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1、第六章 泵、风机与管网系统的匹配 主要内容： 6.1 泵、风机在管网系统中的工作状态点 管网特性曲线；对泵、风机性能曲线的影响；泵、风机与管网系统 匹配的工作状态点；管网系统中泵、风机的联合运行。 6.2 泵、风机的工况调节 调节管网系统性能；调节泵、风机性能。 6.3 泵、风机的安装位置 不同结构形式泵、风机的安装高度；泵与管网的连接；风机的进出 口合理布置与连接。 6.4 泵、风机的选用 常用的泵、风机性能及使用范围；泵、风机的选用原则。 6.1 泵、风机在管网系统中的工作状态点 6.1.1 管网特性曲线 1. 枝状管网的阻力特性 （1）管段的阻力特性 （2）枝状管网的简化 1）管段串联
2、两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作用 与输入的全压动力均为零，则它们处于 “水力并联” 地位 ，其阻力相等。 2）管段并联（包括“水力并联”） n3）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路 （3）枝状管网的阻力特性 S：管网的总阻抗，与管网的几何尺寸、摩擦阻力 系数、局部阻力系数、流体密度有关。 （4）管网特性曲线 所谓管网特性曲线：管网中流 体流动所需要的能量与流量之 间的关系。 （4）管网特性曲线 （4）管网特性曲线 6.1.2 管网特性曲线的影响因素 影响管网特性曲线形状的决定因素是阻抗S 。 S值越大，曲线越陡 。 S=f (l，d，k，) 6.1.3 管网系统对泵、风机性能的影响
3、 泵、风机的性能曲线： 流量压头曲线 流量功率曲线 流量效率曲线 在标准实验状态下 测试的数据绘制的 泵性能测试：GB3216-82 风机性能测试：GB1236-85 6.1.3 管网系统对泵、风机性能的影响 在实际使用中，由于泵、风机是在特定管网中工 作，其入口、出口与管网的连接状况一般与性能 试验时不一致，将导致泵、风机的性能发生改变 （一般会下降），这称为 “系统效应”。 （1）入口系统效应 （1）入口系统效应 （2）出口系统效应 效应管段长度：风机出口截面不规则的速度分布风机出口截面不规则的速度分布 至管道内气流速度规则分布的截至管道内气流速度规则分布的截 面之间管段长度。面之间管段长
4、度。 （2）出口系统效应 效应管段长度：风机出口截面不规则的速度分布风机出口截面不规则的速度分布 至管道内气流速度规则分布的截至管道内气流速度规则分布的截 面之间管段长度。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。风机性能降低。 （2）出口系统效应 效应管段长度：风机出口截面不规则的速度分布风机出口截面不规则的速度分布 至管道内气流速度规则分布的截至管道内气流速度规则分布的截 面之间管段长度。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。风机性能降
5、低。 n出口连接弯管 （2）出口系统效应出口连接弯管 6.1.4 泵、风机在管网系统中的工作状态点 1.泵、风机在管网系统中的工作状态点的 概念与求取方法 泵、风机运行的泵、风机运行的QQH H 特性曲线与特性曲线与 接入的管网系统的接入的管网系统的QQH H 特性曲线，用特性曲线，用 相同的比例尺和单位绘制在同一直角坐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，即工作状态标图上，两条曲线的交点，即工作状态 点，或称运行工况点。点，或称运行工况点。 2. 泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区 泵、风机的稳定工作区泵、风机的稳定工作区 大多数大多数泵泵泵泵和和风风风风机的机的Q Q
6、HH曲曲线线线线是平是平 缓缓缓缓下降的曲下降的曲线线线线，这这这这种情况下运行工况种情况下运行工况 是是稳稳稳稳定的定的. . 2. 泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区 低比转数、具有驼峰形性能曲线的低比转数、具有驼峰形性能曲线的泵或泵或 风机风机 在其在其压头压头压头压头 峰峰值值值值点的右点的右侧侧侧侧区区间间间间运行运行, ,设备设备 的工作状态能自动地与管网的工作状态保的工作状态能自动地与管网的工作状态保 持平衡并稳定工作持平衡并稳定工作, ,这一稳定的区域称为稳这一稳定的区域称为稳 定工作区定工作区. . 驼驼峰形性能曲线线 泵、风机的非稳定工作区泵、风机的非稳定工作区 低比转数、
7、具有驼峰形性能曲线的低比转数、具有驼峰形性能曲线的泵或风机泵或风机 在在压头压头压头压头 特性曲特性曲线线线线峰峰值值值值的左的左侧侧侧侧区域区域运运 行行 时时, ,泵、风机的工作状态不能稳定泵、风机的工作状态不能稳定, ,此此 区称为非稳定工作区区称为非稳定工作区. . 非稳定工作区产生的主要原因非稳定工作区产生的主要原因 泵泵泵泵和和风风风风机具有机具有驼驼驼驼峰形的性能曲峰形的性能曲线线线线 解决的方法解决的方法 应应应应使其工况点保持在使其工况点保持在Q QHH曲曲线线线线的下降段的下降段。 泵泵、风风机的不稳稳定工况 3. 喘振及其防止方法 喘振如何发生？喘振如何发生？ 当风机特性
8、曲线峰值左侧较陡，运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高压风机比低压风机易发生喘振 什么是什么是 喘振？喘振？ 在非在非稳稳稳稳定工作区运行定工作区运行时时时时，流体可能，流体可能 一会儿由一会儿由泵泵泵泵、风风风风机流出；一会儿由机流出；一会儿由 管网倒置流入管网倒置流入泵泵泵泵、风风风风机的机的这这这这种种现现现现象象. . 喘振的防止方法喘振的防止方法 应应应应尽量避免尽量避免设备设备设备设备 在非在非稳稳稳稳定区工作定区工作 采用旁通或
9、放空法采用旁通或放空法 增速增速节节节节流法流法 提高风机的转速并采用进口节流 措施改变风机的性能曲线，使工作使工作 点在稳定区点在稳定区 增速节流法防止喘振 4. 系统效应对工况点的影响 n通过选择合理的进出口 连接方式，可以减小或 消除系统效应对泵、风 机的性能产生的影响。 n当确实因实际安装位置 限制等原因导致无法避 免系统效应时，应在设 计选用泵（风机）时将 系统效应的影响考虑在 内。 6.1.4 管网系统中泵、风机的联合运行 1.并联运行分析 1. 并联时联合运行性能曲线的求取方法？ 2. 并联运行时每台机器的工作点？ 3. 并联运行的部分机器停止工作时的工 作点？ 4. 并联运行的
10、特点与适应性？ 考虑虑： 两台相同的泵或风机的并联 多台设备并联运行;不同性能设备并联的工况分析 n多台设备并联工作的总流量小于并联前各设 备单独工作的流量之和。 n并联台数增多，每并联上一台设备所增加的 流量愈小，效果越差。 n管网特性曲线越陡，并联运行流量增加越少 。 n设备（泵或风机）性能曲线越陡，并联运行 流量增加越多。 并联工作： 性能曲线陡降与平缓的水泵并联的比较 陡降型并联得到的流量增量：Qc-Qa 平缓型并联得到的流量增量：Qb-Qa 2.泵或风机的串联工作 n串联时联合运行性能曲线的求取方法 n串联运行时每台机器的工作点 n串联运行的部分机器停止工作时的工作点 n串联运行的特
11、点与适应性 串联工作： n串联运行的总流量和压头都比串联前高。 n表面上看，增加压头是串联的目的。但最 终目的还是为了满足更大的流量需求：流 量大，管网的阻力大，需要更大的动力。 n设备性能曲线越平坦，越适合串联工作。 n一般应采用性能相同的泵串联工作。 n一般风机不采取直接串联工作。 6.2 泵、风机的工况调节 6.2.1 调节管网系统特性 1. 液体管网系统特性调节 分析：采用增大 阻抗减小流量的 代价。 2. 气体管网系统特性调节 n吸入管阀门调 节，改变了风 机的性能，B点 和B点比较， 所需功率减小 。 6.2.2 调节泵、风机的性能 1.变速调节 在雷诺自模区内，同一泵或风机在不同
12、转数下的 流体流动是相似的；即泵或风机不同转速时的性 能曲线上存在一一对应的相似工况点。在相似工 况点之间，性能参数服从相似律的关系。 分析：不改变管网，减小转速，将流量从QA 调节到QB。 (a)广义特性曲线管网的情况 （b）狭义特性曲线管网的情况 通过以上的分析，可以得出有重要工程意义 的结论： （1）具有狭义管网特性曲线的管网，当其特 性（总阻抗S）不变时，泵或风机在不同转 速运行时的工况点是相似工况点，流量比 值与转速比值成正比，压力比值与转速比 值平方成正比，功率比值与转速比值三次 方成正比。若变转速的同时，S值也发生变 化，则不同转速的工况不是相似工况，上 述关系不成立；对于具有广
13、义特性曲线的 管网，上述关系亦不成立。 通过以上的分析，可以得出有重要工程 意义的结论： （2）用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。在理论上可以用增加转数的方法来 提高流量，但是转数增加后，使叶轮圆周 速度增大，因而可能增大振动和噪声，且 可能发生机械强度和电机超载问题，所以 一般不采用增速方法来调节工况。 改变泵或风机转数的方法有： （1）改变电机转数。常用：变频调节 （2）调换皮带轮。 （3）采用液力联轴器 2.进口导流器调节 导流器的作用是使气流进入叶轮之前产生预旋。当导流器全开时，气流无旋 进入叶轮，此时叶轮进口切向速度vu10，所得风压最大
14、。向旋转方向转动 导流器叶片，气流产生预旋，使切向分速vu1加大，从而风压降低。导流器 叶片转动角度越大，产生预旋越强烈，风压p越低。 3.切削叶轮调节 n泵或风机的叶轮经过切削，外径改变，其性能随之改变。 泵或风机的性能曲线改变，则工况点移动，系统的流量和 压头改变，达到节能的目的。 n叶轮经过切削后与原来叶轮不符合几何相似条件。 【例61】 已知水泵性能曲线如下图。管路阻抗S 76000mH2O/(m3/s)2，静扬程Hst19m，转速n2900r/min。试 求： 水泵的流量Q、扬程H、效率及轴功率N； 用阀门调节方法使流量减少25，求此时水泵的流量、扬程、 轴功率和阀门消耗的功率。 用变速调节方法使流量减少25，转速应调至多少？ 实际应用问题： （1）不改变管网，减小转速，将流量从QA（对应转速n），调节到QB ，转速应为多少？ 解：1) 求流量为QB时要求的工况点（B点） ； 2) 过B点作相似工况曲线，与转速为n时的泵或风机的性能曲线 的交点，是B点的相似工况点； 3) 在此两点间依据相似律求应有的转速。 （2）转速n时流量为QA，不改变管网，转速减小为n，流量为多少？ 解：求转速为n时的水泵（风机）性能曲线，其与管网特性曲线的交 点即为新的工况点，从而求出新的管网流量。 （3) 已知转速n时水泵的性能曲线，求转速减小为
