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四、 叶片泵的比转速比转速(ns),目前,叶片泵的叶轮构造和水力性能及尺寸大小是多种多样的,需要一个综合性的指标,即比转数(又叫比速)来对叶片泵进行分类和比较,将同类型的泵组成一个系列,以利于水泵的设计和生产。 将模型泵的H2l m,Q20.075m3s代入可得下式,注意下列几点,(1)Q和H是指水泵最高效率时的流量和扬程,也即水泵的设计工况点。 (2)比转数n,是根据所抽升液体的容重r1000kgm3时得出的,也即根据抽升20左右的清水时得出的。 (3)Q和H是指单吸、单级泵的流量和扬程。如果是双吸式水泵,则公式中的Q值,应该采用水泵设计流量的一半也即采用(Q/2)。若是多级泵,H应采用每级叶轮的扬 程。,注意下列几点,(4)对于任一台水泵而言,比转数不是无因次数,它的单位是“rmin”。可是,由于它并不是一个实际的转速,它只是用来比较各种水泵性能的一个共同标准。因此,它本身的单位含义,无多大用处,一般在书本中均略去不写。,比转速换算表,比转数讨论,(1) 当转速n一定时,ns越大,表示这种水泵的流量越大,扬程越低,反之,比转数越小,表示这种泵的流量小,扬程高。 (2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转数而变的。因此,使用比转数ns公式,可对叶片泵进行分类。,比转数分类图,例题,1、一台SH型水泵流量为45L/S,扬程为78m,额定转速2900r/min,计算其比转速?(ns=60.5)2、已知某水泵流量为360m3/h,扬程为10m,额定转速1450r/min,试判别其水泵的类型?(ns=297.6),第三章叶片泵工况的确定及调节,第一节叶片泵运行时的工况点,通过对离心泵基本性能曲线分析,可以看出,每一台水泵在一定的转速下,都有它自己固有的特性曲线,此曲线反映了该水泵本身潜在的工作能力。这种潜在的工作能力,在现实泵站的运行中,就表现为瞬时的实际出水量(Q)、扬程(H)、轴功率(N)以及效率()值等。我们把这些值在QH曲线、QN曲线、以及Q一曲线上的具体位置,称为该水泵装置的瞬时工况点,它表示了该水泵在此瞬时的实际工作能力 。,第一节叶片泵运行时的工况点,第一节叶片泵运行时的工况点,泵站中决定离心泵装置工况点的因素有3个方面:1水泵本身的型号;2水泵运行的实际转速;3输配水管路系统的布置以及进、出水池的水位。 下面我们将对水泵在定速运行情况下以及调节运行情况下,工况点的确定以及影响工况点的诸因素分别进行讨论。,一、管道系统特性曲线,1、管道水头损失特性曲线 在水力学中,我们已经知道,水流经过管道时,一定存在管道水头损失。其值为: h= hf+hlhf管道中沿程水头损失之和; hl管道中局部水头损失之和。, h=SQ2 即管道水头损失特性方程 由该曲线绘出曲线为管道水头损失特性曲线,h损,2、管道系统特性曲线Q H需将管道水头损失与水泵静扬程HsT联系考虑,得方程H需=HsT+ h,画出管道系统特性曲线。,管道水头损失特性曲线 管道系统特性曲线, h=SQ2,H需=HsT+ h,二、叶片泵装置工况点的确定,有两种方法:图解法和数解法。 (一)、图解法:简明、直观,工程中应用广泛。 解法:a、绘水泵性能曲线QH;b、绘管道系统特性曲线QH需;C、两曲线相交点M称为水泵装置工况点(工作点),此时,M点对应横坐标QA和纵坐标HA分别为水泵装置的出水量和扬程。,(一)图解法求离心泵装置工况点,装置工况点,(二)、数解法求离心泵装置的工况点(抛物线法)水泵性能曲线QH方程和管道系统特性曲线QH需方程联合求解可求。即 H=f(Q)H=HST+SQ2一般水泵厂仅提供QH曲线的高效段,设方程为H=H0-hx=H0-S0Q2 H0水泵Q=0时的虚扬程 由于QH曲线的高效段已知,可在曲线上设两点(Q1,H1和Q2,H2 ),求,(二)数解法,两方程联合求解,得,(三)离心泵工作点的校核,离心泵在此工作点工作是否正常,主要从以下几点进行校核: 1、流量和扬程是否满足使用要求; 2、水泵是否在高效区工作; 3、水泵不超载或空载; 4、水泵不发生汽蚀。,第二节 叶片泵的并联和串联运行,自学,第三节 叶片泵的工况点调节,水泵的工况点调节方法原理:水泵运行工作点,主要是由水泵的性能曲线和管路系统特性曲线的交点确定的。因此,当水泵的工作点不符合流量要求时或不在高效区运行时,可以改变水泵的性能曲线或管路系统特性曲线的方法移动工作点,达到符合经济运行的目的,此法称为水泵的工况点调节。,第三节 叶片泵的工况点调节,叶片泵的工况点调节,Q,QH,第三节 叶片泵的工况点调节,水泵的工况点调节方法有: 1、变速调节;实现方法:采用可变电动机或可变速传动设备。 2、变径调节(车削调节); 3、闸阀调节;改变水泵出水闸阀的开启度来进行调节。缺点:消耗能量大。但方便易行。,1、变速调节 调速运行大大地扩展了离心泵的有效工作范围,是泵站运行中十分合理的调节方式。 (1)变速方法; (2)水泵转速的确定:根据比例律公式。,比例律应用的图解方法,比例律在泵站设计与运行中的应用,最常遇到的情形有二种: (1)已知水泵转速为n1时的(QH)1曲线如图所示,但所需的工况点,并不在该特性曲线上,而在坐标点A2(Q2,H2)处。现问:如果需要水泵在d点工作,其转速n2应是多少? (2)已知水泵n1时的(QH)1曲线,试用比例律翻画转速为n2时的(QH)2曲线。,比例律应用的图解法,采用“相似工况抛物线”方法来求解n2 :方法:1、求“相似工况抛物线”方程: 由比例律得H=KQ2 2、将A2(Q2,H2)代入H=KQ2得K值,作H=KQ2方程曲线,与转速为n1的(QH) 曲线相交得点A1 (Q1,H1) , A1与A2相似。 3、由比例律一得:,比例律应用的图解图求n2,n=n1,n=n2 n2n1,调速途径及范围,实现变速调节的途径一般有两种方式。 一种方式是电机转速不变,通过中间偶合器以达到改变转速的目的。属于这种调速方式的常见有液力偶合器,它是用油作为传递力矩的介质,是属于滑差传动的一种。 另一种方式是电机本身的转速可变。属于这种调速方式的有改变电机定子电压调速,改变电机定子极数调速,改变电机转子电阻调速,串级调速以及变频调速等多种。,2、变径调节(车削调节),水泵的原叶轮外径在车床上切削后再安装好进行运转。经过切削后的叶轮,其特性曲线就按一定的规律发生变化。切削叶轮是改变水泵性能的一种简便易行的办法,即所谓变径调节。 如果叶轮切削量不大,满足叶轮切削律:,车削抛物线方程,二、切削律的应用,切削律在应用上一般可能遇到两类问题。第一类问题:已知叶轮的切削量,求切削前后水泵特性曲线的变化。也即;已知叶轮外径D2的特性曲线,要求画出切削后的叶轮外径为D2时的水泵特性曲线(QH)曲线、(QP)曲线及(Q )曲线。解决这一类问题的方法归纳为“选点计算、立点、连线”四个步骤 。 1、在已知的水泵(QH)曲结上进行“选点”; 2、用切削律公式计算; 3、 “立点”; 4、光滑曲线进行连线。,利用切削律翻画特性曲线,第二类问题:,根据用户需求,要水泵在B点工作,流量为QB,扬程为HB,B点位于该泵的(QH)曲线的下方如图所示。,现使用切削方法,使水泵的新特性曲线通过B点,试问:切削后的叶轮直径D2 是多少? 对于这类问题,已知的条件是:现有水泵的叶轮直径D2及(QH)曲线和B点的坐标(QB,HB )。 由切削律得H=KQ2 “切削抛物线”方程,又称等效率曲线方程。 求法:1、将B点的QB 、HB ,代入“切削抛物线”方程,求出KB值 ; 2、绘“切削抛物线”曲线,与(QH)曲线交于A点( QA,HA ),由( QA,HA )和(QB,HB )代入切削律,求得D2 。,用切削抛物线求叶轮切削量,应用切削律,应注意几个问题:,1、水泵叶轮的切削应有一定的限量;2、对于不同构造的叶轮切削时,应采取不同的方式。低比转数的叶轮,切削量对叶轮前后两盖板和叶片都是一样的;对于高比转数离心泵叶轮,则切削量不同,后盖板的切削量应大于前盖板;3、离心泵叶轮切削后,其叶片的出水舌端就显得比较厚。如能沿叶片弧面在一定的长度内锉掉一层,则可改善叶轮的工作性能。4、叶轮切削是解决水泵类型、规格的有限性与供水对象要求的多样性之间矛盾的一种方法,它使水泵的使用范围扩大。,叶轮的切削方式,叶轮切削后叶片的锉尖,叶 轮 切 削 限 量,泵的工作范围,300S-32,三、变角调节,改变叶片安装角度可以使水泵性能改变,达到调节水泵工况的目的。这种调节方法称变角调节。它适用于叶片可调节的轴流泵与棍流泵。,安装角,四、变阀调节改变出水管路中闸阀的开启度,可以使管路系统性能改变,达到调节工况的目的。称节流调节。闸阀关小,管路中的局部水头损失增加,管路系统性能曲线向左上方移动,工况点也向左上方移动。闸阀关得越小,局部水头损失越大,流量也就越小。变阀调节不仅造成额外损失,还减少了出量,不经济。但由于简单易行,在水能实验中仍被广泛采用。在实践中,离心泵机组常用闸阀来调节流量,防止过载和汽蚀。,叶片泵的工况点调节,Q,QH,QH需1,1、什么是叶片泵工作点?它由哪些因素构成?工作点确定有哪些方法?2、什么是工况调节?叶片泵有哪几种工况调节法?各有何优、缺点? 3、什么是车削调节法?它的理论根据是什么?适用于哪些叶片泵?使用时需注意哪些事项? 4 、什么是车削抛物线?它在车削计算中有何用处? 5、什么是变速调节?它的理论根据是什么?适用于哪些叶片泵?使用时需注意哪些问题? 6 、什么是变速抛物线?它在变速计算中有何用处? 7、什么是变角调节法?它有何理论根据?适用于何种叶片泵? 8 、什么是节流调节法?它有何理论根据?适用于何种叶片泵?一般在何种场合下采用?,复习题,
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