定的。在泵與風機的運行過程中或在不同的使用場合，如果由于某種原因而導致運行工況點發生變化，則，或者不能滿足用戶的要求，或者降低運行的經濟性，有時甚至會使電機過載，泵內發生氣蝕等。因此，為了正確地確定泵于風機的運行工況點，提高其運行的經濟性和安全性，了解影響運行工況點的一些因素是十分必要的。泵與風機的運行工況點是由泵與風機本身的性能曲線和管路系統性能曲線的交點決定的。因此，討論影響泵與風機運行工況點的一些因素就是要討論影響泵與風機的性能曲線或管路性能曲線的一些因素。1．吸入空間或壓出空間的壓強或高度變化時運行工況點的變化當泵與風機的吸入空間或壓出空間的壓強或高度發生變化時，并不影響泵與風機本身的性能曲線。但是，由管路性能方程式（1-76）知，此時靜揚程Hst將發生變化，結果管路性能曲線向上或向下平移而導致工況點生變化，如圖1-55（a）、（b）所示。圖中M點為原來的運行工況點，M′為變化后的運行工況點。應注意的是：當吸水池水面或水面壓力下降時，相應的有效汽蝕余量值將減小，有導致系內汽蝕的可能。當排水池水面或水面壓力下降較大時，將使流量也有較大的增加，達將導致相應必須汽蝕余量的增加，也存在泵內汽蝕的可能性。對離心式泵來說，流量的增加還會引起相應軸功率的增加，苦軸功率增加過多，還有導致電動機過載的可能性。2．流體密度變化時運行工況點的變化當泵與風機所輸送流體的密度變化時，對泵與風機運行工況點的影響有所不同。對泵言，密度的變化不影響泵本身的性能曲線H－qV，但卻影響到管路系統揚程中的靜揚程。例如，當密度減小時，靜揚程將增加，管路性能曲線上移，從而會導致運行工況點的變化，如圖1-56所示。對風機而言，密度的變化會影響風機本身的性能曲線p－qV，同時由式（1-79）知，也會使其管路性能曲線的斜率?′發生變化。當密度減小時，運行工況點的變化如圖1-57所示。3.流體含固體雜質時運行工況點的變化當流體含有固體雜質時，會使流體的密度和濃度增加，流體密度的變化對泵與風機運行工況點的影響前面已經討論過。濃度的影響與固體雜質顆粒的大小有關，顆粒大時，產生顆粒間碰撞以及顆粒與管壁、流道間的碰撞與摩擦，導致流動阻力增加。當輸送的流體雜質顆粒很小且分布均勻時，流動阻力損失則相對較小。泵與風機輸送的流體含有固體雜質時運行工況點的變化如圖1-58所示。管路特性曲線

【例1-3】某電廠循環水泵的H-qV、η-qV曲線，如圖1-59中的實線所示。試根據下列已知條件繪制循環水管道系統的性能曲線，并求出循環水泵向管道系統輸水時所需的軸功率。已知：管道的直徑d=600mm，管長l=250m，局部阻力的等值長度le=350m，管道的沿程阻力系數λ=0.03，水泵房進水池水面至循環水管出口水池水面的位置高差Hz=24m（設輸送流體的密度ρ=998.23kg/m3，進水池水面壓強和循環水管出口水池水面壓強均為大氣壓）。不同性能泵串聯運行兩種不同陡度的管路性能曲線Hc1-qV、Hc2-qV，其串聯后相應的聯合運行工況點分別為M1、M2。由圖4-1（c）可以看出，在qV<qVM2的各點（如M1點），兩泵均能正常工作。當qV>qVM2時，兩泵的總揚程小于泵Ⅱ的揚程，若泵Ⅰ作為串聯運行的第一級，則泵Ⅰ變為泵Ⅱ吸入側的阻力（負揚程），使泵Ⅱ吸入條件變壞，有可能成為泵Ⅱ汽蝕的原因；若泵Ⅰ為串聯運行的第二級，則泵Ⅰ又變為泵Ⅱ壓水側的阻力。因此，在上述兩泵串聯的系統中，如果管路要求的流量qV大于qVM2是不合理的。一般說來，串聯運行要比單機運行的效果差，且隨著串聯臺數的增加愈加嚴重。因此串聯運行的臺數不宜過多，最好不要超過兩臺。同時，為了保證串聯泵運行時都在高效區工作，在選擇設備時，應使各泵最佳工況點的流量相等或接近。在啟動時，首先必須把兩臺泵（離心泵）的出口閥門都關閉，啟動第一臺，然后開啟第一臺泵的出口閥門；在第二臺泵出口閥門關閉的情況下再啟動第二臺。此外，由于后一臺泵需要承受前一臺泵的升壓，故選擇泵時，還應考慮到后一臺泵的結構強度問題。另一方面，由于幾臺風機串聯運行的操作可靠性差，故風機一般不采用串聯運行方式。泵與風機的并聯運行如何做曲線與一臺泵單獨運行時相比，并聯運行時的總流量并非成倍增加，而揚程卻要升高一些。這是由于并聯后通過共同管段的流量增大，管路阻力也增大，這就需要每臺泵都提高它的揚程來克服這個增加的阻力損失，相應地每臺泵的流量就要減小。另一方面，管路性能曲線及泵性能曲線的不同陡度對泵并聯后的運行效果影響也極大：管路性能曲線越陡，并聯后的總流量與兩臺泵單獨運行時流量的之差值愈??；同樣，泵的性能曲線越平坦，則并聯后的總流量愈小于兩臺泵單獨運行時流量的二倍。因此，為達到并聯后增加流量的目的，并聯運行方式宜適用于管路性能曲線較平坦而泵性能曲線較陡的場合。單泵的工作點對于經常處于并聯運行的泵，為了提高其運行的經濟性，應按B點選擇泵，以保證并聯運行時每臺泵都在高效區工作。從運行安全可靠性考慮，為保證在低負荷情況下只用一臺泵運行時不發生汽蝕，應按C點的流量決定泵的幾何安裝高度或倒灌高度；而為保證泵運行時驅動電機不致過載，對于離心泵，應按C點選擇驅動電機的配套功率；對于軸流泵，則應按B點選擇驅動電機的配套功率。當非共用管段的阻力損失不可忽略時，為了使泵在并聯運行與單臺運行時有相同的管路性能曲線，可把非共用段EO、FO分別作為泵Ⅰ及Ⅱ的組成部分。此時，將相應泵的性能曲線分別減去其對應流量下非共用段EO、FO的阻力損失hwEO、hwFO，即可得出包括非共用管段在內的泵的性能曲線Ⅰ′、Ⅱ′。由Ⅰ′、Ⅱ′可作出并聯后的性能曲線Ⅲ，即（H-qV)b。則曲線Ⅲ與管路性能曲線Hc-qV（只含共用管段阻力損失）的交點M，即為兩臺不同性能的泵并聯后的聯合運行工況點；自M點作縱坐標的垂線，分別交曲線Ⅰ′、Ⅱ′于M1′、M2′兩點，M1′和M2′即分別為并聯后包括非共用管段在內的泵Ⅰ及Ⅱ的運行工況點；自M1′、M2′兩點向上作垂線分別交曲線Ⅰ及Ⅱ于M1和M2兩點，則M1和M2即分別為并聯后泵Ⅰ及Ⅱ的實際運行工況點。：從并聯數量來看，臺數愈多并聯后所能增加的流量越少，即每臺泵輸送的流量減少，故并聯臺數過多并不經濟。串聯與一臺泵單獨運行時相比，串聯運行時的總揚程并非成倍增加，而流量卻要增加一些。這是因為泵串聯后揚程的增加大于管路阻力的增加，致使富裕的揚程促使流量的增加；而流量的增加又使阻力增大，從而抑制了總揚程的升高。另一方面，管路性能曲線及泵性能曲線的不同陡度對泵串聯后的運行效果影響極大：管路性能曲線越平坦，串聯后的總揚程愈小于兩臺泵單獨運行時揚程的二倍；同樣，泵的性能曲線越陡，則串聯后的總揚程與兩臺泵單獨運行時揚程的之差值愈小。因此，為達到串聯后增加揚程的目的，串聯運行方式宜適用于管路性能曲線較陡而泵性能曲線較平坦的場合。對于經常處于串聯運行的泵，為了提高泵的運行經濟性和安全性，應按B點選擇泵，并由B點的流量決定泵的幾何安裝高度或倒灌高度，以保證串聯運行時每臺泵都在高效區工作及不發生汽蝕。而為保證泵運行時驅動電機不致過載，對于離心泵，應按B點選擇驅動電機的配套功率；對于軸流泵，則應按C點選擇驅動電機的配套功率。泵與風機的運行工況調節泵與風機運行時，其運行工況點需要隨著主機負荷的變化而改變。這種實現泵與風機運行工況點改變的過程稱為運行工況調節。由于運行工況點是由泵與風機的性能曲線和管路性能曲線的交點所確定的，因此，只要設法改變這兩條曲線之一的形狀或位置，則均可改變其運行工況點，從而達到調節的目的。葉片式泵與風機的運行工況調節方式可分為非變速調節和變速調節兩大類。進口節流調節利用裝在進口管路上的節流部件來調節風機流量的調節方式稱為進口端節流調節。實踐證明，當風機采用進口端節流調節時，不僅改變了管路性能曲線，同時也改變了風機的性能曲線p-qV。因為進口管路上的閥門或擋板離風機的進口較近，節流時形成管路斷面上流體速度的變化和壓強的降低，從而影響到風機內流體的速度場，使性能曲線發生相應的變化。原運行工況點為M，流量為qVM。當關小進口閥門時，風機的性能曲線由Ⅰ移到Ⅱ，管路的性能曲線由1變為2。則運行工況點即是風機的性能曲線Ⅱ與管路的性能曲線2的交點B，此時流量為qVB，進口節流損失為Δh1。如果在滿足同一流量qVB下，將調節方式改為出口端節流調節，則運行工況點為C，這時出口節流損失為Δh2。由圖可以看出，Δh1<Δh2，故進口端節調節比出口端節流調節要經濟些若泵采用進口端節調節，由于會使泵的吸入管路阻力增加而導致泵進口壓強的降低，有引起泵汽蝕的危險，故進口端節流調節僅在風機上使用。入口導流器調節氣流預旋速度分量C1u愈大且與u1為同方向（即正預旋），則風機的理論全壓pT就愈小，因此使性能曲線向下移，從而使運行工況點往小流量區移動，流量減小增大入口導葉的安裝角時，性能曲線p-qV下降的另一個不可忽略的因素是：入口導葉對氣流速度C1有一定的節流作用，并使C1的方向改變，導致風機內部局部阻力損失和沖擊損失增加，結果使p-qV下降。當入口導葉的安裝角由0°變為15°及30°時，流量由qV1變到qV2、及qV3，功率由Psh1變為Psh2及Psh3。把入口導葉的不同安裝角下的各軸功率值用曲線連接起來，即得到入口導葉調節時的軸功率與流量的關系曲線Psh′-qV，而入口導葉安裝角為0°時的Psh-qV曲線與Psh′-qV曲線在各流量下軸功率的差值Psh-Psh′（圖中用縱剖面線表示），即為與出口端節流調節比較，入口導葉調節在各流量下所能節省的功率。由于入口導葉調節具有構造簡單及裝置尺寸小、運行可靠和維護管理簡便、初投資低等優點，故離心式風機目前普遍采用這種調節方式。此外，當調節量較小時，入口導葉調節的節電效果并不比變速調節差，但隨著調節量的增加，它的節流效應逐漸增強，調節效率不斷降低。根據這一特點，對調節范圍大的離心式風機，可采用入口導葉和雙速電機的聯合調節方式，以使得在整個調節范圍內都具有較高的調節經濟性。因此，目前火力發電廠大型機組的離心式送、引風機已較普遍地采用了這種聯合調節方式。軸流式和混流式風機的入口靜葉調節風機的入口設有安裝角可調的入口靜葉（亦稱入口導葉），這種通過改變入口靜葉安裝角來實現在運行中流量調節的調節方式稱為入口靜葉調節。軸流式和混流式風機入口靜葉的構造和調節原理均與離心式風機的軸向導流器相似，風機采用入口靜葉調節時的調節性能曲線。與離心式風機的軸向導流器調節性能相比較，子午加速軸流風機及軸流風機的入口靜葉調節既可作正預旋（減小流量）的調節，又可作一定程度的負預旋（增加流量）的調節（即使入口靜葉安裝角θ＞0°）。在選擇風機時，可把100%機組額定負荷流量工況點（MCR點）選在最高效率點，而把考慮安全流量的最大流量點（TB點，即與設計參數相應對的點）選擇在最高效率點的大流量側（負預旋調節）。因此，它比只能作正預旋調節的離心風機入口導流調節具有更高的運行經濟.動葉調節機構壓力油從油壓裝置出來，通過分配閥送到伺服油缸，操縱葉片的開閉（1）調節缸2，可沿風機軸中心線移動，并隨風機葉輪一起回轉，它推動各個動葉根部下面的曲柄，以調整動葉安裝角；（2）活塞1，置于調節缸內，也隨風機葉輪一起回轉，但軸向位置固定；（3）位移指示桿7，表示調節缸的所在位置；（4）液壓伺服機構8，固定在回轉著的活塞柱上，用防磨軸承支承以保持同一軸線，它是固定的控制裝置與回轉部件之間的轉換裝置。動葉調節的適用場合軸流式、混流式泵與風機的動葉調節是泵與風機非變速調節中調節效率最高的調節方式，但與其他非變速調節方式相比，初投資較高，維護量大。經技術經濟分析與比較知，該方式宜適用于容量大、調節范圍寬的場合。因此，目前火力發電廠越來越多的大型機組的送、引風機和循環水泵均采用了軸流式、混流式的動葉調節方式。此外，采用動葉調節對大型泵與風機的啟動、停機也是有利的。變速調節由比例定律不難推知：當裝置靜能頭為零時，管路性能曲線與相似拋物線重合。即變速調節前、后的運行工況點A0和A1為相似工況點。圖4-13中，n0、n1分別為變速調節前、后的轉速。若n1=n0/2，由比例定律的可得：qV1=qV0/2，H1=H0/4，Psh1=Psh0/8由此可見，通過變速調節來減少流量，可以大大降低泵與風機功率消耗，是一種節能潛力很大的調節方式。上述節能效果的分析，實際上只是分析了在理想情況下最大可能的節能潛力。而實際的節能效果還要受到裝置靜能頭不為零及變速調節設備本身的能量消耗等因素的制約。因此，變速調節的實際節能效果要小于理想情況下最大可能的節能效果。應該指出，變速調節的實際節能效果盡管受到上述諸多因素的制約，但與非變速調節比較，變速調節的主要優點是大大減少了附加的節流損失，在很大變工況范圍內能夠使泵與風機保持較高的運行效率。因此，現代高參數、大容量電站機組的泵與風機常采用變速調節方式，以提高機組的運行經濟性；但由于變速傳動裝置或可變速原動機投資昂貴，故一般小型機組很少采用。液力耦合器（3）液力偶合器在泵與風機調速節能中的應用葉片式泵與風機由于采用液力偶合器的變速調節比節流調節具有顯著的節能效果。因此，目前在國內已廣泛應用調速型液力偶合器作為泵與風機的調速裝置，尤其在火力發電廠、礦山、鋼鐵廠、煉油廠等企業應用得最為廣泛。液力偶合器的優點

①無級調速：在輸入轉速不變的情況下，可以輸出連續、無級變化的轉速。②工作平穩：可以平穩的啟動、加速、減速、停止。③空載啟動：電動機能空載或輕載啟動，故可選用最經濟的電動機及電控設備，降低啟動電流，節約電能。④隔離振動：液力偶合器的泵輪與渦輪之間沒有機械聯系、轉矩通過工作液體傳遞，是柔性連接。當主動軸有周期性振動（如扭振）時，不會傳到從動軸上，具有良好的隔振效果，能減緩沖擊負荷，延長電動機及泵與風機的機械壽命。⑤過載保護：由于液力偶合器是柔性傳動，其泵輪與渦輪之間有轉速差，故當從動軸阻力矩突然增加時，轉差就增大，甚至制動，而原動機仍能繼續運轉，而不致燒毀；泵與風機也可受到保護。⑥無機械磨損：因泵輪和渦輪間無直接的機械接觸，故工作可靠，能長期無檢修運行，壽命長。⑦便于控制：液力偶合器是無級調速，故便于實現自動控制，適宜各伺服系統控制。⑧節能：與閥門節流調調節相比較，節能效果顯著。液力偶合器的缺點

在電動機額定轉速較低的場合，從式M=λρgnB2D5可以看出，在要求同樣的轉矩而采用較小的轉速nB時，液力偶合器的工作腔直徑將加大，即液力偶合器的尺寸和重量將相應增加，這不但增加了造價，而且還會使液力偶合器調速的延遲時間增加，不適應處理緊急事故的要求；對于大功率的液力偶合器，除本體外還要有一套諸如供油泵、冷卻器、油箱等輔助設備與管路系統，使設備復雜化；在運轉中隨著負載的變化，轉速比也相應變化，因此不可能有精確的轉速比，液力偶合器一旦產生故障，泵與風機也不能繼續工作。采用交流電動機的變速調節變極調速的主要優點①調速效率高，僅是因在設計變極電動機時要兼顧不同轉速時的性能指標，與普通的全速電動機相比較，其效率和功率因數要稍低一些，不存在其他因變速而引起的能量損失；②調速控制設備簡單，僅用轉換開關或接觸器；③初投資低，特別是中小型變極電動機價格和定速電動機相差不很大；④可靠性較高，除軸承外，不需要特別維修。變極調速的主要缺點有級調速，不能進行連續調速。此外，變極電動機在變速時電力必須瞬間中斷，不能進行熱態變換，因此在變速時電動機有電流沖擊現象發生。高電壓的電動機若需頻繁地切換變速時，則其切換裝置的安全可靠性尚需進一步完善提高。變極調速一般需和其它調節方式相配合，常用于流量調節范圍較寬的場合。如變極調速可與節流調節、入口導流器調節、液力偶合器等調節方式相結合進行聯合調節。目前國內外的200MW火電機組的鍋爐離心式送引風機，多數均采用入口導流器調節和變極調速的聯合調節方式，以提高風機的運行效率。實踐表明，火力發電廠的冷卻水循環泵，包括定速離心泵和未采用動葉調節的混流泵、軸流泵，采用變極調速后，可以在不降低安全可靠性的前提下，獲得顯著的節能效果。變頻調速有如下優點①調速效率高，屬于高效調速方式。這是由于在頻率變化后，電動機仍在同步轉速附近運行，基本上保持額定轉差。只是在變頻裝置系統中會產生變流損失，以及由于高次諧波的影響，電動機的損耗增加，從而效率有所下降。②調速范圍寬，一般可達20∶1（50~2.5Hz），并在整個調速范圍內均具有高的調速效率。所以變頻調速適用于調速范圍寬，且經常處于低負荷狀態下運行的場合。③當采用自動控制時，能作高精度運行，把轉速波動率控制在0.5%~1%左右。④變頻裝置萬一發生故障，可以退出運行，改由電網直接供電，泵與風機仍可繼續保持運轉。⑤能兼作啟動設備，即通過變頻電源將電動機啟動到某一轉速，再斷開變頻電源，電動機可直接接到工頻電源使泵與風機加速到全速。在變頻電源向工頻電源切換時，一般有00%~500%的沖擊電流產生，電網電壓瞬時下降，電動機受到機械沖擊。為了防止這種現象的產生，可在電動機和工頻電源之間并聯一個啟動電抗器，以便在啟動時抑制沖擊電流的產生。若原動機為同步電動機，則需進行“同步切換”。變頻調速缺點①從目前看，變頻器的初投資太高，是應用于泵與風機調速節能中的主要障礙。②因變頻器輸出的電流或電壓的波形為非正弦波而產生的高次諧波，對電動機及電源會產生種種不良影響。但若采用多重化技術的電流型變頻器，則這個問題可以得到大大的改善。小汽輪機直接驅動的變速調節

隨著大容量火電機組的發展，驅動鍋爐高壓給水泵的功率也隨之增加，為了提高火力發電廠的經濟性，對于大容量機組給水泵的原動機的選擇，目前國內、外一般認為單機容量在250~300MW以上機組的給水泵以采用小汽輪機直接驅動變速調節為佳。因為現代給水泵單機容量的增大，已使小汽輪機效率幾乎與主機相等，在這種情況下，采用小汽輪機直接驅動鍋爐高壓給水泵進行變速調節已成為最佳的調節方案。特點（1）增大了單元機組輸出電量，大約為發電量3%~4%，即降低了廠用電量。（2）不需要升速齒輪和液力偶合器，故不存在設