第四章 水泵运行工况及工况调节 第一讲

1
1
2 P + V1 1 = Z1+

2g
式中：H — 水泵提供的扬程；
∑h — 管路水头损失之和； ZO － Z1 — 两水面标高差，即装 置静扬程；
所以： H = HST + ∑h
HST
HSs
HSd
H + Z O+
pO

+
vO 2g
2
-∑h
装置需要的扬程也可以用下式表示： H = HST + ∑h = Hss+ Hsd + ∑hs + ∑hd
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
4.1 水泵运行工况的确定
式中：Hss— 吸水地形高度，自集水池测压管水面到泵轴中
心的垂直距离（m）； Hsd— 压水地形高度，从泵轴中心至水塔自由水面或密 闭水箱的测压管水面的垂直距离（m）； ∑hs— 进水管路的水头损失（m）； ∑hd— 出水管路的水头损失（m）。
例题：岸边取水泵房，已知下列数据，求该泵之扬程。 水泵流量Q=120L/s，吸水管路上装有滤网一个，900弯头 一个，偏心减缩管一个，长度L =20m，压水管路长度 L2=300mm（均采用铸铁管），吸水管径Ds=350mm，压水 管径Dd=300mm。吸水井水面标高为58.00m，泵轴标高 60.00m，水厂混合池水面标高为90.00m。 解： 水泵的静扬程： HsT = 90 - 58 = 32m 吸水管路中的水头损失h1 = i l (i可查给排水设计手册)， h1= 0.0065ⅹ20=0.13m DN =350mm时，管中流速v1=1.25m/s DN = 300mm时，管中流速v2=1.70m/s 吸水管路中局部损失（h2）：
HST
QK
Q
4.1.2 水泵运行工况点的确定
工况点：水泵的Q –H 曲 线与装置需能曲线（Q-H管） 的交点称为水泵的工作状况点 简称工况点或工作点。
Q-H M H H Q-H需
1、图解法（以离心泵为例）
（1）直接作图法 1）画出水泵性能曲线Q –H ； 2）画出装置需能曲线 H=HsT+SQ2 ；
2、管道特性曲线
管路总水头损失：∑h=∑hf+ ∑hj = SQ2 式中∑hf —— 管路中沿程水头损失之和； （∑k ALQ2） ∑hj —— 管路中局部水头损失之和。
H
令 ：S=∑k AL +∑ζ
8
2
g D
（单位：s2/m5） 4
Q- ∑h
管道特性曲线：∑h=SQ2
O Q
管道水头损失特性曲线
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。

1
h2 = ∑ξ
v =（1 x ξ网 + 1 x ξ90 ） 2g
2
v1 + ξ渐缩 2g
2
V2
2
2g
故： h2 =
（2+0.59） (1.25) 2g
2
+ 0.17 ｘ
= 0.231m
因此，吸水管中总水头损失为： ∑hs = 0.13 + 0.231 = 0.361m 压水管路中的总水头损失： ∑hd = 1.1 ｘ 0.0148 ｘ300 = 4.88m （式中系数1.1是表示压水管路中局部损失按管中沿程 损失的10%计。） 因此，水泵扬程为： H = HsT + ∑hs+∑hd = 32 +0.361+4.88 H = 37.24m
HST O
Q
Q
3）两曲线的交点M即为水泵运行的工点。
为什么交点M是 工况点呢？ 工况点分析： （1） M点表明了水泵的实际出水量为Qm，扬程为 Hm ， 即水泵供给的总比能与装置中所要求的总比能相等的点，称 该点为水泵的工况点。 （2）极限工况点：如果水泵装置工作在M点，管道上的 所有阀门已全开，管道通过的流量 Qm为最大，M点 称为极 限工况点。 （3）如果外界条件不变， M点是一个稳定平衡工况 点。 （4）选泵时工况点应落在水泵的高效区内。使水泵有较 高的运行效率，泵站工作最经济。
H
假设工况点不在M点,而是在K 点,水泵提供的能量HK>管道必需的 H需,管道中流速增大,流量增加,直 到工作点移至M点达到能量平衡. 假如工况点在D点,水泵供给的能
HST
Q-H需
K
M D
Q-H
量HD<H需,则能量供应不足,管道中 流速减少,流量减小,最后达到M点. 因此,M点是水泵的工况点.
O
Q
装置需要扬程：H = HST + ∑h
=HsT+SQ2 该方程是一条截距为HST 的二次曲线，称为装置需能曲线。 装置需能曲线（Q-H管）上
H Q-H需 K ∑h
任意一点的一段纵坐标，表示水泵输送流量 为Qk将水提升高度为HST时，管道中每单位重 量液体所消耗的能量值。也就是说，管道系 统中，通过流量不同时，每单位重量液体在 整个管道中所消耗的能量也不同。 另外，管道水头损失特性曲线（Q- ∑ h） 只表示在水泵装置管道系统中，当HST=0 时， O 管道中水头损失与流量之间的关系曲线，此 情况为管道系统特性曲线的特例。
M
Q-H M’ HM HST (Q-H)’
QM Q- ∑h
Q
（3）图解法举例 已知两个通过管道连接在一起的水箱，当两只水箱液面 高度差H不变时，判断管内流量大小。 1）直接作图法 H
K
H
QK
O QK
Q
（3）图解法举例 已知两个通过管道连接在一起的水箱，当两只水箱液面 高度差H不变时，判断管内流量大小。 2）折引作图法 H
4.1.1 装置需要扬程与管道特性曲线 1、装置需要扬程
水泵装置：水泵、电动机械、管路、管件及外部条件
组成的系统。
装置需要扬程：将单位质量的 水从集水井自有水面通 过管路系统输送到出水井自由水面所需要的能量除以重力加 速度。
4.1.1 装置需要扬程与管道特性曲线
1、装置需要扬程
列出吸水井O – O水面与出水井水 面1 – 1 能量方程为：
（2） 折引作图 法
H
∑h
O
折引法：从系统能量平衡出发，对水泵 与装置需能曲线进行等值折算，从而求得工 况点的一种方法。 1）在Q轴下绘制管道损失特性Q-∑h ； 2）在Q－H曲线上减去相应流量下的水 头损失，从而得到折引后的水泵扬程特性 曲线(Q－H)’，将装置需能曲线HsT+∑h等 值成一条理想的，没有水头损失的曲线HST 3）绘制Q-HST曲线。 Q-HST与 (Q－H)’的交点为M ‘，过M’ 作垂线交 （Q－H）于M，M点即为水泵的工况 点。
如图将高效段视为SxQ2曲线 上的一个组成部分，并延长与纵 轴相交得Hx值。然后在高效段内 选任意两点的坐标，代入公式H = Hx - SxQ2，可以求得Hx 、 Sx 即：Sx =
H
SxQ2
பைடு நூலகம்
有装置需能方程H = HsT+SQ2 和 水泵特性曲线方程H = Hx - SxQ2
相等可得： Q =
Hx
H （Q — H）‘ QK O Q QK ∑h Q — ∑h K
2、数解法确定水泵运行工况
水泵特性曲线方程: H = f(Q) 装置需能曲线方程： H = HsT+SQ2 1）最小二乘法 根据最小二乘法拟合水泵曲线方程：H = H0 + A1Q + B1Q2 式中H0 、A1、B1值的确定采用选点法，在水泵实测特性曲线上选点，一般 选择不同的三点。 2）抛物线法 对于离心泵来说，现有水泵厂提供Q-H曲线上的高效段，可用抛物线方 程表示为： H = Hx - SxQ2 式中：Hx ——水泵在Q=0时所产生的 虚扬程，（m）； Sx—— 泵内虚阻耗系数，s2/m5 。
H x H ST
O
Sx S
H
Q
由此可以计算出水泵的扬程。
经过上述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）管路系统及边界条件。