第四章 水泵运行工况及工况调节 第三讲

Q1 n1 Q2 n 2
H1
2
H 1 n1 2 H 2 n2
Q1
2

H1 Q1
2

即：H＝kQ2------此线称工况相似抛物线 计算（将A点的坐标代入式H＝kQ2求出K值）并 绘制H＝kQ2 曲 线与n1下的（Q－H）1曲线交于A1(Q1、H1)。 A1点为A2点的工況相似点即得：
Q2 n2 = Q1
第四章 水泵运行工况及工况调节
4.1 水泵运行工况的确定 1、装置需要扬程与管路特性曲线 2、水泵运行工况点的确定 4.2 水泵并联及串联运行工况 1、水泵并联运行工况 2、水泵串联运行工况 4.3 水泵工况调节 1、变速调节 2、变径调节 3、变角调节 4、节流调节 5、调节方法的比较
4.3
水泵工况调节
水泵工况点是水泵性能曲线和装置需能曲线的 交点，工况点并不是恒定不变的，只要两者之一发 生变化，工况点就要随之变化。因此，通常通过改 变水泵性能曲线（变速调节、变径调节、变角调 节）或改变装置需能曲线（闸阀节流）的方法调节 水泵的运行工况，来满足用户对流量、水压的要求。
4.3.1 变速调节
变速调节的基本理论是比例律，比例律公式：
A点是水泵 高效点
n1 n2
H
QA
2
Q
2
H＝Fra Baidu bibliotekQ2
HST
HA
绘制相似工况抛物线与装置需能特 性曲线交于B （QB、HB）点，A 点和B点相似。则：
O
Q QA
Q
QB n2 n1 QA
3、 绘制变速后的水泵特性曲线 已知n1与的(Q－H)求n2下的(Q－H)2 ,在(Q－H)曲线上取5 －7个点，利用相似工况抛物线，求出与(Q－H)曲线相对的相 似工况点。即得n2下的 (Q－H)2曲线。
H3
- 4° O
Q
（1）如果叶片安装角度为0°。 最高水位时 Q=663L/S，N=38.5Kw,η=81% 常水位时 Q=570L/s，N=48Kw,η>81% 最低水位时 Q=463L/s，N=57Kw,η=73% 由此可以看出，最低水位时水泵出水量较小，效率低， 轴功率较大且有超载的危险，为了避免超载现象的发生， 可以通过改变叶片角度对工况进行人为调节。调节的情况 如下： 1）最高水位时，叶片安装高度调至+4° Q=758L/s，N =46Kw，η>81% 2）常水位时，叶片安装角度调至0° Q=570L/s ，N=48Kw ，η>81% 3）最低水位时，叶片安装角度调至-2° Q=425L/s，N=51.7Kw,η=73%
2 1 Q-H
QH P 102
O QC QB
Q-P
QA
Q
节流调节： 在水泵站运行中，一般情况下是，不宜用闸阀来 调节流量。但是，由于水泵的功率是随着流量的减 小而减小的，对电动机没有危害作用，因此，在泵 站实际运行中，还是常见的一种调节方法。 定速运行情况下，离心泵装置的工况改变， 主要是装置需能曲线发生改变引起的。
水泵调速时应注意的几个问题：
1、调速泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速（水 泵产生共振时的转速称为临界转速nc）重合、接近或成倍数。 单级离心泵的设计转速都低于其轴的临界转速，一般约为临界转速 的75%～80% 。 多级泵的设计转速一般大于第一临界转速的1.3倍，小于第二临界转 速的70% 。 因此，调速时应该慎重。 2、水泵调速有一定的调速范围，如果调速过大水泵的效率下降较 大，水泵不能保证在高效率内运行。一般降速不能超过额定转速的 30%～50% 。水泵转速一般不能轻易调高。 3、调速装置价格昂贵，泵站一般采用调速泵与定速泵并联工作的方 式。管网中用水量变化时，采用定速泵进行大调，调速泵进行微调。 4、水泵调速的合理范围应该是调速泵与定速泵均能运行于各自的 高效段内。
4.3.5 调节方法的比较
变速调节、变径调节、变角调节、节流调节各有各的特点，根据不同 的情况采用不同的调节方法。现将各种调节方法进行比较见表：
调节对象
变速调节
特点
应用范围
适用定律
比例律
改变水泵性 节能、调节范围广、 适用于所有的 无极调节、适应性 叶片式水泵 能曲线
强、成本高
变径调节
改变水泵性 节能、调节范围有 只适用于离心 限、不能无极调节、 泵和低比转数 能曲线 成本低 的混流泵
4.3.3变角调节
变角调节:是指改变叶片
的安装角度，可以改变水 泵特性曲线,从而达到了改 变水泵工况的目的。变角调 节只适用于轴流泵。 轴流泵变角后的特性曲 线，当水泵转速不变时，叶 片安装角度作参变数，可 以得到实测的不同角度的 Q-H,Q-N,Q-η特性曲线。
O HNη Q- N
+4° 0° +2° - 4° -2° -2° 0° +2° - 4° +4° Q-η Q-H +4° +2° 0° - 4° -2° 轴流泵变角性能曲线 Q
P1 n1 3 轴功率特性曲线按 P2 n2 转换得(Q－P)2曲线。 效率特性曲线利用工况 相似点的效率相等求得。
3
H
(Q－H)1
(Q－H)2
1 1’
H＝kQ2
A1 A2 n2 n1
O
Q
例题：某水泵转速n1=950r/min时的（Q－H）1曲线。其管 道系统特性曲线方程式为H=10+17500Q2 （Q以m³ /s计）。 试问：（1）该水泵装置工况点的QA与HA值。 （2）保持静扬程为10m。流量下降33.3% 时，其转速n2应降为多少r/min？
解：(1)当流量下降10%时 Qc=0.9QA=0.9 x 27.3=24.6L/s 由图查得：H c=31.0m (2)切削相似抛物线： K=Hc/Qc2=31.0/24.62=0.0512（S2/L5 ） 由H= 0.0512Q2点绘抛物线。 (3)求切削后的外经D2’ 切线相似抛物线与切削前Q-H曲线交点B。 QB=26L/s, QC、QB满足切削律公式可得： D2’= （Qc / QB）D2=(24.6/26) x174=165m （4）切削量= （D2－ D2’）/ D2 = （174－165）/174 =5.2%
第四章 水泵运行工况及工况调节
内容: 水泵装置的总扬程、运行工况及工况调节（调 速调节、变径调节、变角调节、闸阀节流调 节）、离心泵的并联及串联运行。 重点及难点：水泵运行工况及确定、离心泵的并联 及串联运行。 要求：要求学生熟练掌握运行工况是如何确定的、离 心泵并联运行的图解法。掌握装置总扬程、变 速运行、变径运行、节流调节。
4.3.2 变径调节 变径调节：是将水泵的原叶轮直径在车床上切削去一 部分再安装好进行运转。切削叶轮是用以改变水泵特 性的一种调节方法。
D2 Q' Q D2
'
D2 – D’2 D’2
H' D'2 2 ( ) H D2
D P' ( 2 )3 P D2
'
D2
1、切削律的应用
1）根据实际需求确定切削量 已知点B，且在(Q－H)的下方。现使用切削律方法，使水泵切削 后的特性曲线通过B点，求切削后叶轮的直径D‘2是多少？ 根据切削律得H‘＝k‘Q’2----此线称切削抛物线
2）翻画水泵的特性曲线 已知叶轮的切削量，求水泵特性曲线的变化。即已知叶轮直径D2时的 特性曲线，要求画出切削后叶轮直径为D‘2时的水泵的特性曲线。
H
A A‘ B’ B Q-H Q‘ – H’
2、水泵系列型谱图 叶轮切削是解决水泵类 型、规格的有限性与供水对 象要求的多样性之间矛盾的 一种方法，它使水泵的使用 范围扩大。
（2）结论： 1）静扬程变大时，调小叶片安装角度，电 动机不超载； 2） 静扬程变小时，调大叶片安装角度，电 动机满载运行，抽水量多。 总之，采用改变叶片安装角度的轴流泵，不 仅可以是水泵以较高的效率抽水多，而且使电 动机长期保持或接近满负荷运行，以提高电动 机的效率和功率因数。
4.3.4 节流调节 通过改变水泵出水管路上阀门的开度，使管路 的局部阻力发生变化，从而改变装置性能， 达到改变水泵工况的目的，称节流调节。 闸阀节流的方法调 H 3 节水泵工况需要消耗掉 C B 水泵多余的能量。其消 A 耗的功率：
H D2 D’2
H’＝k‘Q‘2
D2 D2 切削量% 100% D2
'
C B
HST O
Q
例：已知水泵特性曲线I，管道系统特性为Ⅱ，叶轮 外经D2=174mm。原工况点A的QA= 27.3L/S ， HA=38.8m。若流量减少10% ，求变经调节时， 叶轮却削后的外经D2’?切削量是百分之几？
O
Q
3、切削叶轮应注意的问题
应用切削律应该注意以下几点：
1）不同构造的叶轮应取不同切削方式。 （1）低比转数的叶轮，叶轮前后两盖板和叶片切削量都是一样的； （2）高比转数的叶轮，叶轮前后两盖板和叶片切削量是不一样的。 对于高比转数的离心泵，后盖板的切削量应大于前盖板；对于混流 泵的叶轮只切削前盖板的外缘直径，叶片完全不切削，以保持水流 的流线等长。叶轮出口如果有 导流器或减漏环，则切削时, 可只切削叶片。 （3）叶轮切削后对出水 舌面需要进行处理。
切削律
变角调节 改变水泵性 节能、效率高、适 常用于大中型 时调节水泵运行工 轴流泵 （全调式） 能曲线
况。但初期投资高
节流调节
改变装置需 浪费能量、简单 多用于离心泵 能特性曲线 易行、易于控制、 装置系统。 管理方便
2）叶轮的切削量，如果控制在一定的限度内，则切削前 后水泵相应的效率可视为不变。其切削限量与水泵的比转 数有关。如下表： 叶轮切削限量 与比转数的关系
比转数 最大允许切（%） 效率下降值 60 20 120 15 200 11 300 9 350 7 350以上 0
每切削10% ，效率 每切削4% ，效率下降1% 下降1%
Q1 n1 Q2 n 2
H 1 n1 2 H 2 n2
2
P1 n1 3 P2 n2
3
这三个公式反映出转速改变时，水泵主要性能变化规 律 。根据城镇管网中用水量的变化,充分利用调速特性,满足用 户的要求,保证水泵在高效段内工作。
一、比例律的应用：在泵站的设计和运行中，最常见的三种情 况：1）已知水泵转速n1下的(Q－H)1扬程特性曲线，所需的工况点A2 （Q2、H2）不在(Q－H)1上，求水泵工作在A2点时的转速。2）根据水 泵的静扬程和水泵最高效率点确定水泵的运行转速。3）已知转速n1时 的（Q－H）1曲线，画出n2时的（Q－H）2曲线。 1、根据用户的要求确定水泵转速。 已知水泵转速n1下的（Q－H）1扬程特性曲线，所需的工况点 A2（Q2、H2）不在（Q－H）1上，求水泵工作在A2点时的转速。 根据比例律公式：
变角调节
当装置需能曲线变化 时，如何改变叶片安装角度 改变工况？如图所示，以 500ZLB-7.1型轴流泵为例， 有三条曲线1.2.3 分别表示 最 高水位、常水位、最低水位 时的装置需能曲线。
H 3 72.5% 75% 77.5% 80% 81% B A +4° -2°0° +2° H2 H1 2 1 60KW 55KW 50KWC 45KW 35KW
H＝kQ2 C A B n1 n2
H
(Q－H)1
O
Q
二、水泵调速途径和调速范围
水泵调速的目的：在满足用户要求的前提下安 全、节能。 水泵调速的途径：1）在电动机转速不变的情况 下，通过水泵与电动机之间安装调速机构进行调 节。2）通过改变电动机转速（电机定子极数调 速、变频调速、调节转差率）改变水泵转速。
H n1 n2
n1
相似工况抛物线上， 各点的效率是相等 的。
H＝kQ2
A1(Q1、H1 ） A2（Q2、H2）
O
Q
2、根据水泵最高效率点确定转速
H＝kQ2 已知水泵工作时的静扬程为HST， H (Q－H)1 泵运行时的工况点A1不在高效率点， 为了保持水泵在最高效率点运行，可 (Q－H)2 A HA 改变转速满足要求。 B A1 通过水泵高效点A的相似工况 H 抛物线方程为：