第六章 泵与风机的调节与运行

第六章泵与风机的调节与运行第一节管路性能曲线和泵与风机工作点第二节泵与风机的调节第四节液力偶合器第五节泵与风机的联合运行第六节泵与风机的启动、运行和维护第七节泵与风机的不稳定工况第一节管路性能曲线和泵与风机的工作点泵与风机的性能曲线，只能说明泵与风机自身的性能，但泵与风机在管路中工作时，不仅取决于其本身的性能，而且还取决于管路系统的性能，即管路特性曲线。由这两条曲线的交点来决定泵与风机在管路系统中的运行工况。一、管路性能曲线管路性能曲线就是流体在管路系统中通过的流量与所需要的能量之间的关系曲线。wphgppHHwghppp)(2VwKqh管路性能曲线表明：对一定的管路系统来说，通过的流量越多，需要外界提供的能量越大；管路性能曲线的形状、位置取决于管路装置、流体性质和流动阻力。图6-1管路性能曲线图6-2泵的工作点二、泵或风机的工作点如果将其一转速下泵或风机性能曲线和管路性能曲线按同一比例绘于同一坐标图上，则两条曲线相交于M点，即工作点。M点为能量供需平衡点。A点：HAHA′，多余的能量必使管内流体加速，流量增大，直到移至M点。B点：HBHB′，能量供不应求，使流量减少，工作点向M点移动。图6-2泵的工作点图6-3风机的工作点因为真正克服管路阻力的只是全压中的静压部分，所以有时风机还用静压工作点N。图6-4泵与风机的不稳定工作区驼峰状性能曲线与管路性能曲线交点可能有两个，其中在泵与风机性能曲线的下降段的交点为稳定工作点。为什么K点不稳定？思考：某台可变速运行的离心泵在转速n0下的运行工况点为M(qVM，pM)，如下图所示。当降转速后，流量减小到qVA，试定性确定这时的转速。第二节泵与风机的调节所谓调节，就是在运行中按照客观要求，用人为的方法改变工作点的位置。方法：分别或同时改变这两条性能曲线使工作点位置改变。一、节流调节节流调节是通过改变管路系统调节阀的开度，使管路曲线形状发生变化来实现工作位置点的改变。节流调节分出口端节流调节和入口端节流调节两种方法。1、出口端节流调节多余的能量△H完全消耗在调节阀的节流损失上。应用在离心泵，调节简单可靠。2、入口端节流调节主要用于风机上，它是通过改变入口挡板开度来调节流量。△H1△H2，入口挡板调节比出口节流调节损失小，运行经济性要好一些。但是，对于水泵来说，不可采用入口端节流调节。二、入口导流器调节入口导流器调节是离心风机广泛采用的一种调节方式，通过改变入口导流器的装置角使风机性能曲线改变来实现调节。导流器全开时，导流器的叶片角为0o，气流沿径向进入叶轮。图6-7叶轮入口速度三角形图6-7入口导流器调节性能曲线由于进口导流叶片既是风机的组成部分，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，也使管路性能曲线发生变化。当风机导流叶片角度分别为0o、30o、60o时，风机的工作点分别为1、2、3。轴向导流器径向导流器三、旁通调节旁通调节是在泵或风机的出口管路上安装一个带调节阀门的回流管路2，当需要调节输出流量时，通过改变变回流管路2上阀门的开度，从输出流体中引出一部分返回到泵与风机入口，从而在泵与风机运行流量不变的情况下，改变输出流量，达到调节流量的目的。图6－10旁通调节1－压力管路；2－回流管路应用：锅炉给水泵为防止在小流量区可能发生汽蚀二设置再循环管路，进行旁通调节。四、动叶调节动叶调节是在泵与风机转速不变的情况下，通过改变动叶片安装角βb来改变泵与风机的性能曲线形状、使工作点位置改变，从而实现工况调节的。ib2211uumvvuvtg改变叶片安装角βb，冲角i和β∞也随之发生变化。从而使扬程（全压）、流量发生变化，以达到工况调节的目的。图6－11动叶可调轴流泵性能曲线固6-14动叶可调轴流风机与入口导流器调节的离心风机性能曲线比较五、液位调节（汽蚀调节）液位调节就是利用水泵系统中吸水箱内水位的升降来调节流量。由于泵入口液柱（压力）降低，泵内发生汽蚀，使水泵性能曲线突然下降。不同液位高度相应的汽蚀性能曲线与管路性能曲线交点即为一系列工作点。图6－14水泵液位调节图6－14水泵液位调节（1）汽轮机负载正常，水泵工作点为M；（2）汽轮机负载减小，凝结水量小于水泵流量时，热水井中水位下降，入口压力降低，水泵汽蚀，工作点移至M1；（3）若汽轮机负载继续减小，则工作点移至M2。所以，不同的倒灌高度对应着不同的工作点，自动达到了调节流量的目的。wgvahHgppNPSH0说明：（1）采用汽蚀调节对泵的通流部件损坏并不十分严重，而可使泵自动调节流量，减少运行人员，降低水泵耗电约30%~40%；（2）在中小型发电厂的凝结水泵上被广泛采用，大型电厂设备安全性非常重要，一般不采用汽蚀调节；（3）实际工作中，必须比较采用汽蚀调节的经济效益，以及由于汽蚀所增加的检修工作量的相关问题；（4）汽蚀泵的叶轮采用抗汽蚀材料。六、变速调节1、变速调节原理及节能效果/)(/11HHgqHgqPBVAVA)11)(()(11HHgqHHgqBVBVA点轴功率/1BVBHgqP)11(11BVBVHgqHgqB点轴功率/1HgqPPPVBA变速调节节省的功率为2、变速措施定速电机变速电机汽轮机驱动液力偶合器油膜（粘液）滑差离合器电磁转差离合器【例6—1】在转速n1＝960r/min时，10SN5×3型凝结水泵的H1—qv1性能曲线绘于右图中。试求当该泵的转速降低到n2＝900r/min运行时，管路系统中流量减少了多少?管路性能曲线方程式H＝80＋5300qv2。解：（1）绘出管路性能曲线；（2）比例定律求H2、qV2；（3）作H2－qv2性能曲线，得交点B，求得流量减少16.3％。1212121211121286410.0)960900()()/(91875.0960900HHnnHHsLqqnnqqVVVV【例6－2】某水泵在转速为n1＝1450r/min时的性能曲线和管路性能曲线如图所示，若把流量调节为qv＝8m3/h，比较采用节流调节和变速调节各自所消耗的功率。假定泵原来效率为65％，节流调节后效率为63％。)(38.110002111kWHgqPVA解：)(64.010001222kWHgqPVA)(29.110001kWHgqPVA第四节液力偶合器液力偶合器又称液力联轴器，主要由泵轮、涡轮、旋转内套、勺管等组成；一般泵轮与涡轮叶片数差1～4片。一、液力偶合器传动原理循环圆：泵轮与涡轮所组成的轴面腔室；勺管：可以在旋转内套与涡轮间的腔室中移动，以调节循环圆内的工作油量。图6－21液力偶合器速度三角形由动量矩方程得泵轮作用于工作油的力矩为：)(1122rvrvqMuPuPVop工作油作用于涡轮上的力矩为：)(1221rvrvqMuTuTVTo根据流体力学原理，泵轮与涡轮之间的轴向间隙无叶片，所以无粘性流体在旋转方向上的动量矩不变，即rvu＝常数。uTuPuTuPvvvv1221；所以，在忽略各项损失的情况下，可以认为：MP——偶合器的输入力矩，即泵轮力矩；MT——偶合器的输出力矩，即涡轮力矩。TPMM偶合器的效率η为：PTPPTTnnMM设泵轮与涡轮的速比为i，则结论：忽略各种损失的情况下，液力偶合器的传动效率等于传动的速比。PTnni速比与滑差率s有下列关系：液力偶合器的速比一般为0.97~0.98，滑差一般为0.02~0.03。snnniPTP11根据相似理论，同一系列几何相似的液力偶合器，在相似工况下传递的力矩值，与液体的ρg、泵轮转速nP的平方和直径D的五次方成正比。52DgnMPPP泵轮系数λP表示为：λP是液力偶合器的重要参数，其值高，说明偶合器的能容高、性能好。52DgnMPPP二、液力偶合器的特性1、偶合器的外特性：是在泵轮转速nP、工作油密度ρ及运动粘性系数γ不变的条件下，泵轮力矩MP（MT）、效率η与速比i的函数关系。图6－22液力偶合器的外特性（1）扭拒MP（MT）随速比的增加而降低。i＝1即nP＝nT，扭拒为零；i＝0即nT＝0时，扭拒MP(MT)达到最大；制动工况，制动扭拒。图6－22液力偶合器的外特性（2）液力偶合器的效率η随着速比i的增加而直线上升。当效率高达A点（i=0.985）后，效率曲线急剧下降到C点（i=0.99）（3）设计工况点，液力偶合器应具有尽可能大的扭矩，亦就是尽可能大的力矩系数λP。（4）i＝0时，扭矩应尽可能地小。它意味着防护性能好、脱离性能好，因空转而损失的发热少。图6－24液力偶合器部分充油时外特性2、偶合器的充液率通常外特性是指液力偶合器在全充油量情况下的输出特性曲线。0VVC充油量不同时，所有扭矩曲线都交于i=1.0这一点。三、液力偶合器传动的功率损失通过前面的学习我们知道η=i，那么速比较小的情况下，是否偶合器的损失较大呢？设泵轮功率为PP，涡轮功率为PT，则iPPPTTP//根据比例定律，得下标0表示最高效率点300)(TTTTnnPP030030)()(TTTPPTTPiiPnnnnP代入，得0302TPPiiPPTPPi偶合器传动损失的功率为TPPPP因为结论：（1）i＝0，制动工况，涡轮静止；（2）i＝2/3，功率损失最大值时的速比。（3）i2/3时，虽然传动效率随i的降低而下降，但损失功率小于2/3处，原因是泵与风机功率与转速成3次方关系。03032TTPPiiiPPP所以解得i=0及i=2/3。032)(0302TPiiidiPd为求出偶合器最大传动功率损失，对上式求导四、液力偶合器的特点1、可以实现无级变速液力偶合器的调速范围为i=0.2~0.98，实际运行中当i0.4时常出现不稳定状况。2、可以满足锅炉点火工况要求锅炉点火时，要求给水量较小。3、可以空载启动，离合方便利用液力偶合器的充、放油，可实现无油空载启动原动机。4、可以隔离振动泵轮与涡轮无机械连接。5、对动力过载起保护作用动力过载时可有效保护原动机。6、液力偶合器运转时，有一定功率损失最大功率损失处速比为i=2/3。第五节泵与风机的联合运行一、并联运行并联运行就是两台或两台以上泵或风机同时向同一管路系统输送流体的工作方式。主要目的是为了增加泵或风机的流量。图6－33两台相同性能泵并联运行1、相同性能的泵并联运行特点：各泵性能曲线在同一扬程下流量相加。（1）在忽略非共用段管路阻力前提下，并联时总流量等于每台泵流量之和，即qVA=2qVB，而HA=HB。（2）并联时每台泵的流量比它单独运行时的流量减少了，即qVBqVC；图6－33两台相同性能泵并联运行（3）总扬程比单独运行时扬程提高了，即HAHC。（4）对于经常处于并联运行的泵，为提高其运行的经济性，应按？点选择泵。（5）为保证运行时电动机不致过载，对于离心泵，应按？点选择电动机配套功率；而对于轴流泵则应按？点选择。B点B点C点B点B点C点2、不同性能的泵并联运行（1）图6-34的合成性能曲线只有在A′点右侧才能正常工作。图6-34不同性能泵并联运行（2）图6-35的合成性能曲线只有在A点右侧区域内是泵的稳定工作点。3、说明：（1）并联泵或风机的性能曲线差异不要太大；（2）并联越多增加流量越少，即每台泵输送流量减少，不宜过多。4、并联运行的场合（1）当扩建机组，相应的需要流量增大，而对原有的泵与风机仍可以使用时；（2）电厂中为了避免一台泵或风机的事故影响主机主炉停运时，即一用一备或多用一备等；（3）由于外界负荷变化很大，流量变化幅度相应很大，为了发挥泵与风机的经济效果，使其能高效率范围内工作，往往采用两台或数台并联工作，以增减运行台数来适应外界负荷变化的要求时。二、串联运行泵或风机首尾相接串联在同一管路系统中，依次传送同一流量的工作方式为泵或风机串联运行。串联的主要目的是为了提高泵或风机的扬程或全压。1、相同性能的泵串联运行特