第四讲离心泵的调节

❖ 当由于某种原因导致泵的排量减少时，则其供的扬 程必然增大，泵提供的扬程大于管路流动需要的能 头，必然导致流速加快，流量增大，使系统恢复到 工作点M。
❖ 因此，对于一定的管-泵装置，其工作状态是稳定 的。
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❖ （2）单管-并联泵特性 ❖ ①同性能泵并联的管-泵装置特性
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❖ 单管-同型号泵并联装置特性
HM
M A1
HM1
M1
Q1=Q2 QM1
QM
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❖ 在同一张坐标图中画出管路特性曲线，曲线与曲
线的交点M，即为该单管-并联泵装置的系统工
作点。 ❖ 在M点: QMQ 1Q2 H MH 1H 2
❖ 过M点作水平线，交单泵性能曲线于A1点，A1即 为同性能的两泵并联工作时，单泵的工作点。
❖ 根据需要，可以两台泵串联，也可以 多台泵串联；可以同性能的泵串联， 也可以不同性能的泵串联。
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二、管道系统压力损失
离心泵总是工作在管道系统中，管道系统的 压力损失包括三部分：
一是被输送介质与管壁、介质之间的摩擦引 起的压力损失，称为沿程摩阻。
二是介质通过设备、管阀件等局部摩阻件引 起的压力损失，称为局部摩阻。
❖第四讲 离心泵的调节
❖ 一、离心泵的串、并联特性 ❖ 二、管道系统压力损失 ❖ 三、管-泵系统工作特性 ❖ 四、离心泵常用调节方法
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❖ 一、离心泵的串、并联特性
❖ 1、并联特性
❖ 离心泵的并联运行是指两台或两台以 上泵的入口从同一容器吸液，其出口 向同一压力管路排液。
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❖ 如图所示，有两台性能相同的离心泵从同 一容器中吸入液体。在实际应用中，吸入 管路一般都很短，从吸液面到两泵出口汇 合点O的管路摩阻很小，可以忽略不计。
❖ 这样，两台泵并联后的总流量等于两泵在 同一扬程下的流量相加，即:
HI HII QQ I Q II
❖ 根据这一特性，可以在同一扬程下将流量 相加求得两泵并联后的性能曲线。即图中 的曲线1。
A1为两串联泵中单泵的工作点。 在A1点，
每台泵的输量与装置的总输量相等，每台
泵的扬程等于装置总扬程的1/2。
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❖ 图中M1为一台泵独立承担同一管路时的 管-泵装置工作点。
❖ 在M1点，泵的排量小于两泵串联工作时 单泵的排量，扬程高于两泵串联工作时 单泵的扬程。
QM=Q1=Q2
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❖ 如图所示为两台性能相同的离心泵串联运 行的装置。根据串联特性，在同一流量下 将两泵的扬程相加得到两泵串联后的总性 能曲线。在同坐标图中作出管路的特性曲 线，两曲线与的交点M，即为该单管-串联 泵装置的系统工作点。
QMQ1Q2
H1
H2
1 2HM
❖ 从M点向横轴作垂线交单泵性能曲线于A1，
❖ 因此，对于一定的管-泵装置，其工作状态是 稳定的。
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❖ （1）单管-单泵装置特性 （已讲）
❖ 根据质量守恒和能量守恒两大定律，管-泵 系统工作时，在同一张坐标图中画出的管 路特性曲线h-Q和泵特性曲线H-Q应交于一 点M（Q、H），如图所示。M点称作管-泵 系统的工作点。
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❖ 在A点:
❖
H A 1H MH M 1
1 QA1 2QM QM1
❖ QM1为一台泵单独工作时的工作点。即两台同性
能的泵并联向同一管路输送液体时，其总扬程等
于单泵扬程且高于一台泵独立工作时的扬程；总
流量等于单泵流量的二倍且小于一台泵独立工作
时流量的二倍。
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❖ 并联泵提高输送能力小，与管路和泵自身 的性能有关。
的工艺要求，组成一定的管-泵系 统进行的。
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❖ 管-泵系统，实际上是一个能量的消耗 和供给系统。研究这个系统中各参数之 间的关系，就是研究管路消耗能量与泵 提供能量的平衡问题。
❖ 研究管-泵系统特性，应用的两个物理 学基本定律是质量守恒定律和能量守恒 定律。
❖ 即泵所排出的质量流量应等于管路中流 动的质量流量，单位质量流体所获得的 能量应等于流体沿管路输送所消耗的能 量。
❖
在M点： QMQ1Q2 HMH1H2
❖ 过M点作水平线，分别交泵1和泵2的性能曲线于 A1、A2点。A1、A2即泵1和泵2的工作点。
❖ 分别过A1、A2点作垂线与横轴相交求得的输量 Q1、Q2。
❖ 从图中分析可知，两台不同性能的泵并联后的总 流量等于各泵的排量之和，小于两泵单独工作时 的排量之和。
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❖ 根据质量守恒和能量守恒两大定律，管 -泵系统工作时，在同一张坐标图中画 出的管路特性曲线h-Q和泵特性曲线HQ应交于一点M（Q、H）。M点称作 管-泵系统的工作点。
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❖单管-单泵装置特性
h1
HM
H2 M
h2
H1
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Q2 QMQ1
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❖ 在M点，泵提供的能头与管路消耗的压头相等， 泵的排量与管路的流量相等。
❖ 根据需要，可以两台泵并联，也可以多 台泵并联；可以同性能的泵并联，也可 以不同性能的泵并联。
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❖2、串联特性
❖离心泵的串联运行是指两台或两 台以上泵的入口与出口依次相联， 从同一容器吸液，向同一压力管 路排液。
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❖ 多台泵串联后的总 扬程等于各泵在同 一流量下的扬程相 加。
❖ 粘度对沿程摩阻的影响越来越小；
❖管道长度对沿程摩阻的影响在各流态都 是相同的。
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❖ 2、局部摩阻的计算
❖ 站内的设备、管阀件较多，其局部摩阻损失 需单独计算。
❖ 在实际上，液体流过局部摩阻件时的流动状 态是十分复杂的，理论分析计算一个局部摩 阻件的摩阻损失也是相当困难的。
❖ 在实际应用中，通常是通过实验，先测得某 局部摩阻件的阻力损失，再根据选用的公式 中的相关参数反算出该局部摩阻件的摩阻系 数或当量长度，将常用局部摩阻件的实验数 据列成表，供计算时查用。
❖ 由于某种原因使泵的排量增大时，则其提供的 扬程必然减小，此时，泵提供的扬程小于管路 流动需要的能头，流体的能头不足，必然导致 流速减慢，流量减少，使系统恢复到工作点M。
❖ 由于某种原因导致泵的排量减少时，则其供的 扬程必然增大，泵提供的扬程大于管路流动需 要的能头，必然导致流速加快，流量增大，使 系统恢复到工作点M。
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管道的沿程摩 管道的输量，
阻损失，m;
m3/s;
hL
Q2m m d5m Lj
油品的粘 度，m2/s
与流态有关 的常数
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管道的内直 径，m
管道的计算 长度，m
与流态有关 的常数
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流态 层流 紊 水力光滑区
A 64 0.3164
m
β
1 4.15
0.25 0.0246
2
❖ 并联运行泵机组
❖ 多台泵并联后的总流 量等于各泵在同一扬 程下的流量相加。
❖ 即Q=Q 1+Q2+Q3… ❖ 各泵的扬程相等,即
❖ H=H1=H2=H3=… ❖ 按以上关系可作出并
联特性曲线。
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❖ 在实际应用中，使用并联装置的情况主 要有三种。一是需要的流量较大，使用 单泵不能满足排量要求；二是工艺过程 流量的变化较大，为了流量调节的灵活 性；三是工艺要求工作连续性较强，为 了检修或事故备用的需要。
e
水力光 滑区2
105
Re
59.5
8
7
1 1.8lgRe1.53
混合摩 擦区
5 8./7 7 9Re6 67 56 l g 50.11de R68e0.25
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（4）列宾宗公式
在管道沿程摩阻的计算中，为了 应用方便，将达西公式中的水力 摩阻系数和流速的表达式代入整 理，可得到综合形式的表达式为， 称为列宾宗公式。
QM1 QM
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❖ ②不同性能泵并联的管-泵装置特性
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❖ 单管-不同型号泵并联装置特性
HM
A2
A1
M
Q2 QC Q1
QM
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❖ 图示为两台性能不相同的离心泵并联工作的情况。 按照在同一扬程下将流量相加的方法求得两泵并 联后的性能曲线。按相同性能泵并联的方法求得 装置的工作点M。
❖即 H=H1+H2+H3+…
❖ 各泵的流量相等, 即
❖ Q=Q 1=Q2=Q3 =… ❖ 按以上关系可作出
并联特性曲线。
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❖ 串联运行的泵机组
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❖ 在实际应用中，使用串联装置的情况 主要有三种。一是管路压降或位差较 大，使用单泵不能满足能头要求；二 是工艺过程能耗的变化较大，为了压 头调节的灵活性；三是增加单泵站的 输送距离，减少泵站数。
/m
hL
L d
•V2 2g
水力摩阻系 数(拉木达)
管径 重力加速度/
/m
(m/s2)
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（2)液态划分
液体在管道中的流动状态称为 液态。
通常将液态分为层流和紊流两 大类型。
根据紊流程度的不同，紊流又 有水力光滑区、混合摩擦区、 阻力平方区之分。
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层流流线平行于管道轴线
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❖ 并联后提高输送能力的大小，与管路和 泵自身的性能及并联泵台数的多少有关。
❖ 另外，从图中还可以看出，当流量小于 QC时，实际上只有扬程高的泵在工作， 此时 ，应该停止小泵的运行。
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❖ （3）单管-串联泵特性 ❖ ①同性能泵串联的管-泵装置特性
M
M1
A1
10 流 混合摩擦区
0.127lg 0.627
2
0.123
0.0802A
粗糙区
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0.11( )0.25
2
0 0.0826A
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❖从表中可以看出，随着雷诺数的增大， 流态从层流到紊流光滑区、混合摩擦区 以至粗糙区。
❖ 指数m的数值从1、0.25、0.123以至到0。
❖输量、管径对沿程摩阻的影响越来越大；
转弯 三通 转弯 三通
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Ld/d
ξ0
45
1.0
60
1.3
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局部摩阻的计算方法通常是先通过 实验得到局部摩阻件的当量长度或 局部摩阻系数，再用类似的达西公 式计算。
hj
V2g2或hj
Ld
d
V2 2g
局部摩 阻系数
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局部摩阻 当量长度
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❖三、管泵装置的特性 ❖离心泵的工作总是和管路按照一定
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局部件
无保险 活门油 罐出口
有保险 活门油 罐出口
有起落 管的油 罐出口
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图示
Ld/d
ξ0
23
0.50
40
0.90
100
2.20
20
局部件 图示
通过 三通 通过 三通
通过 三通
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Ld/d
ξ0
2
0.04
4.5
0.10
18
0.40
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局部件 图示
三是管道敷设高度增加引起的压力损失，称 为位差损失。
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源自文库
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1、沿程摩阻计算
（1）达西公式
按 《 输 油 管 道 工 程 设 计 规 范 》 GB50253-2003(06) 版 规 定 ， 输油管道的沿程摩阻用达西 公式计算，即：
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管长/ m
流速/ (m/s)
管道沿 程摩阻
管路特性曲线越平坦，两台泵并联后的 总流量越接近于单泵独立运行时的二倍。 越适合采用并联泵运行。
M2
M
M1
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QM2QM1 QM
图中2QM2比 2QM1更接近于 QM。
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泵的特性曲线越陡，两台泵并联后的总 流量越接近于单泵独立运行时的二倍。
QM M M1
图中2QM1更接近 于QM。
❖ 管路特性曲线越平坦，两台泵并联后的总 流量越接近于单泵独立运行时的二倍；
❖ 泵的特性曲线越平坦，两台泵并联后的总 流量越小于单泵独立运行时的二倍。
❖ 另外，并联泵的台数越多，每台泵输送的 流量越少，因此，过多同型号的泵并联运 行是不经济的，在实际应用中，一般以2～ 3台为宜。
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管道轴线
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紊流流线在径向上有脉动
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液态划分的依据是雷诺数：
流速 （m/s)
雷诺数
Re
vd
管径/m
油品的粘度 （m2/s)
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（3）水力摩阻系数
流态
划分雷诺数
f(Re,)
水层力流摩阻系R数e 的计2算000
64 R e
64
水力光
滑区1 300 R0e150
0.3164 R f(R e,) R e0.25
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❖ 单管-单泵装置特性
h1
HM
H2 M
h2
H1
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Q2 QM Q1
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❖ 在M点，泵提供的能头与管路消耗的压头相等，泵 的排量与管路的流量相等。
❖ 若由于某种原因使泵的排量增大时，则其提供的扬 程必然减小，此时，泵提供的扬程小于管路流动需 要的能头，流体的能头不足，必然导致流速减慢， 流量减少，使系统恢复到工作点M。