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1、第七節(jié)離心泵裝置定速運(yùn)行工況 通過對(duì)離心泵基本性能曲線分析，可以看出，每一臺(tái)水泵在一定 的轉(zhuǎn)速下，都有它自己固有的特性曲線，此曲線反映了該水泵本身潛 在的工作能力。這種潛在的工作能力，在現(xiàn)實(shí)泵站的運(yùn)行中，就表現(xiàn) 為瞬時(shí)的實(shí)際出水量 (Q)、揚(yáng)程 (H)、軸功率 (N)以及效率 ( )值等。我 們把這些值在 Q H曲線、 Q N曲線、以及 Q一 曲線上的具體位置，稱 為該水泵裝置的瞬時(shí) 工況點(diǎn) ，它表示了該水泵在此瞬時(shí)的實(shí)際工作 能力 。 泵站中決定離心泵裝置工況點(diǎn)的因素有 3個(gè)方面： 1水泵本身的型號(hào)； 2水泵運(yùn)行的實(shí)際轉(zhuǎn)速； 3輸配水管路系統(tǒng)的布置以及水池、水塔 (高地水池 )的 水位值和變

2、動(dòng)等邊界條件。 下面我們將對(duì)水泵在定速運(yùn)行情況下以及調(diào)節(jié)運(yùn)行情況下，工況點(diǎn)的 確定以及影響工況點(diǎn)的諸因素分別進(jìn)行討論。 一、管道系統(tǒng)特性曲線 1、管道水頭損失特性曲線 在水力學(xué)中，我們已經(jīng)知道，水流經(jīng)過管道時(shí)，一定存在管道水頭損 失。其值為： h= hf+ hl hf 管道中沿程水頭損失之和； hl 管道中局部水頭損失之和。 2 2 22 33.5 2 2 29.10 QS g v hl QSQ d l nilh f 局 沿 h=SQ2 即管道水頭損失特性方程 由該曲線繪出曲線為管道水頭損失特性曲線 2、管道系統(tǒng)特性曲線 Q H需 將管道水頭損失與水泵靜揚(yáng)程 HsT聯(lián)系考慮，得方 程 H需 =

3、HsT+ h，畫出管道系統(tǒng)特性曲線。 管道水頭損失特性曲線 管道系統(tǒng)特性曲線 二、離心泵裝置工況點(diǎn)的確定 有兩種方法：圖解法和數(shù)解法。 （一）、 圖解法： 簡(jiǎn)明、直觀，工程中應(yīng)用廣泛。 解法： a、繪水泵性能曲線 Q H； b、繪管道系統(tǒng)特性曲線 Q H需 ； C、兩曲線相交點(diǎn) M稱為水泵裝置工況點(diǎn)（工作點(diǎn)）， 此時(shí)， M點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo) QA和縱坐標(biāo) HA分別為水泵裝置的出水量 和揚(yáng)程。 （一）圖解法求離心泵裝置工況點(diǎn) （二）、 數(shù)解法 求離心泵裝置的工況點(diǎn)（ 拋物線法 ） 水泵性能曲線 Q H方程和管道系統(tǒng)特性曲線 Q H需 方程聯(lián) 合求解可求。 即 H=f(Q) H=HST+SQ2 一般水泵

4、廠僅提供 Q H曲線的高效段，設(shè)方程為 H=HX-hx=HX-SxQ2 HX 水泵 Q=0時(shí)的虛揚(yáng)程 由于 Q H曲線的高效段已知，可在曲線上設(shè)兩點(diǎn) （ Q1， H1和 Q2， H2 ），求 2 1X1X 2 1 2 2 1X QSHH QQ HH S （二）數(shù)解法 兩方程聯(lián)合求解，得 2 22 SQHH SS HH Q SQHQSH ST X STX STXX （三）離心泵工作點(diǎn)的校核 離心泵在此工作點(diǎn)工作是否正常，主要從以下幾點(diǎn) 進(jìn)行校核： 1、流量和揚(yáng)程是否滿足使用要求； 2、水泵是否在高效區(qū)工作； 3、水泵不超載或空載； 4、水泵不發(fā)生汽蝕。 三、離心泵工況點(diǎn)的調(diào)節(jié) 離心泵裝置的工況點(diǎn)

5、，是建立在水泵和管道系統(tǒng)能量供求關(guān)系平衡 上的，只要兩者之一 的情況發(fā)生改變，工況點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)移。平衡被新 的平衡點(diǎn)所代替。 這樣的情況，在城市供水中，是隨時(shí)都在發(fā)生著的。例如，有 前置水塔的城市管網(wǎng)中，在晚上，管網(wǎng)中用水量減少，水輸入水塔， 水塔的水箱中水位不斷升高，對(duì)水泵裝置而言，靜揚(yáng)程不斷增高， 水泵的工況點(diǎn)將沿 Q H曲線向流量減小側(cè)移動(dòng) (向左移動(dòng)，由 B點(diǎn)移 至 C點(diǎn) )，供水量越小。相反地，在白天，城市中用水量增大，管網(wǎng) 內(nèi)靜壓下降，水塔出水，水箱中水位下降，水泵裝置的工況點(diǎn)就將 自動(dòng)向流量增大側(cè)移動(dòng) (向右移動(dòng) )。因此，泵站在整個(gè)工作中，只 要城市管網(wǎng)中用水量是變化的，管網(wǎng)壓力就

6、會(huì)變化，致使水泵裝置 的工況點(diǎn)也作相應(yīng)的變動(dòng)。 水泵的工況點(diǎn)隨水位變動(dòng) 水泵的工況點(diǎn)調(diào)節(jié)方法原理： 水泵運(yùn)行工作點(diǎn)，主要 是由水泵的性能曲線和管路系統(tǒng)特性曲線的交點(diǎn)確定 的。因此，當(dāng)水泵的工作點(diǎn)不符合流量要求時(shí)或不在 高效區(qū)運(yùn)行時(shí)，可以 改變水泵的性能曲線 或 管路系統(tǒng) 特性曲線 的方法移動(dòng)工作點(diǎn)，達(dá)到符合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目 的，此法稱為水泵的工況點(diǎn)調(diào)節(jié)。 水泵的工況點(diǎn)調(diào)節(jié)方法 有： 1、變速調(diào)節(jié)； 實(shí)現(xiàn)方法：采用可變電動(dòng)機(jī)或可變速傳動(dòng)設(shè)備。 2、變徑調(diào)節(jié)（車削調(diào)節(jié)）； 3、閘閥調(diào)節(jié)； 改變水泵出水閘閥的開啟度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)： 消耗能量大。但方便易行。 水泵的工況點(diǎn)調(diào)節(jié) 例題 例 現(xiàn)有 14SA

7、10型離心泵一臺(tái)，轉(zhuǎn)速 n 1450r min，葉輪直徑 D 466mm，其 Q H特性曲線如圖 2 31所示。試擬合 Q H特性曲線方程。 (解 由 14SA 10型的 Q H特性曲線上，取包括 (Q。， H。 )在內(nèi)的任意 4點(diǎn)，其值如表 2 3所示。上表中 H值單 位為 m， Q值單位為 L s。 型號(hào) 已 知 各 點(diǎn) 的 坐 標(biāo) 值 待計(jì)算值 Ho Qo H1 Q1 H2 Q2 H3 Q3 A1 A2 14SA-10 72 0 70 240 65 340 60 380 0 0168 -0 00017 圖 2-31 14SA-10型離心泵的特性曲線 求解過程為：已知的各坐標(biāo)值代入 (2

8、62b)正則方程， 可得： 288+960A1+317600A2 267 69120+317600A1+108 X 106A2 61700 將上式化簡(jiǎn)后，解得： A1 0.168； A2 -0.000117 將結(jié)果且 A1 、 A2 ：值代入 (2 62a)式，得出該泵的 Q H特性曲線方程為： H 72+0.0168Q-0.00017Q2 將上式與該水泵裝置的管道特性曲線方程 H HST+SQ2 聯(lián)立，即可求得其工況點(diǎn)的 (Q， H)值。 討論 P35思考題 1.試從概念上區(qū)分水箱自由出流時(shí)，測(cè)壓管水頭線與管道 水頭損失特性曲線間的不同。 2.在圖 2 41所示的水泵裝置上，在出水閘閥前后裝

9、 A、 B兩只壓力表，在進(jìn)水口處裝上一只真空表 C，并均相應(yīng) 地接上測(cè)壓管?，F(xiàn)問： (1)閘閥全開時(shí)， A、 B壓力表的讀數(shù)及 A、 B兩根測(cè)壓管 的水面高度是否一樣 ? (2)閘閥逐漸關(guān)小時(shí)， A、 B壓力表的讀數(shù)以及 A、 B兩根 測(cè)壓管的水面高度有何變化 ? (3)在閘閥逐漸關(guān)小時(shí)，真空表 C的讀數(shù)以及它的比壓管內(nèi) 水面高度如何變化 ? 圖 3如圖 2 42所示， d點(diǎn)為該水泵裝置的極限工作點(diǎn)，其相應(yīng)的效率 為 A。當(dāng)閘閥關(guān)小時(shí)工作點(diǎn)由 A點(diǎn)移至 B點(diǎn)，相應(yīng)的效率為 B 。由圖 可知 B A ，現(xiàn)問： (1)關(guān)小閘閥是否可以提高效率 ?此現(xiàn)象如何解釋 ? (2)如何推求關(guān)小閘閥后該泵裝置

10、的效率變化公式 ? 4某取水工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，水泵的壓水管路可能有兩種走向， 如圖 2 43(a)及 (b)所示。試問： (1)如管道長(zhǎng)度、口徑、配件等都認(rèn)為近似相等，則這兩種布置，對(duì) 泵站所需的揚(yáng)程是否一樣 ?為什么 ? (2)如果將圖（ a）的布置在最高處管道改為明渠流，對(duì)水泵工況有何 影響？電耗如何變化？ 圖 本課教學(xué)內(nèi)容基本要求 1. 離心泵裝置定速運(yùn)行工況：管道特性曲線， 圖解法求工況點(diǎn)，數(shù)解法求工況點(diǎn)公式。 2. 離心泵裝置調(diào)速運(yùn)行工況點(diǎn)：相似工況概念， 相似律的推導(dǎo)與形式，比例律應(yīng)用，調(diào)速運(yùn)行節(jié) 能意義，葉輪相似準(zhǔn)數(shù)概念及含義， 調(diào)速途徑 及范圍。 例題 某離心泵裝置，其進(jìn)出水管直徑為 200mm，管路全長(zhǎng)為 280m，局部水頭損失為沿程水頭損失的 25%，該裝置的 凈揚(yáng)程為 30m，管路糙率為 0.013，計(jì)算其運(yùn)行流量為 150m3/h時(shí)的水泵揚(yáng)程。