泵与风机工况点及其改变

1 工况点求解
问题3：常用方法？
工况点的求解方法有图解法和数解法 两种，其中图解法的特点是简明、直观， 在工程上应用非常广泛。
1 工况点求解
【例1】图解法求解离心泵装置工况点。
已知条件： 1）水泵型号； 2）管路布置确定；
HST
高地水池
3）低地和高地水池液位变化可忽略。
水泵
求解： 水泵工况点，即此条件下的流量、
'2 2 '2 2
4 切削调节（换轮运行）
第二类问题求解：“切削抛物线或等效率曲线”
Q' D'2 Q D2 H D2 H D2
' ' 2
H H' '2 k 2 Q Q
式中：k——切削系数，表示所有满足切削定律的泵（风机）工况点的扬程与流量平方的 比值是一个常数。
等效率曲线与理论上的等效率曲线不是完全一致的，只有在高效率
范围内才吻合。 ②变速调节工况点，只能降速，不能增速。因为水泵的力学强度是
按照额定转速设计的，超过额定转速，水泵就有可能被破坏。
③长期调节，像冬季与夏季之间水量不同的调节，可用有级如切削 调节、齿轮调速调节等，也可用无级调节，如变频调速调节等。而
R2 D2 U2 U 2 R2 D2
4 切削调节（换轮运行）
、切削第一定律（流量 关系） Q Q C F V ，而且F2 F2，所以 Q V QT V C2 r F2，得： V T V 2 r 2 ，当不太大时，V Q V QT V C2 r F2 Q D2 Q D2
1 工况点求解
例3：折引特性曲线法求解离心泵装置工况点。
1 工况点求解
例4：数解法求解离心泵装置工况点。
H＝f（Q） H＝HST＋SQ2 H＝H X －h X H＝H X －S X Q2
H1 H 2 SX 2 2 Q1 Q2
2 工况点调节方法 用户的用水（气）量是变化的，为了适应 这个变化，要求泵（风机）能改变工况。而 泵（风机）的工况点是由泵（风机）特性曲 线和管路特性曲线共同决定的，是能量供给
4 切削调节（换轮运行） （3）型谱图
4 切削调节（换轮运行）
4 切削调节（换轮运行） （4）切削调节注意事项
所谓切削不是说水泵使用者在使用时随时切削，而是要在泵出厂时备有几种
叶轮，根据实际需要更换叶轮，所以“切削调节”也称之为”“换轮运行”。
切削限量，叶轮切削不能太大，否则，效率降低较多。
Q/2
Q
O
Q/2
A
B
5 串并联调节
求解步骤：
H
Q-ΣhAOG
N
HM S
M
G Q (Q-H)1,2 O (Q-H)1+2
0
A B
QN QS
QM
Q
5 串并联调节
（3）多台同型号水泵并联工况求解
5 串并联调节
（4）两台不同型号水泵并联工况求解
求：
D
总流量？ 每台泵流量？ 每台泵扬程？
I泵
Q
B
II泵
A
2
、切削第三定律（功率 关系） QH N QH N ，得： ，当不太大时， ，得 N QH N D2 N D2
3
4 切削调节（换轮运行） （2）计算问题
第一类问题： 已知：水泵外径D2及其对应的特性曲线（Q～H）、（Q～N）和（Q～η）； 求：水泵外径变到D2’时所对应的特性曲线（Q’ ～H’ ）、（Q’ ～N’ ）
(Q~H)
高地水池
N
(Q~N)
NM
η
HST
水泵
ηM
(Q~η)
低地水池
0
QM
Q
1 工况点求解
H
【疑问：M点一定是工况点吗？】
N
(Q~H)G
P’
M
N’ 高地水池
P
(Q~H)
N
M点一定是工况点.
(Q~N) HST η (Q~η)
水泵
低地水池
0
Q
1 工况点求解
例2：图解法求解水箱出流工况点。
折引特性曲线
与消耗平衡的结果，符合能量守恒定律，若
二者之一改变，工况点就会改变。
2 工况点调节方法
改变工况点的方法有自动调节、阀门调
节、变速调节（调速运行）、切削调节 （换轮运行）、变角调节（轴流泵的叶片 安装角、风机的进口导流叶片角度）、摘 段调节（对多级泵来说，增减叶轮级数）、 以及泵（风机）并联和串联工作等。
低地水池
扬程、轴功率、效率等参数。
1 工况点求解
H
【求解步骤1】
(Q~H)
高地水池
N
(Q~N) HST η (Q~η)
水泵
低地水池
0
Q
1 工况点求解
H
【求解步骤2】
(Q~H)G
(Q~H)
高地水池
N
(Q~N) HST η (Q~η)
水泵
低地水池
0
Q
1 工况点求解
H
【求解步骤3】
HM
(Q~H)G
M
和（Q’ ～η’ ）
第二类问题：
已知：水泵外径D2及其对应特性曲线（Q～H）、（Q～N）和（Q～η）；
求：通过改变水泵外径方法，使得水泵工况点在B（QB，HB）点工作时的外 径D2’＝？
4 切削调节（换轮运行）
第一类问题求解：“选点、计算、立点、连线”
D '2 Q1 Q1 D2 D 2 H1 H1 D2 D '2 Q5 Q5 D2 D 2 H5 H5 D2
3 变速调节（调速运行）
H
求解步骤：
1）将A2代入相似工况抛物线 方程，求出k值；
H=kQ2
A1(Q1,H1)
2）画出相似工况抛物线，与
转速为n1时特性曲线交于A1点； 3）利用比例律求出年n2。
0
A2（Q2，H2）
（Q-H）1
Q
3 变速调节（调速运行） （3）变速调节注意事项
①转速改变前后效率相等是在一定的转速范围内可以的，当转速变 化超出一定范围时，效率变化就会较大而不能忽略。所以，实测的
2 工况点调节方法 自动调节：
H (Q-H)G2 (Q-H)G1 N M P (Q-H)G3
Q-H HST HST HST 0
Q
2 工况点调节方法 阀门调节：
H (Q-H)G2 N M P (Q-H)G3 (Q-H)G1
Q-H
HST 0
Q
3 变速调节（调速运行） （1）比例律
泵（风机）转速改变前后，叶轮满足相似条件，所以将相似定 律应用于转速不同时的同一叶轮，就得到泵（风机）叶轮的比例律：
Q2 n2 Q1 n1 H 2 n2 H 1 n1 N 2 n2 N1 n1
2
3
3 变速调节（调速运行） （2）计算问题
第一类问题： 已知：水泵转速n1及该转速下水泵的特性曲线（Q～H）1、（Q～N）1 和（Q～η）1； 求：水泵转速变到n2时所对应的特性曲线（Q～H）2、（Q～N）2和 （Q～η）2 第二类问题： 已知：水泵转速n1，特性曲线（Q～H）1、（Q～N）1和（Q～η）1； 求：通过改变水泵转速方法，使得水泵工况点在A2（Q2，H2）点工作时 的转速n2＝？
短期调节，如白天和夜晚之间的水量调节只能用无级调节。
4 切削调节（换轮运行） （1）切削律
由于叶轮切削前后几何不相似，所以不符合相似定律。这样就 需要找出叶轮切削前后水泵性能参数的的关系，这个关系就称之为 “切削定律”。 在下面两个条件下，来进行切削定律的推求。 ①切削量较小，切削前后出水角不变，所以，切削前后水泵效率不变； ②切削前后叶轮出口面积不变，F2＝F2’。这是因为，切削以后虽然叶 轮外径变小，但叶轮出口厚度增加，所以2πR2b2=2πR2’ b2’ 。 因为切削量很小，所以速度四边形不变。这样，切削前后仍然符合 运动相似，对应速度四边形相似，即：
C
5 串并联调节
5 串并联调节
（5）两台同型号水泵（一定一调）并联工况
调速泵和定速泵并联工作此时，通常存在两种情 况：一种情况是调速泵的转速n1和定速泵的转速n2 均为已知，求并联工况点。若n1= n2，则属于同型 号泵并联工况点问题，若n1≠n2，则属于大小泵并
联工况点问题。
5 串并联调节
（5）两台同型号水泵（一定一调）并联工况
叶轮切削限量表
比转数ns 最大允许切削 量（%） 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 下降1% 降1%
不同水泵切削方式不同，低比转数的离心泵，前后盖板切削量相同；高比 转数的离心泵，后盖板切的大一些；混流泵不适合切削，不得不切削时，只 应切削前盖板；轴流泵不能切削。
5 串并联调节
泵（风机）并联工作特点：
增加给水（气）量
通过开停泵（风机）的台数来调节流（风）量 提高供水（气）安全性
泵（风机）串联工作特点：
增加扬程（风压） 一台设备出现问题，系统不能工作 实际工程中较少采用
5 串并联调节 （1）并联特性曲线的绘制
并联水泵（风机）工作时，其静扬程相同，如果不考虑水头损 失，所以并联水泵（风机）的扬程是相同的。即：
相关知识点回顾：
泵与风机特性曲线
H＝f（Q）
N＝F（Q）
η＝φ（Q）
离心泵特性曲线方程
离心泵特性曲线
相关内容回顾：
泵与风机特性曲线 管路系统特性曲线
H (Q-H)G
管路特性曲线方程：
H=Hst+Σh=Hst+SQ2
K
高地水池
HST
低地水池
0
HST
hk
Q
Qk
1 工况点求解
问题1：工况点概念？ 是指泵或风机装置在某个瞬时的实际工作 状态，可用泵或风机的特性参数：流量Q、扬程 H（风压p）、效率η、轴功率N等表示。
3 变速调节（调速运行）
第一类问题求解：“选点、计算、立点、连线”
n2 Qa n Qa 1 2 n2 Ha n2 H a 1 n2 Qe n Qe 1
2 n2 He n2 H e 1
H1＝H2 ＝H Q1＋Q2＝Q总
假想水泵（风机）的工作扬程特性曲线（并联水泵或风机的并联特性曲
线）就等于各台并联水泵（风机）的扬程（不计损失），假想水泵（风机） 的流量就等于各台并联水泵（风机）流量之和。
5 串并联调节
横加法：
5 串并联调节
（2）同型号、管路相同两台水泵并联工况求解
求：
G
总流量？ 单泵流量？ 单泵扬程？
、切削第二定律（扬程 关系） C U H H C U g H，得 H H H T H 2u 2 ，得： H T H 2u 2 ，当不太大时， H g H H H T H C2uU 2 g H D2 H D 2
3 变速调节（调速运行）
第二类问题求解：“相似工况抛物线或等效率曲线”
Q2 n2 Q1 n1 H 2 n2 H 1 n1
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H1 H 2 2 k 2 Q1 Q2
式中：k——相似系数，表示所有工况相似泵（风机）工况点的扬程与流量平方的比值。
H =k Q 2
相似工况抛物线或等效率曲线
北京林业大学 环境科学与工程学院
《泵与风机》
Pumps and Fans
主讲人：张立秋（环境科学与工程学院） zhangliqiu@163.com 2014年10月
第七章
泵与风机装置工况点及改变方法
主要内容：
泵与风机装置工况点求解
泵与风机装置工况调节
变速调节
切削调节
串并联调节 本章重点是掌握变速与切削调节方法； 难点是掌握并联工况点调节方法。
另一种情况是知道定速泵的转速n2和并联工作的总
流量Q，求调速泵的转速n1。这类问题比较复杂，存
在五个未知数，即定速泵的工况点值(QII，HII)，调速 泵的工况点值(QI，HI)，以及调速泵的转速 n1等5个 未知数。
H =k Q 2
切削抛物线或等效率曲线
4 切削调节（换轮运行）
H
求解步骤：
1）将B点代入相似工况抛物
线方程，求出k值； 2）画出相似工况抛物线，与
B（QB，HB）
H=kQ2
A(QA,HA)
（Q-H）D2
外径为D2时特性曲线交于A点；
3）利用切削律求出年D’2。
0 Q
D2 D2 切削量(%) 100% D2
工况点1：（Q1,H1,N1,η1） 工况点2：（Q2,H2,N2,η2） ……………………………. 工况点n：（Qn,Hn,Nn,ηn）
1 工况点求解
问题2：决定工况点因素？
决定工况点的因素有两个方面：
（1）泵或风机固有的工作能力——泵或风机特性曲线 （2）泵或风机的工作环境，即管路系统的布置、水池的水 位等边界条件——管路系统特性曲线