葉片式泵與風機運行工況的確定葉片式泵與風機運行工況的確定

葉片式泵與風機運行工況的確定

運行工況——泵或風機在管路系統中每一時刻的實際工作狀況問題——管路系統中以固定轉速運行的泵或風機有無數個工況，如何確定運行工況？結論——由能量的供求平衡關系確定。要確定泵與風機的運行工況，還需掌握管路系統的通流特性管路系統的通流特性——管路系統中通過流體的流量與流體所需能量之間的關系管路通流特性的表達——管路特性曲線

第一部分管路性能曲線PART0101一、管路性能曲線概念：反映管路通流特性關系，管路系統中通過流體的流量與流體所需能量之間的關系的曲線獲得——由分析法繪制1、流體在管路系統中流動時所需能頭：靜揚程：（與管路中通過的流量無關）

2、泵系統管路特性方程：3、風機系統管路特性方程：一、管路性能曲線管路特性曲線的繪制管路性能曲線說明對于給定的管路系統，通過的流量越多，需要外界提供的能量就越大管路特性曲線的形狀、位置取決于管路裝置、流體性質和流動阻力管路中閥門開度改變，管路特性曲線形狀就會發生相應改變一、管路性能曲線并、串聯管路特性曲線的繪制流量規律流動阻力規律流量規律流動阻力規律一、管路性能曲線

第二部分泵與風機的運行工況點（簡稱工作點）PART0102二、泵與風機的運行工況點（簡稱工作點）運行工況點——運行工況在其性能曲線上的位置，通常稱為工作點確定運行工況的方法——圖解法工作點的位置——泵或風機的H(p)-qv性能曲線與其工作管路特性曲線的交點“M”。“M”點對應的這組參數即為該泵的運行工況風機工作點的確定風機的工作點是靜壓-流量曲線與管路特性曲線的交點N二、泵與風機的運行工況點（簡稱工作點）思考：為什么交點“M”是泵的工作點？為什么風機的工作點是靜壓-流量曲線與管路特性曲線的交點？葉片式泵與風機運行工況的確定例題:如圖所示為電廠循環水泵在工作轉速時的H-qv和η-qv性能曲線。已知循環水管路的直徑d=600mm，管長L=250m，局部總阻力系數Σζ0=17.5，取管路的沿程阻力系數λ=0.03。水泵房進水池水面至循環水管出口的位置高差Hz=24m。設電動機效率=90%，傳動裝置效率=100%。試求出循環水泵向管路系統輸水時電動機的輸入功率泵與風機的聯合運行泵與風機的聯合運行問題的提出——一臺泵或風機的性能（qv,H）不能滿足工程實際需要，如何解決？聯合運行的概念——兩臺以上的泵或風機組成一個整體的聯合運行方式聯合運行方式的種類——串聯、并聯泵與風機的聯合運行串聯是指前一臺泵或風機的出口向另一臺泵或風機的人口輸送流體的工作方式串聯工作場合同性能(同型號)泵串聯工作兩臺不同性能泵串聯工作并聯指兩臺或兩臺以上的泵或風機向同一壓力管路輸送流體的工作方式。并聯的目的是在壓頭相同時增加流量并聯工作場合同性能(同型號)泵并聯工作需要注意的問題不同性能的泵并聯工作

第一部分泵或風機的串聯運行PART0101一、泵或風機的串聯運行概念兩臺以上首尾相接的泵或風機依次傳送同一流體的運行方式目的主要是為了增加輸送流體的能頭,還可以防止高轉速給水泵入口液體的壓強低而發生汽蝕一、泵或風機的串聯運行①設計與制造一臺高揚程泵或高全壓風機困難較大②改建或擴建工程原有泵或風機的揚程與全風壓不足③工作中需要分段升壓工程實際采用串聯運行的情況一、泵或風機的串聯運行輸出流量、揚程與每臺泵或風機流量、揚程的關系總流量、揚程輸出特性的表達——合成性能曲線性能特點一、泵或風機的串聯運行（1）總工作點：管路特性曲線DE與合成H–qv性能曲線Ⅰ+Ⅱ的交點M（2）每臺泵或風機的工作點：A1、A2分別為I泵與II泵的實際工作點工作點的確定一、泵或風機的串聯運行相同性能的泵與風機串聯曲線I、Ⅱ分別為兩臺泵的性能曲線。串聯性能曲線I+Ⅱ是將單獨泵的性能曲線的揚程在流量相同的情況下迭加起來得到的。它與共同管路特性曲線Ⅲ相交于M點，該點即為串聯工作時的工作點串聯工作的特點是流量彼此相等，總揚程為每臺泵揚程之和，串聯前每臺泵的單獨工作點為C，而串聯的每臺泵的工作點為B一、泵或風機的串聯運行兩臺不同性能泵串聯工作I，Ⅱ分別為兩臺不同性能泵的性能曲線，Ⅲ為串聯運行時的串聯性能曲線圖中表示三種不同陡度的管路特性曲線1、2、3當泵在第一種管路中工作時，工作點為M1，串聯運行時總揚程和流量都是增加的。當在第二種管路中工作時，工作點為M2，這時流量和揚程與只用一臺泵(Ⅰ)單獨工作時的情況一樣，此時第二臺泵不起作用，在串聯中只耗費功率。當在第三種管路中工作時，工作點為M3，這時的揚程和流量反而小于只有I泵單獨工作時的揚程和流量，這是因為第二臺泵相當于裝置的節流器，增加了阻力，減少了輸出流量。因此，M2點可以作為極限狀態，工作點只有在M2點左側時才體現串聯工作是有利的。一、泵或風機的串聯運行串聯運行效果分析（1）與同一管系中串聯泵單獨運行比較：說明：流量增加的原因在于串聯運行時，揚程的增高比阻力的增加要大，富余的能量促使流體加速增大Hzp可減小流量的增加或保持流量不變

一、泵或風機的串聯運行影響“H”倍率增大的因素串聯臺數不應過多管路的流通特性，適用于靜揚程大，管道阻力大的情況串聯運行的泵與風機的H（p）-qv性能特點，性能曲線平坦為佳串聯運行的泵與風機的H（p）-qv性能差異，性能盡可能相似需注意的問題后續泵的材料強度泵有可能變為節流器泵的啟動順序，先啟動Ⅰ泵，再啟動Ⅱ泵

第二部分泵或風機的并聯運行PART0102二、泵或風機的并聯運行

概念兩臺以上泵或風機同時向同一壓出管路系統輸送流體的運行方式目的主要是為了增大輸送流體的流量二、泵或風機的并聯運行

①設計與制造一臺大流量的泵或風機困難較大；②運行中系統需要的流量變動很大，采用一臺大型的泵或風機運行經濟性差；③分期建設工程中，要求保證第一期工程所用的泵或風機經濟運行，又要求在擴建后滿足流量增長需要

工程實際采用串聯運行的情況二、泵或風機的并聯運行

輸出流量、揚程與每臺泵或風機流量、揚程的關系總流量、揚程輸出特性的表達——合成性能曲線性能特點二、泵或風機的并聯運行

（1）總工作點——管路特性曲線DE與合成H–qv性能曲線Ⅰ+Ⅱ的交點M（2）每臺泵或風機的工作點：工作點的確定二、泵或風機的并聯運行

同性能(同型號)泵并聯工作曲線I、Ⅱ為兩臺相同性能泵的性能曲線，Ⅲ為管路特性曲線，并聯工作時的性能曲線為I+Ⅱ。M即為并聯時的工作點，此時流量為qVM，揚程為HM。未并聯時泵的單獨運行時的工作點為c二、泵或風機的并聯運行

二、泵或風機的并聯運行

并聯運行效果分析（1）與同一管系中并聯泵單獨運行比較：說明：泵揚程提高的原因是管路中流量增大，流動阻力損失也增大，泵必須提供較高的揚程減小管路的流動阻力損失，主要是增大管路截面積，可減小揚程的增加量，增大輸送的流量二、泵或風機的并聯運行

影響“qv”倍率增大的因素：并聯臺數盡可能少管路通流特性，流動阻力要小并聯運行泵與風機的H(p)-qv性能特點，陡降型較好并聯運行泵與風機的H(p)-qv性能差異，性能應盡可能相近并聯運行應注意的問題——不良運行工況（小泵空載）

第三部分泵或風機的串聯運行PART0103三、聯合工作運行方式的選擇選擇的依據——管路阻力特性,即DE曲線陡→串聯DE曲線平→并聯泵與風機的聯合運行例題:20Sh-13型離心泵的性能曲線如圖示。輸水管路特性方程為H1=20+10qv2(qv的單位為m3/s)。試求兩臺及三臺性能完全相同的泵并聯運行時，流量分別增加的百分數。又當管路特性方程變為H2=20+100qv2（qv的單位為m3/s）時，問流量增加的百分數又將如何變化？解：（1）繪出兩臺及三臺泵并聯運行時的總性能曲線I+II，I+II+Ⅲ，如圖示。再由管路特性方程H1=20+10qv2及H2=20+100qv2分別繪出DE1和DE2管路特性曲線于同一圖中（2）管路特性曲線DE1與各性能曲線的三個工作點的流量為：一臺泵工作時，qv=730L/s，把單臺泵工作流量定為100％二臺泵工作時，qv=1160L/s，流量增加為159％三臺泵工作時，qv=1360L/s，流量增加為186％（3）管路特性曲線變為DE2后，工作點的流量分別變為：一臺泵工作時，qv=450L/s，100％二臺泵工作時，qv=520L/s，116％三臺泵工作時，qv=540L/s，120％可見：泵與風機并聯工作的臺數越多，管路流動阻力越大，流量增加的倍率越小，并聯的效果越差

變角調節泵與風機運行工況的調節調節的概念泵與風機的運行工況為適應外界負荷變化的要求而改變的過程調節的實質改變工作點的位置調節的途徑改變管路通流特性改變泵與風機本身的性能具體調節方法變閥調節變角調節變壓調節變速調節變角調節離心風機軸流風機和混流風機軸流風機和混流泵與風機入口導流器靜葉調節動葉調節

第一部分入口導流器及靜葉調節PART0101變角調節（一）入口導流器調節1、概念——通過改變離心風機入口導流器導葉的安裝角，使風機本身的性能發生變化來改變其輸出流量2、實質——利用不同導的葉安裝角來改變氣流進入葉輪的方向，使風機的性能曲線相應改變來變更了工作點的位置3、調節形式——軸向導流器和徑向導流器兩種入口導流器和靜葉調節變角調節變角調節（一）入口導流器調節4、調節原理——改變了葉輪入口處的速度三角形，使風機的獲能和流量發生變化（改變了風機本身的性能）入口導流器和靜葉調節變角調節5、優缺點及應用優點：①結構簡單；②成本低；③操作靈活方便；④調節后駝峰性能有所改善，提高了運行的可靠性。缺點：存在沖擊損失，調節量較大時，調節效率明顯降低。應用：導流器加雙速電機聯合的調節方式入口導流器和靜葉調節變角調節（二）入口靜葉調節

軸流式、混流式風機中采用的一種調節方式。其構造和調節原理與離心風機入口導流器相似。軸流風機靜葉調節的效率高于離心風機軸向導流器的調節效率。入口導流器和靜葉調節

第二部分動葉調節PART0102變角調節1、概念——通過改變葉輪葉片的安裝角，使泵或風機本身的性能發生變化來改其輸出流量2、實質——利用不同的動葉片安裝角來改變流體進入和流出葉輪的方向，使泵或風機的性能曲線相應改變來變更工作點的位置3、調節原理——改變了動葉片進、出口速度三角形，使泵或風機的獲能和流量發生變化（改變了泵或風機本身的性能）4、適用范圍：大型軸流式和混流式泵與風機動葉調節變角調節4、綜合性能曲線將泵或風機在固定轉速、不同動葉安裝角或導葉安裝角時的H（p）—qv性能曲線及曲線上效率相等的工況點連接而成的若干等效率曲線繪于同一張圖上的曲線簇。動葉調節變角調節5、動葉調節的二種方式：半調：在泵或風機停轉時，改變動葉安裝角全調：在泵與風機運行中，可隨時改變動葉片安裝角

動葉調節變速調節泵與風機運行工況的調節調節的概念泵與風機的運行工況為適應外界負荷變化的要求而改變的過程調節的實質改變工作點的位置調節的途徑改變管路通流特性改變泵與風機本身的性能具體調節方法變閥調節變角調節變壓調節變速調節變速調節1、概念——通過改變泵與風機的工作轉速，使其本身的性能發生變化來改變其輸出流量2、實質——利用泵與風機不同的工作轉速，使其性能曲線變化來變更工作點的位置3、調節原理——變速調節的依據是比例定律4、優缺點及應用：優點：不存在附加的調節阻力，調節經濟性高缺點：改變轉速的代價高應用：調節較頻繁的大、中型泵或風機5、變速調節時工作點的變化與相似工況點變化的區別與聯系區別：改變的路徑不同聯系：當Hzp=0時，兩者一致變速調節變速調節6、變速調節的變速方式采用可變速的原動機采用小汽輪機驅動采用調速型電動機驅動液力耦合器變速液力耦合器的結構液力偶合器工作原理變速調節液力偶合器變速調節液力偶合器泵輪渦輪變速調節液力耦合器的工作原理泵輪葉片對工作油做功，高能油沖入渦輪，推動渦輪轉動，帶動泵與風機轉子轉動。做完功的低能油返回泵輪，重新獲得能量，重復循環。液力耦合器的調節原理工作油量越多，渦輪的轉速越高。油壓和半徑成正比，改變勺管端口的位置，調節排油量，改變轉速泵與風機運行工況的調節例題在轉速n1=2900r/min時，IS125-100-135型離心泵的H-qv性能曲線如圖所示。工作管路的特性方程為Hc=60+9000qv2（m3/s）。若采用節流和變速兩種調節方式使泵的流量qv=200m3/h，問各自的軸功率是多少？并求出變速調節后的轉速n2。解：本題需首先繪出泵工作管路的特性曲線，然后分析兩種調節方式各自的工作點。求解如下：（1）根據管路特性方程Hc=60+9000qv2計算若干組特性曲線的數據，結果列表如下：將上數據在生標系中描點繪出管路特性曲線如圖示DE（2）節流調節時泵的性能曲線不變，而DE曲線變陡，其與H-qv曲線的交點“B”為節流調節后的工作點。即：qv(m3/h)080120160200240280H(m)6064.447077.7887.78100114.44泵與風機運行工況的調節(3)變速調節時DE曲線不變，而改變轉速使泵的H1-qv1性能曲線通過圖中“C”點，即“C”為變速調節后的工作點。由該點可讀得：Hc=87.6N.m/N。由于轉速改變后，η-qv曲線也隨之改變，可應用作比例曲線的方法確定n1中與工況點“C”相似的工況，獲得“C”工況的效率。求解需首先求出通過“C”點的比例方程：由可得該比例方程：變壓調節泵與風機運行工況的調節調節的概念泵與風機的運行工況為適應外界負荷變化的要求而改變的過程調節的實質改變工作點的位置調節的途徑改變管路通流特性改變泵與風機本身的性能具體調節方法變閥調節變角調節變壓調節變速調節汽蝕調節（變壓調節）1、概念——利用泵內發生汽蝕的程度使泵的性能發生變化來改變其輸出流量2、實質——利用泵內不同程度的汽蝕，使泵的性能曲線形狀相應改變來變更工作點的位置汽蝕調節（變壓調節）3、調節原理——借凝汽器熱井水位的升降來改變液體進入葉輪前的壓強，使泵內發生不同程度的汽蝕汽蝕調節（變壓調節）泵的汽蝕調節原理泵的倒灌高度Hg，即為設計工況下，泵不發生汽蝕的最小高度，這時的工作點如圖中的A點汽蝕調節（變壓調節）當汽輪機的負荷減少時，排汽量也減少，但水泵出水量還未減少，凝汽器水位倒灌高度不能維持Hg而要降低，這時水泵便產生汽蝕，水泵的性能曲線驟然下降，而管路特性曲線幾乎不變，于是泵的工作點位移至A1出水量減少到新的Hg下再平衡運行。如汽輪機負荷繼續減少，則排汽量繼續減少，汽蝕程度加重，出水量繼續減少，再在新的工作點平衡運行，如圖中的A1，A2，A3，…，而相應的流量分別為qv1，qv2，qv3，…。反之，當汽輪機負荷增加時，排汽量增加，以凝汽器水位倒灌高度增大，輸出水量增加，返復到新的工作點平衡運行。汽蝕調節（變壓調節）4、優缺點及應用：優點：①不存在附加調節阻力，調節效率高；②且可實現流量的自動調節缺點：汽蝕破壞難免。①葉輪用耐汽蝕材料②采用再循環來輔助調節保證一定的熱井水位應用——火電廠中的凝結水泵汽蝕調節（變壓調節）通常泵的運行不希望產生汽蝕，但凝結水泵卻利用泵的汽蝕特性來調節流量，實踐證明，采用汽蝕調節對泵的通流部件損壞并不嚴重，相反地可使泵自動地調節流量，減少運行人員，降低水泵耗電約30％～40％，故在中小型發電廠的凝結水泵上被廣泛采用。節流及回流調節泵與風機運行工況的調節調節的概念泵與風機的運行工況為適應外界負荷變化的要求而改變的過程調節的實質改變工作點的位置調節的途徑改變管路通流特性改變泵與風機本身的性能具體調節方法變閥調節變角調節變壓調節變速調節

第一部分節流（變閥）調節（入口調節和出口調節）PART0101一、節流（變閥）調節（入口調節和出口調節）概念1實質2調節方式3通過改變管路系統中閥門或擋板的開度，使管路通流特性發生變化來改變泵或風機的輸出流量改變管路系統特性方程中的“φ”，使管路特性曲線移動來變更工作點的位置出口節流調節：改變管路特性曲線入口節流調節：改變管路特性曲線和泵與風機性能曲線一、節流（變閥）調節（入口調節和出口調節）出口節流調節調節前后的實際效率調節的特點：缺點：出口端節流調節運行經濟性較差優點：調節設備簡單，操作方便可靠一、節流（變閥）調節（入口調節和出口調節）入口節流調節調節前后的運行效率及實際效率Δh1小于Δh2調節的特點：優點：入口端節流調節的經濟性較出口節流調節高缺點：這種調節在泵中不宜采用，可能導致泵發生汽蝕

第二部分回流調節PART0102泵與風機運行中的常見問題

第一部分不穩定運行工況PART0101一、不穩定運行工況穩定運行工況泵與風機工作時的能量供求平衡在外界干擾（電壓、電頻率、負荷、機組振動等）下能建立新的穩定平衡，干擾消除后仍能恢復原狀的運行工況稱為穩定運行工況。不穩定運行工況泵與風機工作時受外界干擾及干擾消除后不能建立新的穩定平衡及恢復原狀，而是出現流量躍遷或劇烈波動的運行工況，稱為不穩定運行工況。不穩定運行工況產生的必要條件——H(p)-qv性能曲線為駝峰一、不穩定運行工況流量變化的特點0←(突變)—qvL—(突變)→qvB導致的問題：管路中的水擊現象切點型“C”工作點：容易造成無交點駝峰型穩定工作的條件：Hzp<Hzp1；qv>qvk。1、雙交點及切點型不穩定運行工況一、不穩定運行工況概念風機工作時，流量出現周期性大幅度（時正時負）的波動，引起整個系統裝置劇烈振動和噪音加大的現象產生風機喘振的條件：風機p-qv曲線具有駝峰工作管路系統容量較大2、喘振一、不穩定運行工況工作特點：當用戶需要的流量發生變化時，管系中氣體的壓強滯后于工況的變化風機喘振時qv變化的特點：

當qv工<qvk時

K→L→D→C→K導致的問題：風機基礎及連接處振松或風機損壞，風機燒毀等2、喘振一、不穩定運行工況

產生原因內因——用戶使用不當

外因——H（p）性能曲線有駝峰防止措施：盡量避免選用H(p)-qv曲線具有駝峰的泵與風機使用H(p)-qv曲線有駝峰的泵與風機時，應保證其qv>qvk

如果用戶所需qv小于qvk，可裝設再循環管或自動排出閥，保證qv始終大于qvk采用變速調節或動葉調節（軸流式）以擴大穩定運行工況區造成泵與風機運行工況不穩定的原因及防止措施

第二部分旋轉失速（旋轉脫流）PAR