泵与风机运行

14泵与风机运行分析及选择14.1管路性能曲线与工作点14.2泵与风机的联合运行14.3泵与风机的工况调节14.4泵与风机的选用14.5常见故障的分析与排除14.1管路性能曲线与工作点14.1.1管路性能曲线管路特性曲线也叫管路性能曲线，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。由图可得方程2211221222wpvpvzHzhgg2212022vvgg2121()()wstwppHzzhHhHst——静压头（或称静扬程），表达式为：2221()()stppHzz2whSQ又2stHHSQ得到管路特性方程2stHHSQ离心泵管路特性曲线管路阻力愈大，即S愈大，则二次曲线愈陡。S1S2S3对于水泵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：对于风机装置2pSQS1S2S314.1管路性能曲线与工作点14.1.2泵或风机的工作点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。将泵或风机的Q-H性能曲线和其管道特性曲线按相同的比例尺绘制在同一直角坐标系中，则两曲线的交点就是该泵或风机的工作点。泵与风机工作点的确定曲线1——泵或风机的性能曲线曲线2——管路特性曲线点A即是泵或风机的工作点。A点表明所选定的泵或风机存流量为QA的条件下，向该装置提供的扬程HA正是该工程所要求的，而又处在泵或风机的高效率范围内，这样的安排是恰当的、经济的。否则，应重新选择合适的泵或风机。【例题】当某管路系统风量为500m3／h时，系统阻力为300Pa，今预选一个风机的性能曲线如图所示。试计算(1)风机实际工作点；(2)当系统阻力增加50％时的工作点；(3)当空气送入有正压150Pa的密封舱时的工作点。【解】(1)先绘出管路性能曲线2wppSQ223000.0012500wpSQ则管路特性方程为20.0012pQ绘出管路特性曲线1-1，交点即为工作点，读图p=550Pa时，Q=690m3/h(2)当系统阻力增加50％时管路特性方程变为22223001.50.0018500pSQQQ绘出管路特性曲线2-2，新的交点即为此时工作点读图得p=610Pa时，Q=570m3/h（3）对第一种情况附加正压150pa（即管路系统两端压差）则管路特性方程为21500.0012pQ绘出管路特性曲线3-3，交点即为此时工作点读图得出p=590Pa时，Q=590m3/h此例可看出：当阻力增加50％时，风量减少（690-570）/690×100=17％，即阻力急剧增加，风量相应降低，但不与阻力增加成比例。因此，当管网计算的阻力与实际应耗的压力存在某些偏差时，对实际风量的影响并不突出。此例的计算结果风量均不能满足所要求的风量Q＝500m3／h，因此，当风机供给的风量不能符合实际要求时，应采取适当的方法进行调节。14.1管路性能曲线与工作点14.1.3运行工况的稳定性泵或风机的Q一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。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，此交点为稳定的工作点。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，这种情况下，D点是稳定工作点，K点是不稳定工作点。M点是极不稳定工作点。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。大多数泵或风机的特性都具有平缓下降的曲线，当少数曲线有驼峰时，则工作点应选在曲线的下降段，故通常的运转工况是稳定的。当水泵向高位水箱送水、或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。14.2泵与风机的联合运行14.2.1并联运行并联运行的目的——增加流量当系统要求的流量很大，用一台泵或风机其流量不够时，或需要增开或停开并联台数，以实现大幅度调节流量时，或保证不问断供水(气)的要求，作为检修及事故备用时，宜采用并联运行。在并联支管管路阻力相等或相差不大条件下，泵或风机并联运行的特性曲线由各单机的性能曲线在等扬程(风压)下，流量叠加得到；管路性能曲线由静扬程和一条支管与干管的管路损失之和得到。并联运行的工况可以用图解法两台性能相同的泵或风机并联M点即为并联运行工况点。（QM，HM）D点即为并联运行时单机的工况点QM=2QDHM=HDC是只开一台设备时的工作点:QCQD，HM=HDHC并联运行时的流量增加量△Q=(QM—QC)QC，增加的流量小于系统中一台设备时的流量。也就是说，流量没有增加一倍，即QM2QC两台性能不同的泵或风机并联QM=QB+QDQMQA+QCHM=HD=HB两台不同性能的泵或风机并联工作的总流量小于并联前各泵或风机单独工作的流量之和。并联运行时，应使各单机工况点处于高效区范围内；同时也尽量保证仅单机运行时，工况点也落在高效区内。14.2泵与风机的联合运行14.2.2串联运行串联运行的目的——增加压头两台泵或风机串联运行，由各单机性能曲线，根据等流量下扬程相加的原理，得到串联运行泵或风机的性能曲线M点即为串联运行工况点。（QM，HM）C、D点即为串联运行时单机的工况点QM=QD=QCHM=HD+HCA、B是只开一台设备时的工作点:HAHD，HBHC，则HMHB+HA表明，串联运行的扬程总是小于各单机独立运行时扬程之和，同时串联后的流量也增加了，这是因为总扬程加大，使管路中流体的速度加大，流量随之增加。串联运行时，应保证各单机在高效区内运行。在串联管路后面的单机，由于承受较高的扬程(风压)作用，选机时应考虑其构造强度。风机串联，因操作上可靠性较差，一般不推荐采用。一般说来，两台或两台以上的泵或风机联合运行要比单机运行效果差，工况复杂，分析麻烦。14.3泵与风机的工况调节实际工程中，随着外界的需求，泵与风机都要经常进行流量调节，即进行工况调节。如前所述，泵与风机运行时工况点的参数是由泵、风机的性能曲线与管路性能曲线共同决定的。工况调节的基本途径是：（1）改变管道系统特性，如减少水头损失、变水位、节流等；（2）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。14.3.1节流调节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。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，额外消耗了部分能量，经济上不合理。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CBHHHBBHQN14.3.2变速调节变速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，从而达到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223''''''''QnHnpnNnQnHnpnNn；；；BAQQnn'变速调节工况分析n’nA、B两点不满足运动相似条件。曲线Ⅰ为转数n时泵或风机的性能曲线。曲线Ⅱ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Ⅲ，转数为n’。变速调节工况分析n’n相似工况点应满足以下关系：2222''''HQHHSHQQQ得相似工况曲线方程为：222BBHHQSQQ绘出通过B点的相似工况曲线,与转数n的性能曲线I交于C点，在图中读数QC。B点与C点是相似工况点，C点又在转数为n的性能曲线上。因此有：BCQQnn'相似工况曲线改变泵或风机转速的方法（1）改变电机转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。（2）改变皮带轮直径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，并且要停机换轮。（3）采用液力耦合器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备。这种调节法通常没有附加的能量损失，也不致过多降低效率，比较经济。但调节措施较复杂麻烦，若采用变频调节或液力联轴器还会增加投资，因此在中小型设备中应用并不普遍。在确定水泵调速范围时，应注意如下几点：（1）调速水泵安全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。14.3.3变角调节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。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，也使管路系统特性发生变化。采用导流器的调节方法，增加了进口的撞击损失，从节能角度看，不如变速调节，但比阀门调节消耗功率小，也是一种比较经济的调节方法。此外，导流器结构比较简单，可用装在外壳上的手柄进行调节，在不停机的情况下进行，操作方便灵活，这是比变速调节优越之处。14.3.4变径调节变径调节是将离心泵叶轮车削去一部分后，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，叶轮的切削要符合车削定律。对于水泵，制造厂通常对同一型号泵，出标准叶轮外，还提供几种经过车削的叶轮供选用。14.4泵与风机的选用14.4.1选用原则选择泵与风机的一般原则是：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则：（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。（2）力求选择结构简单、体积小、重量轻及高转速的泵或风机。（3）所选泵或风机应保证运行安全可靠，运转稳定性好。（4）对于有特殊要求的泵或风机，还应尽可能满足其特殊要求。（5）必须满足介质特性的要求。（6）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、维修费和管理费的总成本最低。（8）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、容易操作和维修方便等特点。14.4.2选用程序及注意事项（1）充分了解泵或风机的用途、管路布置、地形条件、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或风机的最高风压。然后分别加10%～20%不可预计（如计算误差、漏耗等）的安全量作为选用泵或风机的依据，即：（3）根据已知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。应尽量选择系列化、标准化、通用化、性能优良的产品。（4）泵或风机类型确定以后，要根据已知的流量、扬程或压头选定具体设备型号。并应使工作点处在高效率区域。max1.1QQmax)2.1~1.1(HHmax(1.1~1.2)PP（5）应当结合具体情况，考虑是否采用并联或串联工作方式，是否应有备用设备。（6）确定泵或风机