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1、LIUTI LIXUE BENG YU FENGJILIUTI LIXUE BENG YU FENGJI高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材第二局部第二局部 泵与风机泵与风机11 11 泵与风机的运行和选泵与风机的运行和选型与使用管理型与使用管理流体力流体力学学 泵与与风机机1【知识点】【知识点】本章着重介绍泵与风机的管路性能曲线及工作点、泵的本章着重介绍泵与风机的管路性能曲线及工作点、泵的气蚀与安装高度、泵与风机联合运行及工况调节、泵与气蚀与安装高度、泵与风机联合运行及工况调节、泵与风机的选择及其常见故障的分析与排除方法等内容。风机的选择及其常见故
2、障的分析与排除方法等内容。【能力目标】【能力目标】熟知熟知 泵与风机工作点及安装高度的计算方法。泵与风机工作点及安装高度的计算方法。掌握掌握 工况调节的方法，理解并联运行、串联运行的工工况调节的方法，理解并联运行、串联运行的工况分析；离心式泵与风机常见故障的分析与排除方法。况分析；离心式泵与风机常见故障的分析与排除方法。熟练掌握熟练掌握 泵与风机的选型，以及在选用中的本卷须知。泵与风机的选型，以及在选用中的本卷须知。理解理解 水泵、风机的正确使用方法，以及正确的维护管水泵、风机的正确使用方法，以及正确的维护管理方法。理方法。11 泵与风机的运行和选型与使用管理泵与风机的运行和选型与使用管理21
3、1.1 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点1 111.2 11.2 泵与气蚀与安装高度泵与气蚀与安装高度2 211.3 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行3 311.4 11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节4 411 泵与风机的运行和选型与使用管理泵与风机的运行和选型与使用管理311.5 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用5 511.6 11.6 常见故障的分析与排除常见故障的分析与排除6 611 泵与风机的运行和选型与使用管理泵与风机的运行和选型与使用管理411.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点泵或风机是在一定的管路系统中工作的。泵与风机
4、的性能曲线在某一转速下，所提供的流量和扬程是对应的，并有无数组对应值。泵与风机究竟能在性能曲线上哪一点工作，并非任意，而是取决于所连接的管路性能。当泵或风机提供的压头与管路所需要的压头得到平衡时，由此也就确定了泵或风机所提供的流量。此时，如该流量不能满足设计需要时，就需另选一台泵或风机，不得已时亦可用调整管路性能来满足需要。11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点5所谓管路特性曲线是指泵或风机在管路系统中工作时，其实际扬程或压头与实际流量之间的关系曲线。如图11.1示为一管路系统的示意图，以0-0为基准面，吸入容器的液面1-1和压出容器液面2-2列能量方程由图知 那么 图图11.11
5、1.1管路系统与管路系统与泵的装置示意图泵的装置示意图11.111.1.1 .1 管路特性曲线管路特性曲线管路特性曲线管路特性曲线11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点6式中 H管路中对应某一流量下所需要的压头或称扬程，mH2O；Hst 静压头或称静扬程，表达式为 吸入管路与压出管路的水头损失。阻力损失取决于管网的阻力特性。由流体力学知：式中 S管路的阻抗，s2/m5；Q管网的流量，m3/s。于是有：式11.111.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点7式11.1反映了液体管路系统所需能量与流量的关系，称为液体管路特性方程。当静扬程Hst与管路阻抗S一定时，在以流量Q与扬程
6、H组成的直角坐标图上，可以得到如图11.2所示的二次曲线，称之为管路特性曲线。由式11-1可知，管路特性阻力系数不同，那么管路特性曲线的形状也不同，也就是说，管路阻力愈大，即S愈大，那么二次曲线愈陡。如图11-2所示S1 S2 S3。图图11.2 11.2 离心泵管路特性曲线离心泵管路特性曲线 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点8对于风机装置，因气体密度很小，当风机吸入口与风管出口高程差不是很大时，气柱重量形成的压强可忽略，其静扬程可认为等于零。所以，风机管路特性曲线的函数关系式为：式11.2这是一条通过坐标原点的二次 曲线，管路阻力增大时，管路 特性阻力系数S增大，特性曲 线
7、变陡，反之那么平稳些。如 图11.3 所示 S1 S2 S3。图图11.311.3离心式风机管路特性曲线离心式风机管路特性曲线 11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点9泵或风机与管路系统的合理匹配是保证管网正常运行的前提。当泵或风机接入管路系统，并作为动力源工作时,泵或风机所提供的扬程或风压总是与管路系统所需的扬程或风压相一致,这时泵或风机的流量就是管路的流量。11.111.1.2 .2 泵与风机的工作点泵与风机的工作点泵与风机的工作点泵与风机的工作点图图11.4 11.4 泵或风机的工作点泵或风机的工作点曲线曲线11泵或风机的性能曲线泵或风机的性能曲线曲线曲线22管路特性曲线管路
8、特性曲线11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点10也就是说，将泵或风机的Q-H性能曲线1和其管道Q-H特性曲线2按相同的比例尺绘制在同一直角坐标系中，那么两曲线的交点就是该泵或风机的工作点。如图11.4所示，点A即是泵或风机的工作点。在管路系统的特性曲线上，A点所对应的QA和HA说明管路系统中通过的流量为QA时所需要的能量为HA；而在泵或风机的性能曲线上，A点所对应的QA和HA说明选定的泵或风机可以在流量为QA的条件下，向管路系统提供的能量为HA。如果A点的参数既能满足工程上提出的要求，又处在泵或风机的高效率区域范围内，此时泵或风机与管路系统是匹配的，泵或风机的选择是合理的，经济的
9、。11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点11假设泵或风机在比A点流量大的C点运行，此时泵或风机所提供的扬程就小于管路系统所需要的扬程。这时，流体因能量缺乏而减速，流量减小，工作点沿泵或风机特性曲线向A点移动。反之，如在比A点流量小的B点运行，那么泵或风机所提供的扬程就大于管路所需，造成流体能量过盈而加速，于是流量增加，工作点沿泵或风机特性曲线向A点移动。可见A点是稳定工作点。11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点12泵或风机能够在A点稳定运转是因为A点表示的泵或风机的输出流量刚好等于管道系统所需要的流量。同时，泵或风机所提供的扬程或风压恰好满足管道在该流量下所需要的扬程
10、或风压。11.111.1.3 .3 运行工况的稳定性运行工况的稳定性运行工况的稳定性运行工况的稳定性图图11.5 11.5 三种不同的三种不同的QHQH曲线曲线1-1-平坦形平坦形 2-2-陡降形陡降形 3-3-驼峰形驼峰形图图11.6 11.6 性能曲线驼峰型的运行工况性能曲线驼峰型的运行工况11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点13一般泵或风机的Q-H性能曲线大致可分为三种类型：1平坦形；2陡降形；3驼峰形；如图11.5所示，前两种类型的性能曲线与管路性能曲线一般只有一个交点A工作点，如图11.4所示，因而泵或风机能够在该点稳定运转。一旦该点受机械振动或电压波动所引起流速干扰而
11、发生偏离时，那么，当干扰过后，会立即恢复到原工作点A运行，所以，称该点A为稳定的工作点。有些低比转数泵或风机的性能曲线呈驼峰形，这样的性能曲线与管路性能曲线有可能出现两个交点D和K，如图11.6所示，这种情况下，只有D点是稳定工作点，在K点工作将是不稳定的。11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点14当泵或风机的工况受机器振动和电压波动而引起转速变化的干扰时，就会离开K点。此时，K点如向流量增大方向偏离，那么机器所提供的扬程就大于管路所需的消耗水头，于是管路中流速加大，流量增加，那么工况点沿机器性能曲线继续向流量增大的方向移动，直至D点为止。当K点向流量小的方向偏离时，K点就会继续向
12、流量减小的方向移动，直至流量等于零为止。此刻，如吸水管上未装底阀或止回阀时，流体将发生倒流。由此可见，工况点在K处是暂时平衡，一旦离开K点，便难于再返回到原点K了，故称K点为不稳定工作点。11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点15驼峰形Q-H性能曲线与管路性能曲线还有可能出现相切的情况，如图11.7所示。此时如果因为机械振动等因素干扰使泵或风机的工作点偏离切点M时，无论工作点向那个方向偏离，都会因为泵或风机提供的扬程满足不了管路系统需要，流体因能量缺乏而减速，使工作点沿Q-H曲线迅速向流量为零的方向移动，出现水泵不出水现象。可见，M点是极不稳定工作点。此外，当水泵向高位水箱送水、或
13、风机向压力容器或容量甚大的管道送风时，由于位能差Hz变化而引起管路性能曲线上移，如图11.7中虚线所示，以致与泵或风机的Q-H曲线脱离，于是泵的流量将立即自QM突变为零。因此，在使用驼峰形Q-H性能曲线时，切忌将工作点选在切点M以及K点上。11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点16大多数的离心泵或风机都具有平缓下降的性能曲线，当少数曲线有驼峰时，工作点应选在曲线的下降段，通常运转工况是稳定的。所以，离心泵或风机具有驼峰性性能曲线是产生不稳定运行的主要因素。图图11.7 11.7 管路特性曲线与管路特性曲线与QHQH曲线相切曲线相切11.1 管路特性曲线与工作点管路特性曲线与工作点1
14、711.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度气蚀是泵和其它水力机械特有的现象,而且是一种十分有害的现象,是泵在设计、制造和安装、使用中需要解决的一个重要问题。11.2.1.1 气蚀概述气蚀概述气蚀现象是客观存在的，但到1893年英国一艘驱逐舰进坞修理时，发现螺旋桨浆面有蜂窝状缺陷并有裂纹，不能使用，才首次认定。水泵在某种条件下工作时，也可能发生气蚀。一旦发生气蚀水泵将不能正常工作，长期气蚀作用时叶轮也会因气蚀而损坏。11.211.2.1 .1 气蚀及其危害气蚀及其危害气蚀及其危害气蚀及其危害11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度18水泵运转过程中，如果过流局部的局部区域通常是叶轮入
15、口的叶背处的绝对压强小于输送液体相应温度下的饱和蒸汽压力时，即降低了汽化温度时，液体大量汽化，同时液体中的溶解气体也会大量逸出。气泡在移动过程中是被液体包围的，必然生成大量气泡。气泡随液体进入叶轮的高压区时，由于压力的升高，气泡产生凝结和受到压缩，急剧缩小以致破裂，形成“空穴。液流由于惯性以高速冲向空穴中心，在气泡闭合区产生强烈的局部水击，瞬间压力可达几十兆帕，同时能听到气泡被压裂的炸裂噪声。实验证实，这种水击多发生在叶片进口壁面，甚至在窝壳外表，其频率可达2000030000Hz。高频的冲击压力作用于金属叶面，时间一长就会使金属叶面产生疲劳损伤，外表出现蜂窝状缺陷。蜂窝的出现又导致应力集中，
16、形成应力腐蚀，再加上水和蜂窝外表间歇接触的电化学腐蚀，最终使叶轮出现裂缝，甚至断裂。水泵叶轮进口端产生的这种现象，成为水泵气蚀。11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度19水泵气蚀分两个阶段：气蚀第一阶段：表现在水泵外部有轻微噪音和振动，水泵扬程和功率开始有些下降。气蚀第二阶段：空穴区会突然扩大，这时，水泵的H、N、将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2011.2.1.2 气蚀对水泵的危害气蚀对水泵的危害11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度21正确决定泵吸入口的压强或真空度，是控制泵运行时不发生气蚀从而保证其正常工作的关键，它
17、的数值与泵的吸水管路系统及吸液池液面压强等因素密切相关。图11.8为水泵吸水装置示意。现列吸水池液面0-0和泵入口断面1-1之间的伯努利方程，并取吸水池液面为基准面，考虑液面速度较小，可忽略不计，于是：式11.311.211.2.2 .2 泵的安装高度泵的安装高度泵的安装高度泵的安装高度图图1 11 1.8 8 离离心心泵泵吸吸水水装装置置示示意意图图11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2211.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2311.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2411.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2511.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度
18、26目前，对泵内流体气泡现象的理论研究或计算，大多数还是以液体汽化压强 作为初生气泡的临界压力。所以为防止发生气泡现象，至少应该使泵内液体的最低压强大于液体在该温度时的汽化压强。泵内液体压强的最低点并不在泵的吸入口，而是在叶片进口的背部K点附近，如图11.8所示。这是因为液体进入水泵尚未增压之前，由于流速增大及流动能量损失，使压强继续降低。假设K点的压强 等于或小于该处液体温度下的汽化压强 时，就会引起气蚀。把泵进口处单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量称为气蚀余量，以符号 表示，单位为m。11.211.2.3 .3 气蚀余量气蚀余量气蚀余量气蚀余量11.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀
19、与安装高度2711.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2811.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度2911.2 泵的气蚀与安装高度泵的气蚀与安装高度3011.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行实际工程中为增加系统中的流量或压头，有时需要将两实际工程中为增加系统中的流量或压头，有时需要将两台或者多台泵或风机并联或者串联在同一管路系统中台或者多台泵或风机并联或者串联在同一管路系统中联合运行。多台水泵风机联合运行，通过联络管联合运行。多台水泵风机联合运行，通过联络管共同向管网输水输气，称为泵与风机的并联运行；共同向管网输水输气，称为泵与风机的并联运行；如果第一台水泵风机的压出管作为
20、第二台水泵如果第一台水泵风机的压出管作为第二台水泵风机的吸入管，水气由第一台水泵风机压风机的吸入管，水气由第一台水泵风机压入第二台水泵风机，水气以同一流量依次通入第二台水泵风机，水气以同一流量依次通过各水泵风机，称为泵与风机的串联运行。过各水泵风机，称为泵与风机的串联运行。11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行31并联工作的特点是各台设备扬程相同，而总流量等于各台设备流量之和。见图11.9中a和b分别是两台泵和两台风机并联工作示意图。11.311.3.1 .1 并联工作并联工作并联工作并联工作图图11.9 11.9 并联工作并联工作a a两台泵并联；两台泵并联；b b两台风机并联两台风
21、机并联 11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行32并联工作一般应用于以下场合：用户需要的流量大，而大流量的泵或风机制造困难或造价太高；用户对流量的需求变化幅度较大，通过改变设备运行台数来调节流量更经济合理；用户有可靠性要求，当一台设备出现事故时仍要保证供气或供水，作为检修和事故备用。11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行33图图11.1011.1011.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行34并联机组的相对流量增量 与单台泵或风机性能曲线的形状和管路特性曲线形状有关。泵或风机性能曲线越陡比转数越大，并联机组的相对流量增量越大，越适合并联工作；管路系统的阻抗S越小，管路特性曲
22、线越平稳，并联机组的相对流量增量越大。图图11.10 11.10 相同设备并联的工况分析相同设备并联的工况分析11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行352多台相同型号泵或风机并联工作多台相同型号泵或风机并联工作 多台相同型号泵或风机并联多台相同型号泵或风机并联 工作时，工况分析如图工作时，工况分析如图11.11 所示。所示。是单机的性能曲线，是单机的性能曲线，是两台设备并联时的性能是两台设备并联时的性能 曲线，曲线，是三台设备并联时是三台设备并联时 的性能曲线，的性能曲线，是管路的特是管路的特 性曲线。性曲线。A、B、C分别是单分别是单 机、两台并联及三台并联时机、两台并联及三台并联时
23、 的工况点。由图可知，随着并联台数的增加，每并的工况点。由图可知，随着并联台数的增加，每并联一台泵或风机所得到的流量增量随之减小。因此并联一台泵或风机所得到的流量增量随之减小。因此并联机组的单机台数不宜过多，否那么起不到明显的并联机组的单机台数不宜过多，否那么起不到明显的并联效果。联效果。图图11.11 11.11 多台相同设备并联工作多台相同设备并联工作11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行363两台不相同型号泵或风机并联工作两台不相同型号泵或风机并联工作 图图11.12中的中的I、II分别是两台型号不同的泵或风机的性分别是两台型号不同的泵或风机的性能曲线。能曲线。I+II那么是并联
24、机组的性能曲线。那么是并联机组的性能曲线。III是管路特是管路特性曲线。与前面一样，不同型号泵或风机并联机组的性曲线。与前面一样，不同型号泵或风机并联机组的性能曲线也是在相同扬程性能曲线也是在相同扬程 下，将两机流量相加而下，将两机流量相加而 得到的，并与管路特性得到的，并与管路特性 曲线相交于曲线相交于A点。点。A点是点是 并联机组的工作点，并联机组的工作点，QA 与与HA分别是并联后的流量分别是并联后的流量 与扬程。与扬程。图图11.1211.12不同设备并联的工况分析不同设备并联的工况分析11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行37由A点作水平线分别交两机各自的性能曲线于B、C两点
25、，该两点就是并联工作时两机各自的工作点。并联前每台设备各自的工作点是D、E，可见QAQD+QE。两台不同型号泵或风机工作，其中一台设备必须在扬程小于HF的情况下，才能与另一台设备并联运行，在某种程度上，扬程大设备受扬程小设备的制约。两台不同型号泵或风机工作时，扬程小的输出的流量少。当管路特性曲线阻抗增加，导致并联工作点移至F点时，由于设备I的扬程不可能大于HF，而无流量输出，此时并联工作没有意义。11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行38串联工作的特点是各台设备流量相同，而总扬程或总压头等于各台设备扬程或压头之和。串联工作的目的主要是为了增加扬程或压头。在运行过程中，当实际需要的扬程或
26、压头较大时，用一台泵或风机产生的压头不能满足运行的要求时，可再装一台泵或风机与原来的泵或风机串联工作。串联工作一般应用于以下场合：用户需要的压头大，而大压头的泵或风机制造困难或造价太高；改建或扩建系统时，管路阻力加大，而需要增大压头。11.311.3.2 .2 串联工作串联工作串联工作串联工作11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行39串联工作可分为两种情况，即性能相同的泵或风机串联及性能不同的泵或风机串联。下面以离心泵为例，用图解法来分析两台泵串联工作时的性能曲线、工作点以及串联工作与单独工作时性能比较。图11.13中的a和b分别表示两台泵和两台风机串联工作示意图。图图11.1311.
27、13串联工作串联工作a a两台泵串联；两台泵串联；b b两台风机串联两台风机串联11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行401 相同性能的两台泵串相同性能的两台泵串联工作联工作工况分析如图工况分析如图11.14所示。图所示。图中中I为单机性能曲线，据等流为单机性能曲线，据等流量下扬程相加的原理，得到量下扬程相加的原理，得到串联运行泵或风机的性能曲串联运行泵或风机的性能曲线线，作管路性能曲线，作管路性能曲线与与曲线曲线交于交于A点，点，A点就是串点就是串联工作的工况点，流量为联工作的工况点，流量为QA，扬程为，扬程为HA。图图11.14 11.14 串联机组的工况分析串联机组的工况分析 1
28、1.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行41由点作垂线与单机性能曲线交与B点，B点就是串联机组中单机的工作点。管路特性曲线III与单机性能曲线的交点是只开一台设备时的工作点。C点所对应的扬程H是只开一台设备时的扬程。从图看出HH，但H2H，说明两台相同型号泵或风机串联后压头并没有增加一倍。串联机组的相对压头增量 与单台泵或风机性能曲线的形状和管路特性曲线形状有关。泵或风机性能曲线越平缓比转数越小，串联机组的相对压头增量越大，越适合串联工作；管路系统的阻抗越大，管路特性曲线越陡，串联机组的相对压头增量越大。11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行422 不同性能的两台泵不同性能的两台泵
29、串联工作串联工作图图11.15所示为不同性能的所示为不同性能的离心泵串联。曲线离心泵串联。曲线(Q-H)1和和(Q-H)2分别为第一台和分别为第一台和第二台离心泵的性能曲线。第二台离心泵的性能曲线。在同一流量下，将两台泵在同一流量下，将两台泵对应的压头相加，即可得对应的压头相加，即可得到串联工作时的性能曲线到串联工作时的性能曲线上的相应点，将所得各点上的相应点，将所得各点顺次用光滑曲线连接起来顺次用光滑曲线连接起来便得串联工作时的总性能便得串联工作时的总性能曲线曲线(QH)1-2。图图11.15 11.15 不同性能的两台泵串联工作不同性能的两台泵串联工作11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的
30、联合运行43图11.15中另外三条曲线I、是三条不同的管道特性曲线。如果两台泵是串联在较陡的管道曲线I上工作，那么串联工作点在A，此时，每台泵相应地在B1点和B2点上工作；而它们单独在此管道上工作时的工作点分别为A1和A2 ；串联后的压头HA大于每台泵各自单独工作时的压头HAl、HA2，流量Q亦大于各自单独工作时的流量Q1、Q2。当两台泵串联在管道曲线上工作时，其工作点在C点，这时的压头、流量与第一台泵单独工作时的压头、流量相同，而第二台泵不起作用。11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行44当两台泵是串联在较缓的管道曲线上工作时，其工作点在A点；而每台泵各自单独在此管道上工作时的工作点
31、分别为A1，A2。此时，串联后的压头、流量反而没有第一台泵单独工作时的压头、流量大。由上述可知，当两台泵串联时，应使其在阻力较大的管道(即特性曲线较陡的管道)中工作；同时应注意，串联的两台泵，其流量相差不能太大，性能最好相同。风机串联工作情况与泵相同。但由于风机串联时在操作上可靠性较差，调节困难，故一般不推荐使用。水泵串联工作时，后一台泵比前一台泵承受的压力更高，选择水泵时要注意泵的承压能力是否满足要求。11.3 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行4511.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节工况点是由泵或风机的性能曲线与管路特性曲线的工况点是由泵或风机的性能曲线与管路特性曲线的交点决定
32、的，其中之一发生变化时，工况点就会交点决定的，其中之一发生变化时，工况点就会改变。所以工况调节的根本途径是：改变。所以工况调节的根本途径是：改变管道系统特性，如减少水头损失、变水位、改变管道系统特性，如减少水头损失、变水位、节流等；节流等；改变水泵风机的扬程压头性能曲线，如改变水泵风机的扬程压头性能曲线，如变速、变径、变角、摘叶等。变速、变径、变角、摘叶等。11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节46节流调节就是通过调节安装在风机吸入管及泵或风机排出管上的闸阀、蝶阀等节流装置来改变管道中的流量以调节泵或风机的工况。压出管上阀门节流，如图11.16所示。曲线I是未调节的管路特性曲线，当阀门
33、关小，阻力增大，管道系统特性曲线就变为II。工作点由A移至B，相应的流量由QA减至QB。同时由于阀门的关小额外增加的水头损失为 ，相应多消耗的轴功率为 。11.411.4.1.1 节流调节节流调节节流调节节流调节11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节47可见，节流调节在流量减小的同时却额外增加了水力损失，导致轴功率增加，是不经济的。这种方法常用于频繁的、临时性的调节。优点：调节流量，简便易行，可连续变化。缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了局部能量，经济上不合理。图图11.16 11.16 阀门调节的工况分析阀门调节的工况分析11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节48变速
34、调节就是在管路特性曲线不变的情况下，用改变转速的方法来改变泵或风机的性能曲线，从而到达改变泵或风机的运行工况，即改变工作点的目的。由相似律可知，转速改变时泵与风机的性能参数变化如下式式11.10 11.411.4.2.2 变速调节变速调节变速调节变速调节11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节49 变速调节的工况分析如图11.17所示，图中曲线为转数n时泵或风机的性能曲线。曲线为管路性能曲线。两线交点A就是工况点。将工况点调节至管路性能曲线上的B点，通过B点的泵或风机性能曲线，转数为n。转数比：图图11.1711.17变速调节工况分析变速调节工况分析11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的
35、工况调节5011.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节51通常可以用如下方法来改变泵或风机的转速。1改变电机转速 用异步电动机驱动的泵或风机可以在电机的转子电路中串接变阻器来改变电机的转数，这种方法的缺点是必须增加附属设备，且在变速时要增加额外的电能消耗，变速范围不大。还可以采用可变定子磁极对数的电机，但这种电机较贵，调速是跳跃式的调速范围也有所限制。此外，采用可控硅调压可以实现电机多极调速。变频调速是目前最常用的方法，它通过改变电机输入电源的频率来改变电机的转数，实现无级调速，该法调速范围宽、效率高且变频装置体积小。缺点是调速系统包括变频电源、参数测试设备、参数发送与接收设备、数据处理设
36、备等，价格较贵，检修和运行技术要求高，对电网产生某种程度的高频干扰等。11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节522改变皮带轮直径改变皮带轮直径 改变风机或电机皮带轮的直改变风机或电机皮带轮的直径，即改变电机与泵或风机的传动比，可以在一定范径，即改变电机与泵或风机的传动比，可以在一定范围内调节转速。这种方法的缺点是调速范围有限，并围内调节转速。这种方法的缺点是调速范围有限，并且要停机换轮。且要停机换轮。3采用液力耦合器采用液力耦合器 所谓液力耦合器是指在电机所谓液力耦合器是指在电机和泵或风机之间安装的通过液体来传递转矩的传动设和泵或风机之间安装的通过液体来传递转矩的传动设备。改变设备中的
37、进液量如油就可改变转矩，从备。改变设备中的进液量如油就可改变转矩，从而在电机转速恒定的情况下到达改变泵或风机转速的而在电机转速恒定的情况下到达改变泵或风机转速的目的。该法可实现无级调速，但因增加一套附属设备目的。该法可实现无级调速，但因增加一套附属设备而本钱较高。而本钱较高。11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节53在确定水泵调速范围时，应注意如下几点。1调速水泵平安运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数。2水泵一般不轻易地调高转速。3合理配置调速泵与定速泵台数的比例。4水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内。11.4 泵与风机的工况调节泵与风
38、机的工况调节54变角是改变叶片的安装角度。对叶片可调的轴流泵或风机，变角可改变泵或风机性能曲线，以改变水泵或风机装置的工况点，称变角调节。大型风机的进风口处设有供调节用的导流叶片。当改变导流叶片的角度时，能使风机性能发生变化。这是因为导流叶片的预旋作用使进入叶轮叶片的气流方向有所改变所致。常用的导流器有轴向导流器和径向导流器。导流叶片全开时转角为0o,这时叶片进口方向与气流方向垂直。11.411.4.3.3 变角调节变角调节变角调节变角调节11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节55由于进口导流叶片既是风机的组成局部，又属于整个管路系统，因此进口导流器的调节既改变了风机性能曲线，也使管路
39、系统特性发生变化。当风机导流叶片角度分为0o、30o、60o时，风机性能曲线和管路特性曲线分别有三条，其工作点分别为1、2、3。如图11.18所示图图11.18 11.18 进口导流器调节特性曲线图进口导流器调节特性曲线图11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节56变径调节是将离心泵叶轮车削去一局部后，装好再运行用以改变水泵特性的一种调节方法，这种调节方法具有不可逆的特点。这也是离心泵所特有的调节方法。在一定车削量范围内，叶轮车削前后，Q、H、N与叶轮直径之间的关系为11.411.4.4 .4 变径调节变径调节变径调节变径调节(式式11.12)11.12)(式式11.13)11.13)(
40、式式11.14)11.14)11.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节5711.4 泵与风机的工况调节泵与风机的工况调节5811.5.1 选用原那么选择泵与风机的一般原那么是：保证泵或风机系统的正常、经济的运行，即所选择的泵或风机不仅能满足管路系统流量、扬程风压的要求，而且能保证泵或风机经常在高效段内稳定的运行，同时泵或风机应具有合理的结构。选择时应考虑以下几个具体原那么：1首选泵或风机应满足生产上所需要的最大流量和扬程或压头的需要，并使其正常运行工况点尽可能靠近泵或风机的设计点，从而保证泵或风机长期在高效区运行，以提高设备长期运行的经济性。11.511.5.1 .1 泵与风机的选用泵与风
41、机的选用泵与风机的选用泵与风机的选用 11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 592力求选择结构简单、体积小、重量轻及高转速力求选择结构简单、体积小、重量轻及高转速的泵或风机。的泵或风机。3所选泵或风机应保证运行平安可靠，运转稳定所选泵或风机应保证运行平安可靠，运转稳定性好。为此，所选泵或风机应不具有驼峰状的性能曲性好。为此，所选泵或风机应不具有驼峰状的性能曲线；如果选择有驼峰状性能曲线的泵或风机，那么应线；如果选择有驼峰状性能曲线的泵或风机，那么应使其运行工况点处于峰点的右边，而且扬程或压头应使其运行工况点处于峰点的右边，而且扬程或压头应低于零流量时的扬程或压头，以利于设备的并联运行。低于零
42、流量时的扬程或压头，以利于设备的并联运行。如在使用中流量的变化大而扬程或压头变化很小，那如在使用中流量的变化大而扬程或压头变化很小，那么应该选择平坦的性能曲线；如果要求扬程或压头变么应该选择平坦的性能曲线；如果要求扬程或压头变化大而流量变化小，那么应选择陡降形性能曲线。对化大而流量变化小，那么应选择陡降形性能曲线。对于水泵，还应考虑其抗气蚀性能要好。于水泵，还应考虑其抗气蚀性能要好。4对于有特殊要求的泵或风机，还应尽可能满足对于有特殊要求的泵或风机，还应尽可能满足其特殊要求。如，安装地点受限时应考虑体积要小，其特殊要求。如，安装地点受限时应考虑体积要小，进出口管路便于安装等。进出口管路便于安装
43、等。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 605必须满足介质特性的要求。必须满足介质特性的要求。对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵。泵。对输送腐蚀性介质的泵，要求对过流部件采用耐腐对输送腐蚀性介质的泵，要求对过流部件采用耐腐蚀性材料，如蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，不锈钢耐腐蚀泵，CQF工程塑料磁工程塑料磁力驱动泵。力驱动泵。对输送含固体颗粒介质的泵，要求对过流部件采用对输送含固体颗粒介质的泵，要求对过流部件采用耐磨材料，必要时轴封应采用清洁
44、液体冲洗。耐磨材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 616机械方面可靠性高、噪声低、振动小。机械方面可靠性高、噪声低、振动小。7经济上要综合考虑到设备费、运行费、维修费经济上要综合考虑到设备费、运行费、维修费和管理费的总本钱最低。和管理费的总本钱最低。8离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。方便等特点。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 62由于泵或风机的用途和使用条件千变万化，而泵或风机的种类繁多，正确
45、选择泵和风机满足各种不同的工程使用要求是非常必要的。在选择泵或风机的时，首先应根据生产上的要求、所输送的流体的种类和性质以及通风机或泵的种类、用途，决定选择哪一类的泵或风机，比方：输送一般清水时应选择清水离心泵，输送污水时应选择污水泵，输送泥浆时应选择泥浆泵，等等；输送爆炸危险气体时应选择防爆通风机，空气中含有木屑、纤维或尘土时应选择排尘通风机等。选用的程序及本卷须知概括如下。11.5.2 11.5.2 选用程序及本卷须知选用程序及本卷须知选用程序及本卷须知选用程序及本卷须知11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 631充分了解泵或风机的用途、管路布置、地形条充分了解泵或风机的用途、管路布置、
46、地形条件、被输送流体状况、水位以及运输条件等原始资料。件、被输送流体状况、水位以及运输条件等原始资料。2根据工程要求，合理确定最大流量与最高扬程根据工程要求，合理确定最大流量与最高扬程或风机的最高风压。然后分别加或风机的最高风压。然后分别加10%20%不可预计不可预计如计算误差、漏耗等的平安量作为选用泵或风机如计算误差、漏耗等的平安量作为选用泵或风机的依据，即：的依据，即：3根据条件选用适当的设备类型，制造厂给出的根据条件选用适当的设备类型，制造厂给出的产品样本中通常都列有该类型泵或风机的适用范围。产品样本中通常都列有该类型泵或风机的适用范围。应尽量选择系列化、标准化、通用化、性能优良的产应尽
47、量选择系列化、标准化、通用化、性能优良的产品。品。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 643根据条件选用适当的设备类型，制造厂给出的根据条件选用适当的设备类型，制造厂给出的产品样本中通常都列有该类型泵或风机的适用范围。产品样本中通常都列有该类型泵或风机的适用范围。应尽量选择系列化、标准化、通用化、性能优良的产应尽量选择系列化、标准化、通用化、性能优良的产品。品。4泵或风机类型确定以后，要根据的流量、扬程泵或风机类型确定以后，要根据的流量、扬程或压头选定具体设备型号。并应使工作点处在高效率或压头选定具体设备型号。并应使工作点处在高效率区域。区域。5应当结合具体情况，考虑是否采用并联或串联应当
48、结合具体情况，考虑是否采用并联或串联工作方式，是否应有备用设备。工作方式，是否应有备用设备。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 656确定泵或风机型号时，同时还要确定其转速、确定泵或风机型号时，同时还要确定其转速、原动机型号和功率、传动方式、皮带轮大小等。性能原动机型号和功率、传动方式、皮带轮大小等。性能参数表上假设附有所配用的电机型号和配用件型号可参数表上假设附有所配用的电机型号和配用件型号可以直接套用，假设采用性能曲线图选择，图上只有轴以直接套用，假设采用性能曲线图选择，图上只有轴功率曲线，需另选电机型号及传动配件。泵或风机进功率曲线，需另选电机型号及传动配件。泵或风机进出口方向应注意
49、与管路系统相配合。对于泵，还应查出口方向应注意与管路系统相配合。对于泵，还应查明允许吸入口真空高度或必须气蚀余量，并核算安装明允许吸入口真空高度或必须气蚀余量，并核算安装高度是否满足要求。高度是否满足要求。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 667应当注意，产品样本提供的数据是在规定条件应当注意，产品样本提供的数据是在规定条件下得出的。例如对于风机来说，一般是按空气温度为下得出的。例如对于风机来说，一般是按空气温度为20、大气压为、大气压为101.325 Pa下进行实验得出的资料，下进行实验得出的资料，而锅炉引风机的样本数据是按气体温度为而锅炉引风机的样本数据是按气体温度为200、大、大气
50、压为气压为101325 Pa得出的。当实际使用条件与样本规得出的。当实际使用条件与样本规定条件不同时，应按下式对性能参数加以修正：定条件不同时，应按下式对性能参数加以修正：式中下角标式中下角标m代表样本条件。代表样本条件。11.5 泵与风机的选用泵与风机的选用 678确定泵的台数和备用率：确定泵的台数和备用率：对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，指扬程、流量相同，大联工作的两台小泵相当，指扬程、流量相同，大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇