第4章 4.1 离心泵装置的总扬程 4.2 离心泵装置的工况 4.3 水泵工况调节 4.4 水泵并联工作 4.5 水泵串联工作,4.1 离心泵装置的总扬程,4.1.1 水泵装置的工作扬程 4.1.2 水泵装置的设计扬程,图4-1 离心泵装置,4.2 离心泵装置的工况,4.2.1 管路系统特性曲线 4.2.2 图解法求离心泵装置的工况点 4.2.3 图解法求水箱出流工况点 4.2.4 数解法求离心泵工况点,4.2.1 管路系统特性曲线,1.沿程水头损失 2.局部水头损失 3.总水头损失,图4-2 管路系统水头损失特性曲线,图4-3 管路系统特性曲线,4.2.2 图解法求离心泵装置的工况点,1.直接作图法 2.折引作图法,1.直接作图法,1)建立Q-H坐标系，将Q轴与吸水池的自由水面平齐。 2)在建立的坐标系中，绘制水泵扬程特性曲线Q-H。 3)在建立的坐标系中，根据公式H=HST+SQ2，绘制管路系统特性曲线。 4)Q-H曲线与Q-H需的交点M点即为水泵工况点。,图4-4 直接作图法求离心泵装置的工况,2.折引作图法,1)建立Q-H坐标系，将Q轴与吸水池的自由水面平齐。 2)在建立的坐标系中，绘制水泵扬程特性曲线Q-H。 3)沿Q坐标轴下绘出管路水头损失特性曲线Q-h。 4)在水泵性能曲线Q-H上减去相应流量下的水头损失h，得到水泵折引特性曲线(Q-H)，此曲线上各点的纵坐标值表示水泵在扣除了管路中相应流量下的水头损失后，尚剩余的能量，此能量仅用来改变液体的位能。 5)作装置需能曲线Q-H需，它是一条截距为HST，平行于Q轴的直线。 6)Q-H需与(Q-H)曲线交于M1点，M1点是折引泵的工况点。,图4-5 折引作图法求离心泵装置的工况,4.2.3 图解法求水箱出流工况点,1.直接作图法 2.折引特性曲线法,图4-6 高位水箱出流工况,1.直接作图法,1)在Q-H坐标系中，绘出高位水箱的扬程特性曲线，此曲线是一条纵坐标截距为H，平行于Q轴的直线。 2)根据式(4-21)画出管路水头损失特性曲线Q-h。 3)Q-H曲线与Q-h曲线交于K点，K点的纵坐标HK，即表示水箱能够供给液体的能量相应的水头H，也表示当管路通过流量为QK时，消耗于摩阻上的液体比能值hK，即H=hK=HK，K点称为该水箱出流的工况点， QK即为水箱出流的流量。,2.折引特性曲线法,1)在Q-H坐标系中，绘出高位水箱的Q-H曲线，此曲线是一条纵坐标截距为H，平行于Q轴的直线。 2)在Q-H曲线上减去相应流量下管路水头损失h，得到折引特性曲线(Q-h)。 3)绘出管道系统特性曲线，由于管路水头损失已被完全折引到水箱特性曲线上，因此管道系统特性曲线与低位水箱水面平齐，即与Q轴重合。 4)(Q-h)曲线与Q轴相交于K点，则K点表示高位水箱提供的比能全部消耗掉的情况，即高位水箱提供的比能与管路所消耗比能相等的能量平衡点。,图4-7 水箱出流折引特性曲线法求工况点,4.2.4 数解法求离心泵工况点,1.抛物线法 2.最小二乘法,表4-1 14SA-10型离心泵Q-H曲线上的坐标值,4.3 水泵工况调节,4.3.1 自动调节 4.3.2 阀门调节(节流调节) 4.3.3 变速调节 4.3.4 变径调节 4.3.5 变角调节,图4-8 离心泵工况点随水位的变化,图4-9 阀门节流调节,1.比例律的应用,(1)比例律应用的图解法 表4-2 H=HST+SQ2曲线各点Q、H值 表4-3 H=29464.3Q2曲线上各点Q、H值 表4-4 转速分别为n1和n2时，曲线上各点Q、H值 表4-5 水泵性能参数表,(1)比例律应用的图解法,1)第一类问题。 将A2点的坐标值(Q2，H2)代入式(4-34)，求出k值。 绘出通过A2点的相似工况抛物线H=kQ2，如图4-10所示，此抛物线与转速为n1的(Q-H)1曲线相交于A1(Q1，H1)，A1点与A2点为工况相似点。 将A1点和A2点的坐标值(Q1，H1)和(Q2，H2)代入式(4-35)，即可求出n2值。 2)第二类问题。 选点。在水泵扬程特性曲线(Q-H)1上均匀选取一定数量的点，如图所示，选定a点，b点，c点，d点和e点，并读出各点对应的坐标值(Qa，Ha)、(Qb，Hb)、(Qc，Hc)、(Qd，Hd)、(Qe，He)。, 计算。将a、b、c、d和e的坐标值代入比例律，计算出转速为n2时，所选各点相似工况点a、b、c、d和e的坐标值(Qa，Ha)、(Qb，Hb)、(Qc，Hc)、(Qd，Hd)、(Qe，He)。 立点。将根据比例律计算出的a点至e点，按照坐标值的大小点绘在Q-H坐标系中。 连线。用光滑曲线将a点至e点连接起来，就得到转速为n2时的扬程曲线(Q-H)2。,图4-10 根据用户需要确定水泵转速,图4-11 转速改变时特性曲线变化,图4-12 变速特性曲线图,表4-2 H=+S曲线各点Q、H值,表4-3 H=29464.3曲线上各点Q、H值,表4-4 转速分别为和时，曲线上各点Q、H值,(2)比例律应用的数解法,1)第一类问题。 2)第二类问题。,表4-5 水泵性能参数表,3.水泵调速控制的类型,(1)恒压调速 水泵恒压调速就是通过调速使水泵出口或最不利点的压力在一个较小范围内波动(认为是恒压)。 (2)恒流调速 水泵恒流调速就是通过调速使水泵供水量基本维持不变。 (3)其他调节情况 给水排水系统中，还有许多水泵工况调节的情况，较为典型的是各种水处理药剂投加泵的调节。,图4-13 水泵出口压力恒定控制的 变频调速给水系统示意 1储水池 2水泵 3压力变送器 4控制器 5变频器 6电动机,图4-14 水泵恒流调速工况,图4-15 水泵装置工况点的变化,5.调速应注意的问题,1)水泵机组的转子与其他轴系一样，在配置一定质量的基础后，都有自己固有的振动频率。 2)水泵转速下调不能过大，当转速变化超出一定范围时，实际等效率曲线将偏离相似工况线较大，泵效率下降较大，应用比例律将引起较大的误差，一般降速不宜超过额定转速的30%50%。 3)水泵叶轮和电动机转子所受到的离心力与转速成正比，如果将水泵转速提高，超过水泵的额定转速时，叶轮、泵轴及电动机转子所受到的离心应力将增加，如果材质的抗裂性能较差或铸造时均匀性较差，就有可能出现机械性的损裂，严重时可能出现叶轮飞裂现象。,4)调速装置价格昂贵，泵站一般采用调速泵与定速泵并联工作的方式。 5)调速后泵站工况点的扬程如果等于调速泵的起动扬程，调速泵不起作用。,4.3.4 变径调节,1.切削定律 2.切削定律的应用 3.切削应注意的事项 4.水泵系列型谱图,2.切削定律的应用,(1)第一类问题 已知叶轮外径D2的水泵特性曲线Q-H、Q-P和Q-，求切削后叶轮外径为D2的水泵特性曲线Q-H、Q-P和Q-。 (2)第二类问题 已知叶轮外径为D2的水泵特性曲线Q-H、Q-P和Q-，根据用户的要求，需要水泵在B(QB，HB)点工作，而B点位于该泵的Q-H曲线下方，如图4-17所示。 表4-6 切削抛物线H=1775.1Q2曲线上的Q、H值,解这一类问题的方法归纳为“选点”、“计算”、“立点”和“连线”四个步骤。 1)选点。 2)计算。 3)立点。 4)连线。,图4-16 用切削率翻画特性曲线,图4-17 切削抛物线求叶轮切削量,表4-6 切削抛物线H=1775.1曲线上的Q、H值,图4-18 车削量计算图,(2)切削方式 水泵叶轮构造不同，切削方式也不同，如图4-19所示。 (3)叶轮切削后出水舌面的处理 离心泵叶轮切削后，其叶片的出水舌端就显得比较厚。,表4-7 叶轮切削限量,图4-19 叶轮的切削方式,图4-20 叶轮切削后叶片的锉尖,图4-21 泵高效率方框图,图4-22 S型离心泵性能曲线型谱图,4.3.5 变角调节,1.轴流泵叶片变角后的性能曲线 2.轴流泵的变角运行,图4-23 轴流泵变角性能曲线,图4-24 轴流泵通用性能曲线,4.4 水泵并联工作,4.4.1 并联工作的图解法 4.4.2 并联工作的数解法 4.4.3 并联运行中调速泵台数的确定,4.4.1 并联工作的图解法,1.水泵并联特性曲线的绘制 2.同型号、同水位、对称布置的两台水泵的并联工作 3.不同型号、布置不对称在相同水位下两台水泵的并联工作 4.一台水泵向两个不同高程的高地水池供水 5.同型号、同水位、对称布置一定一调两台水泵并联工作,图4-25 水泵并联Q-H曲线,(2)绘制管路系统特性曲线 (3)并联工况点的确定 (Q-H)1+2曲线与Q-hAOG曲线的交点M就是并联工作的工况点。 (4)并联工作时，单泵工况点 过M点作水平线，交单泵特性曲线(Q-H)1,2于N点，N点即是水泵在并联工作时，各单泵工况点，其流量为Q1,2，扬程为H0。 (5)单泵单独工作工况点 单泵的特性曲线(Q-H)1，2与管路特性曲线Q-hAOG交于S点(Q，H)，S点即是一台水泵单独工作时的工况点。,图4-26 同型号、同水位、同对称布置的两台水泵并联,图4-27 五台同型号水泵并联,1)首先在横坐标下绘制Q-hAB和Q-hBC曲线。 2)用折引特性曲线法，在对应的流量条件下从水泵特性曲线(Q-H)和(Q-H)上扣除水头损失hAB和hBC，得到折引特性曲线(Q-H)和(Q-H)。 3)由于扣除了差异hAB和hBC，此时可以应用等扬程下流量叠加的原理(横加法)，绘出折引并联特性曲线(Q-H)。 4)绘制BD管路系统特性曲线Q-hBD，该曲线与折引并联特性曲线(Q-H)交于E点，E点就是并联水泵的工况点，该点对应的流量QE，即为两台水泵并联工作的总供水量。,5)自E点引水平线，交(Q-H)和(Q-H)曲线于点和点，由点和点向上引垂线交(Q-H)和(Q-H)曲线于(Q，H)点和(Q，H)点，显然，点和点就是并联工作时，号水泵和号泵的工况点。 6)由点和点向下引垂线交(Q-P)和(Q-P)曲线于点和点，交(Q-)和(Q-)曲线于点和点。,图4-28 不同型号、相同水位下两台水泵并联,(1)HBHST2时，水泵向两个高地水池供水 若水泵扬程为H0，则B点的测压管水面高度HB=H0-hAB，HB表示水在B点所具有的比能，即在B点有一扬程为HB的水泵(假想水泵)向C水池和D水池供水，如图4-29所示。 (2)HST2HBHST1时，水泵和D水池联合向C水池供水 在这种情况下，若把D水池当做一台水泵来对待，则此类问题的求解方法就和不同型号水泵并联工作求解方法相同，关键是先找出D水泵的工作特性曲线(Q-H)D。,图4-29 一台泵向两个高地水池供水,1)在横坐标下绘出AB管路水头损失特性曲线。 2)从水泵特性曲线上减去相应流量下AB管路水头损失hAB，得到水泵的折引特性曲线。 3)根据公式HBC=HST1+hBC和HBD=HST2+hBD，作出BC及BD段管路系统特性曲线Q-hBC和Q-hBD。 4)应用“横加法”原理，将Q-hBC曲线与Q-hBD曲线进行横加，与水泵折引特性曲线(Q-H)相交于M点，M点的横坐标为通过B点的总流量。 5)自M点作水平线交Q-hBC和Q-hB曲线于P点和K点；P点的横坐标即为C水池的进水量QBC，K点的横坐标即为D水池的进水量QBD。,1)首先在横坐标下绘出 AB段管路水头损失特性曲线Q-hAB。 2)从水泵特性曲线Q-H上减去AB管路相应流量下的水头损失hAB，得到水泵的折引特性曲线(Q-H)； 3)从D水池工作特性曲线H=HST2上减去BD管路相应流量下的水头损失hBD；得到D水池的折引特性曲线(Q-H)BD 4)作出BC段管路系统特性曲线Q-hBC，该曲线与水泵的并联折引特性曲线(Q-H)泵+D相交于M点，M点就是并联工况点。 5)自