第五部分泵与风机的运行

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1、1 5 泵与风机的运行 周大庆 动力系 泵与风机 2 5 泵与风机的运行 5 1 管路特性曲线及工作点 5 2 泵与风机的联合工作 5 3 运行工况的调节 5 4 泵与风机运行中的主要问题 3 管路特性曲线及工作点 泵泵管路系统统装置 4 管路特性曲线及工作点 连续性方程 The equality of mass discharges The equality of volumetric discharges 5 17世纪初 英国年轻科学家哈维 W Harvey 运用伽利略倡导的定量研究原则 测量出人的心脏每小时泵出约540磅 245Kg 的血 相当于人体重的两倍多 这 么多血来自何方流向何方

2、呢 哈维通过实验 和逻辑思维否定了统治人类1400多年的陈旧 观念 大胆提出从动脉到静脉的血液循环理 论 虽然当时还不知道毛细血管的存在 直 至45年后从发明的显微镜里首次观察到毛细 血管 证实了哈维的理论 血液循环理论是 流体连续性原理的胜利 在科学史上有里程 碑的意义 管路特性曲线及工作点 一 管路特性曲线 表达式推导 Z2 Z1 出口 p2 v2 进口 p1 v1 22 11 Ht Hj Hg BB AA pB pA 列截面A A及1 1伯努利方程 列2 2及B B面伯努利方程 上式左端是水泵在运行状态下所提供的总扬程H 右端是水泵装置系 统为输送液体所消耗的总扬程 即装置需要扬程 以H

3、C表示 因此 相减得 一 管路特性曲线 表达式推导 对一定 的装置 为常数 故有 这里仅研究定压运行 即pB不变的情况 上式右边前两 项与流量 qv 无关 称其为静压头 用 Hst 表示 而hw为 有 令 式中 流体被提升的高度 称净扬程或实际扬程 m 输送流体管路系统中的总能头损失 m 上式便是水泵装置的管路特性 需要扬程 曲线 一 管路特性曲线 表达式推导 水泵的需要扬程曲线是一条抛物线 顶点结论 Hst Ht O 水泵的管路特性曲线 一 管路特性曲线 表达式推导 风机的管路特性曲线是一条抛物线 顶点结论 O 风机的管路特性曲线 因为气体密度很小 gHst 形成的气柱压力可以忽略 即 pt

4、 为零 另外在电厂中有 对于风机 10 工作点 泵本身的性能曲线与 管路特性曲线按同一 比例绘在同一张图上 则这两条曲线相交 于M点 则M点即泵在 管路中的工作点 在工作点上 泵泵提供的能量 扬扬程 等于装置需要 的能量 扬扬程 管路特性曲线及工作点 11 某些泵与风机具有驼峰形 的性能曲线 若工作点处于 泵或风机的上升区段 则为 不稳定工作点 若风机工作在不稳定工作 点 不仅风机的流量为零 而且可能出现喘振现象 不稳定工作点 管路特性曲线及工作点 12 5 泵与风机的运行 5 1 管路特性曲线及工作点 5 2 泵与风机的联合工作 5 3 运行工况的调节 5 4 泵与风机运行中的主要问题 13

5、 泵与风机的联合工作 并联工作 串联工作 泵与风机的联合工作 14 泵与风机的并联工作 为什么要采用并联方式工作 泵并联后的特性曲线 泵与风机的联合工作 15 某一用户一天内的流量需求变化 泵与风机的联合工作 16 u流量变化范围大 u若仅选用一台泵 则该泵须按满足最大流量来选择 u由于流量变化 必须对泵运行工况进行调节 将导 致效率下降 能量损失 u为了保证供水的可靠性 须设置100 的备用泵 增 加了投资 泵与风机的联合工作 17 理由一 为了适应外界负荷变化的要求 理由二 当扩建机组时 相应需要的流量增 大 而原有的泵与风机仍可以使用 理由三 增加运行的可靠性 采用并联方式的原因 泵与风

6、机的联合工作 18 泵与风机的联合工作 19 nI II为相同性能泵的性能曲 线 重合在一起 nIII为管路特性曲线 nI II为泵并联工作时的性能曲 线 泵与风机的联合工作 20 nM点为并联时的工作点 HM qvM nB点为并联时单泵的工作点 HB qvB nC点为未并联工作泵的工作点 Hc qvc 21 并联工作的特点 n并联工作的特点之一 扬程彼此相等 总流量为每台泵输送流量 之和 n并联工作的特点之二 并联后的总流量大于一台泵单独工作的流 量 而小于单独工作流量的2倍 n并联工作的特点之三 并联后的扬程比单泵工作时大 22 并联工作的特点 n并联工作的特点之四 管路特性曲线越平坦 并

7、联后 的流量越大 n并联工作的特点之五 泵性能曲线越平坦 并联后的 流量越小 23 不同性能泵并联 管路不对称布置 工作点的确定 d c ba AB C D M M1 H qv qVBqVAqVCqVDqVMO 24 泵与风机的串联工作 应用场合 1 增大扬程 2 提高抗汽蚀能力 25 n串联工作的特点之一 流量彼此相等 扬程为每台泵扬程之和 n串联工作的特点之二 串联后的总扬程大于一台泵单独工作的扬 程 而小于单独工作扬程的2倍 n串联工作的特点之三 串联后的流量比单泵工作时大 26 相同性能泵联合工作的选择 泵的并联与串联工作都能达到增 加流量的目的 工作方式的选择主要取决于管路特 性曲线

8、的陡坦程度 另外再考虑效 率因素 当管路特性曲线平坦时 采用并联 方式增大的流量大于串联增大的流 量 不同性能泵串联 工作点的确定 28 5 泵与风机的运行 5 1 管路特性曲线及工作点 5 2 泵与风机的联合工作 5 3 运行工况的调节 5 4 泵与风机运行中的主要问题 29 外界负荷的变化 工况的变化 流量的变化 工作点位置的变化 性能曲线形状的变化 管路特性曲线改变 泵性能曲线改变 两条曲线同时改变 30 运行工况调节的主要方式 节流调节 变速调节 动叶调节 汽蚀调节 31 节流调节节流调节 出口节流调节 入口节流调节 仅改变管道特性曲线 同时改变管道特性曲 线与泵性能曲线 32 出口节

9、流调节方式 Tank 1 Tank 2 Pump 33 管道特性曲线方程 为静扬程 为水头损失系数 34 35 当出水阀门部分关闭时 公式 中 值是 增加 减小 问题问题 36 增加 减小 出口节流调节是通过在管路中增加一个额外的水 力阻力来实现的 如果流量不变 则扬程增加 37 Centrifugal machine throttle diagram n 随着阀门的关闭 工况点从a b c n 逐渐向左上方移动 问题问题 n若阀门完全关闭 那么工况点应在哪 一点 38 随着阀门开度的减小 功率下降 流量减小 效率下降 扬程上升 39 为节流损失水头 40 因此 功率损失可由下式计算 由此可见

10、 调整幅度越大 节流水头损失越大 功 率损失也越大 41 如果上水箱压力 增加 则工作点又会发生怎 样的变化 42 Condition variation with pressure p2 increase 上水箱压压力变变化则则会使管道特性曲线发线发 生整体平移 压压力增加 管道特性曲线线向上平移 工作点向左上方移动动 压压力下降 管道特性曲线线向下平移 工作点向右下方移动动 43 出口节流调节方式简评 优点 简单可靠 得到广泛使用 缺点 能量损失大 不经济 且只能单向调节 44 入口端节流 通过改变安装在泵或风机进水 侧上的阀门的开度来改变输出 流量 同时改变了管路特性曲线及泵 与风机本身

11、的性能曲线 入口节流能量损失小于出口节 流 但易引起汽蚀 因此仅在 风机上使用 Why 45 入口导流器调节 导流器型式 46 导流器调节机理 导导流器调节调节 是通过过改变泵变泵 与风风机本身性能曲线线来实现实现 的 47 n导流器调节方式比出口节 流能节省8 24 的功率 48 n变速调节 调节机理 通过转速的改变 来改变泵与风机的性能 曲线 使流量 扬程 全压 及功率相应的改变 或 49 变 速 调 节 的 方 式 汽轮轮机驱动驱动 定速电动电动 机加液力耦合器驱动驱动 双速电动电动 机 直流电动电动 机 交流变变速电动电动 机 变频调节变频调节 50 汽轮机驱动 汽轮机被称作工业领域的

12、 原 动机 它能将蒸汽热能转化为 机械功的外燃回转式机械 来自 锅炉的蒸汽进入汽轮机后 依次 经过一系列环形配置的喷嘴和动 叶 将蒸汽的热能转化为汽轮机 转子旋转的机械能 从而驱动给 水泵 背压式汽轮机 51 定速电动机加液力耦合器驱动 液力耦合器以液体为工 作介质的一种非刚性联轴器 又称液 力联轴器 液力耦合器 见图 的泵轮 和涡轮组成一个可使液体循环流动的 密闭工作腔 泵轮装在输入轴上 涡轮 装在输出轴上 动力机 内燃机 电 动机等 带动输入轴旋转时 液体被 离心式泵轮甩出 这种高速液体进入 涡轮后即推动涡轮旋转 将从泵轮获 得的能量传递给输出轴 最后液体返回泵轮泵轮 形成周而复始的流动动

13、 液力耦合器靠液体与泵泵 轮轮 涡轮涡轮 的叶片相互作用产产生动动量矩的变变化来传递传递 扭矩 它的输输出扭矩 等于输输入扭矩减去摩擦力矩 所以它的输输出扭矩恒小于输输入扭矩 液力耦合器的调调整特性 通过过改变变工作油的油量来实现涡轮转实现涡轮转 速的 调节调节 52 双速电动机 n双速电机属于异步电动机变极调速 是通过改变定子绕组的 连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数 从而改变电动机的转 速 n 双速电机的变速原理是 电机的变速采用改变绕组的连接方 式 也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数来改变它的转速 主要是通过以下外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接 方式来实现 n 1 在定子槽

14、内嵌有两个不同极对数的共有绕组 通过外部 控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数 n 2 在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组 n 3 在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组 而且每个 绕组又可以有不同的联接 53 直流电动机 将直流电能转换为机械能的电动机 有如下特点 一 调速性能好 所谓 调速性能 是指电动机在一定负载的条件 下 根据需要 人为地改变电动机的转速 直流电动机可以在 重负载条件下 实现均匀 平滑的无级调速 而且调速范围较 宽 二 起动力矩大 可以均匀而经济地实现转速调节 因此 凡是在 重负载下起动或要求均匀调节转速的机械 例如大型可逆轧钢 机 卷扬机 电力

15、机车 电车等 都用直流电动机拖动 直流电动机有3种调速方法 调节励磁电流 调节电枢端电压和 调节串入电枢回路的电阻 调节电枢回路串联电阻的办法比较 简便 但能耗较大 54 交流变速电动机 变频调节 n变速原理 变频调节优变频调节优 点 节节能效果明显显 易于实现过实现过 程自动动化 变频调节变频调节 缺点 变频调变频调 速器的功率不能适应应大型火力发电发电 厂主要 泵泵与风风机的需要 功率因素也不是非常高 实际实际 中用 于中小型泵泵与风风机调节为调节为 主 55 改变动叶安装角调节 调节原理 改变动叶的安装角 改变泵与风机的性能曲线的形状 从而调节了工况点的位置 动叶调节的优点 可在较大的流

16、 量范围内保持高效率 动叶调节的缺点 增加了一套较 为复杂的动叶调节机构 56 n叶片的切割与加长 调节原理 改变转轮叶片的外径 改变泵与风机的性能参数 切割转轮 外径减小 泵与风机的流量 扬程 全压 和功率 减少 加长转轮 外径增大 泵与风机的流量 扬程 全压 和功率增加 57 n切割定律 对对于低比转转速的泵泵与风风机来说说 叶轮轮外径稍有 变变化 其出口宽宽度变变化不大 甚至可认为认为 不变变 58 对对于中 高比转转速的泵泵与风风机来说说 叶轮轮外径稍有 变变化 会使出口宽宽度增大或减小 且与外径成反比 59 n切割抛物线 低比转速 中 高比转速 切割抛物线线的意义义 曲线线上的点反映了切割前后H与qv的 变变化关系 只有在同一条切割抛物线线的点才满满足切割定律 60 n求切割与加长量的步骤 根据新的流量 由管路特性曲线 求相应的扬程 由新的流量及相应的扬程 求切割比 例常数及切割抛物线方程 绘制切割抛物线 求其与水泵性能曲 线的交点 根据切割定律 求新的叶轮 外径大小 61 62 63 64 n汽蚀调节 调节调节 机理 借凝汽器热井水 位的变化引起凝结水泵的汽 蚀来调节泵 的