流体输配管网第6章

流体输配管网河北工业大学建筑环境与设备工程系第六章泵、风机与管网系统的匹配第一节泵、风机在管网系统中工作状态点第二节泵和风机的工况调节第三节泵和风机的安装位置第四节泵和风机的选用第一节泵和风机在管网中的工作状态点1.阻力特性2PSL•2.管网的特性曲线2222112211()()22evvPPgZPgZP■管网特性方程：■管网中进口压力P1与出口压力P2不随流体Q的变化而改变■管网特性方程表示的是广义的管网特性方程■闭合(水平)的管网中各点的压力将随流体Q的变化而改变■泵与风机的扬程只取决于管网的阻力特性：■管网特性方程为狭义的管网特性方程22112()()eststPPgZPgZPPPPSL2estPPSL2ePSL■广义的管网特性：■狭义的管网特性：2estPPSL2ePSL■管网特性曲线分析：–一条二次抛物线–S值愈大,曲线愈陡,则管网损失愈大,反之亦然–S值是有因次量•随压力、流量、流体密度、流通面积等所采取的因次不同而不同–特点：•根据式计算出管网的阻抗：•根据管网阻抗S，可以计算任意流量下的管网总阻力•在H－Q平面坐标图上，得到该管网的水力特性曲线2SQhHW2PSL二.管网水力特性曲线的主要影响因素■管径不变，液体管路阻力：■管径不变，气体管路阻力：■构成S值的参数：■流动处于阻力平方区时：2=QShiWWi2=ΔLSPia),Σ,,,(=ρζdlλfSi52428msdgdlSiiiiiW7428mkgddlSiiiiia),Σ,,,(=ρζKdlfSi3.管网系统对泵、风机性能的影响入口的系统效应3d出口的系统效应υ≤12.5m/s，取2.5d出口的系统效应曲线出口的系统效应■4.泵、风机与管网系统匹配的工作状态点■泵或风机的运行工况点■泵或风机运行曲线中的Q－H特性曲线与其接入的管网系统的Q－H特性曲线，用相同的比例尺和单位绘制在同一直角坐标图上，两条曲线的交点.■泵、风机与管网系统的合理匹配，在其特性曲线上稳定工作的点，称之为工况点.■在实际的运行中，某一时刻或某一时段内，只能按其运行曲线上某一点工作.■当泵或风机接入管网中运行，在其运行曲线某点上的压头与管网系统的阻力总会得到平衡.■泵、风机与管网系统匹配的工作状态点■泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区■大多数泵和风机的Q－H曲线是平缓下降的曲线，这种情况下运行工况是稳定的.■低比转数、具有驼峰形性能曲线的泵或风机■在其压头峰值点的右侧区间运行时，设备的工作状态能自动地与管网的工作状态保持平衡，稳定工作，这一稳定的区域称为稳定工作区.■在压头特性曲线峰值的左侧区域运行时，泵、风机的工作状态不能稳定，此区称为非稳定工作区.■泵和风机具有驼峰形性能曲线是产生不稳定运行的主要原因；应使其工况点保持在Q－H曲线的下降段。■泵、风机与管网系统匹配的工作状态点■喘振及其防止的方法■喘振：■在非稳定工作区运行时，流体可能一会儿由泵、风机流出；一会儿由管网倒置流入泵、风机的现象.■当风机特性曲线峰值左侧较陡，运行工况点离峰值较远时易发生喘振.■轴流风机比离心风机易发生喘振■高压风机比低压风机易发生喘振■喘振的防止方法■应尽量避免设备在非稳定区工作■采用旁通或放空法■增速节流法■效率在90％～95％以上范围的区域为泵或风机的最佳工作区，在最佳工作区运行即稳定又经济.■泵、风机与管网系统匹配的工作状态点■系统效应的影响■系统效应：■指泵、风机进出口与管网系统连接方式对泵、风机的性能产生的影响.■接入管网系统的风机的风压及流量都不同程度地低于风机的理论计算值和生产厂给出的风机特性曲线值.■系统效应降低风机的性能，是由风机与管道的连接方式不同而产生的.■入口的系统效应■风机入口的不同接管形式则气流形态不同■不同类型的圆形弯管，方形弯管对应不同的系统效应曲线■根据管网阻力选择风机时，应计入设计风量下的系统效应损失入口的系统效应■泵、风机与管网系统匹配的工作状态点■系统效应的影响■出口系统效应的影响■效应管道长度：link■自风机出口截面不规则的速度分布,到管道内气流速度规则分布的截面之间管段长度■在效应管道长度范围内断面的任何改变，均导致风机性能降低长度取dsmυ5.25.12≤■5.管网系统中泵、风机的联合运行■并联工作■特点：■用户需要流量大，而大流量的设备制造困难且造价高■流量需求变化大，通过停开设备台数调节流量■检修及事故备用■管路内总流量加大,水头损失增加,H↑■联合运行曲线绘制方法■两台相同泵或风机的并联■多台相同泵或风机的并联■不同性能的泵或风机的并联■并联工作两台相同泵或风机的并联多台相同泵或风机的并联不同性能的泵或风机的并联■管网系统中泵、风机的联合运行■串联工作■第一台设备的出口与第二台设备的吸入口连接■特点：■通过各台设备的流量相同，总压头为各台设备压头的总和■两台设备串联工作时，总压头增大，使管路中流体流速提高，则流量也有一定增加.■适用情况：■高压的设备制造困难且造价高■在改建或扩建时，管道阻力加大，需要压头提高第二节泵、风机的工况调节■说明：■由于用户需要的流量经常变化，而设备运行时的工况点是由设备性能曲线和管道性能曲线共同决定的，应采用一定的方法进行工况调节,来满足流量变化的要求.■调节管网系统性能■常用方法：■改变管网中的阀门开启度，则改变管路的阻力特性，方法简单，但是不经济.■液体管网系统的性能调节■泵的调节阀只能装在压出管上液体管网系统的性能调节•两个问题：•1.相同流量下，关小阀门后系统是多耗能还是少耗能？增加或者减少多少？•2.阀门调节是不是即可放在出口也可放在入口？为什么？若是气体管网呢？第二节泵、风机的工况调节■调节管网系统性能■气体管网系统的性能调节■风机出口设置调节阀，经济性较差■风机进口设置调节阀，较为经济，改变进口压力，使风机性能发生变化,以适应流量和压力的特定要求■广泛采用的调节方法气体管网系统的性能调节第二节泵、风机的工况调节■调节泵、风机性能■常用方法：■变速调节■非变速调节：入口节流调节、风机的前导叶调节、切削叶轮调节■变速调节3''2''2''''nnNNnnPPnnHHnnQQ变速调节工况•1.具有狭义管网特性曲线的管网，当其特性（S）不变的时候，泵与风机在不同转速运行时的工况点是相似工况点，流量比值与转速比值成比例，压力比值与转速比值平方成这个比，功率比值与转速比值的三次方成正比。若变转速的同时，S值发生变化，这以上关系不成立。对于广义的管网特性曲线，上述关系也不成立。•2.在降低转速来调小流量，节能效果非常显著；用增加转速来增大流量能耗增加剧烈。•如何改变风机或者水泵的转速？•1.改变电机转速•2.调换皮带轮•3.采用液力联轴器160(/min)snfrp■调节泵、风机性能■进口导流器■作用：使气流进入叶轮之前产生预旋■分析：vu1↑P↓，增加进口的撞击损失；不如变速调节经济，比阀门调节经济；结构简单，调节方便、灵活.■调节泵、风机性能■切削叶轮调节■改变叶轮外径,性能曲线改变,工况点移动,Q、p改变.■低比转数：■中、高比转数：'22bb4'22'2'22'2'22'DDNNDDHHDDQQ'2'222bDbD3'22'2'22''22'DDNNDDHHDDQQ6.3泵与风机的安装位置离心泵中汽蚀现象的发生过程水汽汽化压力pv：在一定温度下，液体开始汽化的临界压力。水泵中最低压力Pk若降低到被抽吸液体工作温度下的饱和蒸汽压力（汽化压力）Pva，泵壳内即发生气穴和汽蚀现象。“水泵的气穴现象”“汽蚀”危害：噪音，振动，性能变坏，过流部件蚀坏等。6.3泵与风机的安装位置■一、气穴和气蚀■泵中最低压力Pk如果降低到被吸液体工作温度下的饱和蒸汽压力Pva时，泵壳内即发生气穴和气蚀现象.■以水的饱和蒸汽压力为防止水汽化的最小压力，其值与水温有关6.3泵与风机的安装位置■一、气穴和气蚀气穴•Pk≤Pva时，液体就大量汽化，气体逸出，形成汽泡；•进入叶轮高压区的汽泡，被四周水压压迫而破裂；•流体冲向破裂的汽泡中心，产生强烈的局部水锤现象；•瞬间的局部压力达到1MPa以上，汽泡破裂时产生炸裂噪声.6.3泵与风机的安装位置■一、气穴和气蚀气蚀：1.局部水锤的高频率作用下，泵的叶片进口端产生气蚀2.叶片出现裂缝和剥落,最后达到几条裂缝互相贯穿的完全蚀坏程度3.气蚀↑↑，使气蚀区突然扩大，泵的H、N、η就将急剧下降，最终导致停止出水.•哪些因素会影响水泵出现汽蚀现象？•1.安装高度•2.当地大气压力•3.水温•4.吸入管段6.3泵与风机的安装位置6.3泵与风机的安装位置■二、吸入式泵的安装高度■泵的最大允许安装高度：■泵吸入口轴线与吸液池的最低液面的高差Hss■分析推导：■列0－0和1－1断面水流的能量方程：■式中：■令：■得到：Hs为吸上真空高度aSSPPHZZ0001;0;11021;2PPPPHhghaSSSS又有'SSSShHHShgPZgPZ2221112000'SSSShHH6.3泵与风机的安装位置■二、吸入式泵的安装高度■结论■泵在一定Q下运行，管路的hW为定值，则泵的吸上真空度HS将随泵的安装高度HSS的增加而增加.■泵的吸入口压强接近液体的汽化压强PV时，泵内就会发生气蚀.■对于各种泵都给定了一个允许的吸上真空度[HS]■泵的最大安装高度：■实际泵安装高度应遵守：SSSSSSSSHHhHH应遵守'[]SSSSHH■二、吸入式泵的安装高度■[HS]的确定应注意的问题：■当泵的Q增加时，吸入管路的阻力损失增加，使叶轮进口附近的压强更低.为防止气蚀发生，[HS]应随流量增加而有所降低.■二、吸入式泵的安装高度■[HS]的确定应注意的问题：■泵的产品样本给出的Q－[HS]曲线是在大气压强为10.33mH2O，水温为20℃时清水条件下试验得出的.使用条件不符时应进行修正.)24.0()33.10('VaSShhHH205页例6-3■三、灌注式泵安装的最低液面高度■当管网系统中输送的液体温度较高或吸液池面压强低于大气压强而具有一定的真空度，如果管网中某处压力分布低于该液体温度下的汽化压力，就会妨碍系统正常运行.•S-水泵进口•1-叶轮进口•k-压力最低处22111122ssssvPPvzzhgg222211111222kkkkkwuuPPwzzhggg222222111[()]2222skskkKSskvppwwuuvZZhgggg22sksvppPg•代表吸入口所剩下的总水头距离发生汽化商剩余的水压头大小—实际汽蚀余量22sskvppPg22sskvpphgminPh•临界汽蚀余量■三、灌注式泵安装的最低液面高度■■分析锅炉给水吸水管路：■对应给水温度下的汽化压力为PV■给水泵气蚀余量为[Δh]■有：■将上式代入式中■得到■得到当水箱中液面压强P0等于液体温度对应条件下的汽化压力PV时，则有Hg0，泵必须安装于液面下，才能保证泵不会发生汽化VPhP1'01SghHPP'0SVghhPPHhhHSg'■四、泵与管网的连接■1、对吸水管路的基本要求：不漏气不积气不吸气■吸水管进口淹没深度不够时，进口处水流产生旋涡，吸水时带进大量空气，严重时会破坏水泵正常吸水.■吸水管进口在最低水位下的淹没深度h≮0.5～1.0m■水泵能良好的工作应遵循的规定：见图1.3～1.5d0.5～1.0m1.3～1.5d四、泵与管网的连接■2、压出管路的连接■泵的压出管承受高压，通常采用钢管