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1、第二章 叶片式水泵,2.6 离心泵的特性曲线 2.7 离心泵装置定速运行工况 2.8 离心泵装置调速运行工况 2.9 离心泵装置换轮运行工况 2.10 离心泵并联及串联运行工况,2.6 离心泵的特性曲线,2.6.1 离心泵的特性曲线 特性曲线 在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。 它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。,2.6.2 理论特性曲线的定性分析,式中 QT泵理论流量(m3s); F2叶轮的出口面积(m2)； C2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(ms)。,理论扬程曲线（QT-HT）： 1. 90，cot20， (1) 直线QT-HT
2、 ： (2) 液流不均匀（反旋）， 修正直线I； (3) 扣除水头（摩阻、冲击）曲线 (4) 扣除容积损失（渗漏量） Q-H曲线。,2.6.2 理论特性曲线的定性分析,离心泵的理论特性曲线,(1) 水力损失h： 泵体内有摩阻、冲击损失消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。,(2) 容积损失v： 在水泵工作中存在泄漏和回流等容积损失。,(3) 机械损失m：机械性的摩擦损失,总效率：,2.6.2 理论特性曲线的定性分析,水效率,水泵的扬程将随流量的增大而增大，并且它的轴功率也将随之增大。这样的离心泵，用于城市给水管网中，它对电动机的工作是不利的。,理论功率曲线：,NT=gQTHT=gQT(A-BQT
3、)=AgQT-BgQ2T 后弯式: B0, 理论功率为下凹抛物线; Q,H,N 缓慢增加，电机工作平稳。 前弯式: B0, 理论功率为上凹抛物线; Q,H , N 增加较快 ，电机易超载，不宜选电机。 径向式: B=0, 理论功率为过原点的直线;,结论： 目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(2030左右)。 后弯叶片的特点是随扬程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的Q-N曲线也将是一条比较平缓上升的曲线; 电动机可稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。,2.6.3 实测特性曲线,实测曲线： 是在水泵转速一定的情况下，在20、一个标准大气压的条件下，通过水泵性能试验和气蚀试验测得。 每个
4、Q，对应一个特定的H、N、HS,(1) Q-H: 随着流量Q ，扬程H 。 (2) Q-: 水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点(Q0，H0)。该水泵效率较高的区段在一定范围内(不低于最高效率点10左右) ，在水泵样本中，用两条波形线 标出。 (3) Q-N: 流量Q ，轴功率 N ， Q=0，轴功率最小，但 N0，消耗于机械损失。( “闭闸启动”见P32 ) 电机配套功率的选择应比水泵轴功率稍大。,2.6.4 实测特性曲线的讨论,水泵启动前，将水泵出口的控制闸阀完全关闭，后启动电机，此时Q0，功率最小（空载功率），扬程最大。电动机运转正常后（很短时间），再缓缓打开闸
5、阀，使水泵正常工作。,(4) Q-Hs: 水泵实际吸水真空值必须小于Q-HS曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。 (6) 水泵输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损失愈大，水泵 H、Q都减小，下降，而N却增大，水泵特性曲线将发生改变。 输送黏度大的液体泵的特性曲线应换算后才能使用。,2.6.4 实测特性曲线的讨论,小结 特性曲线上任意一点A各项纵坐标值： 1. 扬程 HA： 当水泵的流量为QA时，每1kg水通过水泵后其能量的增值为HA。或者说，当水泵的流量为QA时，水泵能够提供给每1kg水的能量为HA。 2.功率 NA： 当水泵的流量为QA时，泵轴上所消耗的功率（kW）。 3. 效率A：
6、 当水泵的流量为QA时，水泵的有效功率占其轴功率的百分数（% ）。,2.7 离心泵装置定速运行工况,2.7.1 工况点 （1）水泵工况： 指水泵在某个瞬时的实际工作状态。 （2）水泵瞬时工况点： 水泵运行时，某一瞬时的出水Q、H、N、及HS。 （3）水泵装置的工况点： 水泵的特性曲线与管道系统特性曲线的交点。,2.7 离心泵装置定速运行工况,（4）决定离心泵装置工况点的因素： 1）水泵本身型号； 2）水泵实际转速； 3）管路系统的布置及水池、水塔的水位值和变动等边界条件。,管道水头损失特性曲线,2.7.2 管路系统的特性曲线,管路总水头损失：,水泵的设计扬程：,管道系统特性曲线,K（Qk，Hk
7、）： 管路系统要输送Qk，水泵就要提供Hk的能量，来把水提高HST高度，并克服管道系统中流动时的水头损失hk。,2.7.3 图解法求水箱出流的工况点,1. 直接法,Hk：水箱能够提供给液体的比能H； 管道通过Qk时，摩阻消耗的液体比能为hk。 即，H= hk= H k 。 K点：水箱出流的工况点。,2.7.3 图解法求水箱出流的工况点,2. 折引法,K点：水箱能够提供的总比能全部消耗掉。 它与管道所消耗的总比能相等的平衡点。 K点：该水箱出流的工况点。,K,2.7.4 图解法求离心泵装置的工况点,离心泵装置的工况点,1. 直接法,M,平衡工况点,D,K,水泵装置的平衡工况点 ： 点K：则Hk1
8、Hk2，供需失去平衡，多余的能量就会使管道中流速增大，从而使流量增加，直增至M点为止； 点D：则HD1HD2，由于能量不足，管中流速降低，流量随着减少，直减至M为止。 极限工况点： 若管路上的所有闸阀全开，那么M点为该装置的极限工况点。,HST,Q,QM,H,Q-h,Q-H,2. 折引法,离心泵装置的工况点,(Q-H),M1,HM,h,折引特性曲线,原理： 拟合Q-H曲线与管道系统特性曲线联立求解工况点。,2.7.5 数解法求离心泵装置的工况点,(1) 抛物线法（虚拟特性曲线）,H水泵的实际扬程(MPa)； Hx水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)； Sx泵体内虚阻耗系数,拟合Q-H曲线,
9、(2) 最小二乘法 用多项式拟和Q-H曲线,根据最小二乘法的原理求出各系数的线性方程组：,拟合Q-H曲线,(2) 最小二乘法,解出上式可求出H0、A1、Am 。 工程中一般取m2，或m3 。,从厂家提供的离心泵泵样本的特性曲线上，取几个点代入上述方程，求出系数。得到Q-H曲线，然后再与管路特性曲线联立求出工况点。,例题,现有14SA-10型离心泵1台，n1450r/min，叶轮直径D466mm，其Q-H特性曲线如图2-27（P32），试拟合特性曲线方程。,14SA-10型离心泵Q-H曲线上的坐标值,解：由Q-H特性曲线上，取包括 （H0 ，Q0 ）在内的任意4点，其值见下表，H：m，Q：L/s
10、。,将已知的坐标值带入线性方程组（2-63b），,解得：A1=0.0168，A2-0.00017， 将其带入式（2-63c），得：H720.0168Q-0.00017Q2,2.7.6 离心泵装置工况点的改变,水泵的工况点是由水泵特性曲线和管路特性曲线共同决定的，是能量供给与消耗相平衡的结果，符合能量守恒定律，若二者之一改变，工况点就会改变。 改变工况点的方法：,（1）改变管路特性曲线 自动调节(水位变化)、阀门调节(节流调节),（2）改变水泵特性曲线 变速调节(调速运行)、切削调节(换轮运行)等,1. 自动调节,前置水塔: 晚上：用水量减少水塔储水水箱水位 静扬程HST管路特性曲线向上移动 工
11、况点由ABC 供水量。 白天：用水量增加水塔出水水箱水位静扬程HST管路特性曲线向下移动工况点 C B A供水量。,2. 阀门调节(节流调节),调节方法： 闸阀：全开开度逐渐管道特性曲线变陡 工况点：A B C，极限工况点空载工况点,极限工况点,空载工况点,QA,A,H,Q,QB,B,阀门调节的优缺点：,B1,H,优点：简便易行，可连续变化，Q，N ，原动机没有过载危险。 缺点：关小阀门时增大了流动阻力，消耗泵多余能量，经济上不够合理。,NA,NB,2.8 离心泵装置调速运行工况,2.8.1 叶轮相似定律 （1）几何相似条件： 两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。
12、,b2、b2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度； D2、D2m 实际泵与模型泵叶轮的外径； 长度比尺。,（2）运动相似条件： 两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。即相应点上水流的速度三角形相似。,两台泵能满足几何相似和运行相似，称为工况相似泵。 在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。,速度比尺。,2.8.1 叶轮相似定律,叶轮相似定律有三个方面： 1. 第一相似定律 确定两台在相似工况下运行的流量之间的关系。,2.8.1 叶轮相似定律,2. 第二相似定律 确定两台在相似工况下运行扬程之间的关系。,2.8.1 叶轮相似定律,3. 第三相似定律 确定两台在相似工况下运行轴功率之间
13、的关系。,2.8.1 叶轮相似定律,把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：,2.8.2 相似定律的特例比例律,比例律,1. 比例律应用的图解方法 比例率在设计与运行中常遇到的问题： （1）已知：水泵转速nl时的(Q - H)l曲线，但所需的工况点不在该特性曲线上，而在A2(Q2，H2)处。 问：如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少? （2）已知：水泵转速nl时的(Q - H)l、(Q - N)l、(Q -)l 曲线； 试用：比例律翻画转速为n2时的(Q - H)2 、 (Q - N)2 、 (Q -)2 曲线。,2.8.2 相似定律的特例比例律,A1 （Q1，H
14、1）,b. 求A1点： 相似工况抛物线与(Q - H)1曲线的交点A1 （Q1，H1） 。,c. 求n2：,HkQ2,相似工况抛物线 （等效率曲线）,a. 求“相似工况抛物线”,0,问题（1）,同理可求(Q-N)2曲线。,a. 在(Q-H)l线上任取a、b、c、d、e点； b. 利用比例律求(Q-H)2上的a、b、c、d、e、作(Q-H)2曲线。,解题步骤：选点计算立点连线,求(Q-H)2曲线,0,问题（2）,求(Q-)2曲线,利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等的， 将已知图中a、b、c、d等点的效率点平移即可。,Q-2,b,Q-1,问题（2）,2. 比例律应用的数解方法,问题（1
15、）,0,问题（2）,n1 H1HxSxQ12,n2 H2HxSxQ22,0,2. 比例律应用的数解方法,定速与调速运行比较：,调速运行优点： （1）省电耗（NB2NB2） （2）保持管网等压供水（HST基本不变）,B2,B2,A1,A2,B1,A2,NB2,NB2,经过调速，可以使水泵的工作范围由一个段变为一个区。,？为什么要引入这个概念？ 水泵叶轮构造和水力性能多样，大小尺寸不一，为了对水泵进行分类比较，就需要一个能够反映水泵性能共性的特征参数，作为水泵规格化或分类的基础。 这个特征数就是相似准数叶片泵的比转数(ns) 反映了水泵叶轮的综合特性，是叶轮形状和性能的一个综合判据。 是一个表达水泵的流量、扬程和转速等参数关系的一个综合性指标。,2.8.3 相似准数比转数(ns),最高效率下，当有效功率Nu735.5W（1HP），扬程 Hm1m，流量Qm0.075 m3/s的水泵。 在这种工况下，该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转数ns。 举例： 12Sh-28A型离心泵 数字“28”为水泵的比转数被10除的整数。 即表示该泵的比转数ns为280。 所有与该水泵相似的水泵的比转数都应为280。,1. 模型泵的定义,用第一和第二相似定律,注： （1）Q、H：水泵最高
