第四章 水泵运行工况及工况调节 第二讲

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。
H QH P (Q-H)‘ ZF ZG Q-HEF Q O D ∑h
k
P
’
M
（Q-H）总
F G E
K
Q
p
Q Q- ∑hDE
4.同型号的两泵并联运行，其中一定一调。
（1）已知定速泵转速n2，调速泵转速n1，求两泵并联运 行的出水量等参数。 （2）已知定速泵转速n2,用户需要的供水量为Qp，求调速 泵的转速。
举例： 如图所示为五台泵并联工作的情况。
H 管道特性曲线 5 1 1台 2 2台 3 4
3台
4台
5台
O
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Q1
100
Q2
190
Q3
251
Q4
284
Q5
300
Q
注意：在泵站设计中，如果所选水泵是以经常单独运行 为主的，并联工作时，要考虑到各单泵的流量会减少的，扬 程是会提高的。如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的， 各单泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增 大。 2.同水位管路非对称布置不同型号的两台水泵泵联运行 型号不同，两台水泵的特性曲线也不相同，管路中水 流的水力不对称，水头损失不相等。两台水泵并联工作时, 每台水泵工况点扬程也不相等。 步骤与方法： （1）绘制单泵的性能曲线，作出折引泵的性能曲线。等 扬程下绘制折引泵并联运行的总和（等值泵的）特性曲线 (Q-H) )′Ⅰ+Ⅱ。 （2）绘制需能Q-∑hFG曲线。
4.2.1 水泵并联运行工况
H
水泵并联运行性能曲线的绘制 1）把并联的各台水泵的（Q-H） 曲线绘制在同一坐标图上。 2）不考虑与管路的联接、外部条件（即 不考虑管路上的水头损失），把对应于同 一H值的各个流量加起来，即采用等扬程下 流量叠加的方法（称横加法）。 如当水泵的扬程H=H1 时，流量： Q3=Q1+Q2 。 3
第一个问题较简单，不在详细的求解。下面我们主要介 绍第二个问题的求解方法： 步骤和方法如下： （1）绘制两泵特性曲线：(Q-H)Ⅰ、 Ⅱ ，并做出等值泵的 特性曲线(Q-H) ‘Ⅱ 。 （2）绘制 H=HST+SFG∑hFGQ2(曲线记为Q-∑h FG),并由 Q p找到并联等值泵工况点P (Q p, H p)。 （3）过p点作Q轴平行线交(Q-H)′Ⅱ于H，过H点作垂线 交(Q-H)Ⅰ,Ⅱ于J点,J(QⅡ, HⅡ)即为定速泵工况点。
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
4.2 水泵并联及串联运行工况
（1）水泵的工况点（Q，H）；
（2）各支管中流量Q1， Q2 … Qj
Q1
A S0 H0
Qj
4.2.2
水泵的串联运行
H （Q-H）管道 （Q-H）Ⅰ+Ⅱ A
n台水泵依次连接 ，第一台 泵的压力管作为第二台水泵的 吸水管，水由第一台泵压入第 二台泵，水以同一流量依次通 过各泵，称离心泵的串联运 行。 特点：各台水泵通过的 流 量相等，水流获得的能量为各 台水泵的能量之和。如图：
（Q-H）Ⅰ QA Ⅱ QA Ⅰ QA O QA Q HST B HⅠ HⅡ C （Q-H）Ⅱ
总工况点：A点，QA=QB=QC HA=HB+HC 单泵工况点： Ⅰ B点 （QB ，HⅠ） Ⅱ C点 （QC ，HⅡ） 注：1）串联泵的流量应接近； 2）串联后边的水泵体强度要满足串联叠加的 水压。
D
对于（1）种工况：
1)：绘制等值泵特性曲线 将（Q-H)曲线与(Q-∑hDE)曲线叠加得等值泵特性曲线(Q-H)′。 2)：绘制等值管道系统特性 将H=HST1+SEFQ2与 H=HST2+SEGQ2用叠加法得等 值管道系统特性（Q-∑h)EF+EG 。 H‘M 3)：工况点 (Q-H)′与（Q-∑h)EF+EG 的交点，M即为系统工况点。 水泵工况：Q=QM=QB+QC H=H‘M F池工况：QF=QC(进水） G池工况：QG=QB(进水）
n1
=
Q n2 Q
[例] 已知：集水井水面高度H0为0，各水池（塔）水面 至集水井水面的几何高度分别为H1 ,H2 … Hj，如图所示。 HA 由水泵性能曲线已知水泵虚 H2 扬程Hx 及虚阻耗Sx 。输水 干管的摩阻为S0，各分支管 的管长L1 , L2 … Lj，管径 H1 Q2 Hj D1 , D2 … Dj，管材已知即 常数C 。
（4)调速泵工况点：QⅠ=Qp-QⅡ,在Q轴上取：QⅠ与过QⅠ 点作垂线与Hp线交于N,调速泵的扬程应为： HI=HN(即Hp)+SDFQ2I=HM 由此得到M点即调速泵工况(QI,HI)已求得。 （5）调速工况相似抛物线H=kQ2，kQ2曲线与(Q-H)I、II 曲线交于T，T为M点的工况相似点。
并联：多台水泵联合运行，通过联络管共同向管网输水。 串联：如果第一台水泵的压水管作为第二台水泵的吸入 管，水由第一台水泵压入第二台水泵，水以同一流量依次通 过各水泵。 4.2.1 水泵的并联运行 并联运行的优点： 1）可以增加供水量，输水干管中的流量等于各台并联 水泵出水量之总和； 2）水泵并联运行提高了泵站供水的安全性和运行的经 济性，可以通过开停泵的台数来调节泵站的流量和扬程； 3）水泵并联输水提高了泵站调度的灵活性和供水的可 靠性。
（3）求工况点。(Q-H) ′Ⅰ+Ⅱ与Q-∑hFG交点M，即为所求同水位、不 同型号的两泵并联工作的工况点。M点的流量即为并联工作的两台水泵的 总出水量。
I
并联水泵机组的总轴功率P1+2及总效率η1+2分别
为：
P1+2 = P1 + P2
η1+2 =
管道布置是否对称的工程处理： （1）从工程实际看，只有两泵离汇流点的距离相差较 大，而又并联工作时，才作不对称处理。 （2）北方井群系统，从水泵工况来说：相当于几台水 泵在管道不对称的情况下并联工作，应作不对称处理。一 般来说是各井间的吸水动水位不同，可以选取一个共同的 基准面，在静扬程计算时，做相应的修正 。
H1
1
2
Ⅱ Ⅰ Q1
Ⅲ
O
Q1
Q2
Q3
Q
4.2.1 水泵并联运行工况 一、水泵并联运行,工况点的图解法
1.同型号、同水位对称布置的两台水泵并联运行。 （1）绘制两台水泵并联后扬程 (Q-H)1+2性能曲线
M
E
Q,
由于管道对称布置，则 ∑hDF=∑hEF，采用横 加法原理绘制两台水泵并联工作的总和 (Q-H)1+2曲 线，如图所示。
对于（2）种工况： 1）绘制泵与F池并联的等值特性曲线 绘制水泵的（Q－H）曲线及管道特性曲线Q－ ∑hDE， 得水泵的等值特性曲线（Q－H)’，绘制F池出流特性曲线 H=ZF-SEFQ2（即Q－∑hEF 曲线），采用横加法与（Q- H)’ 曲线进行叠加，得到F池与水泵并联后总的特性曲线 （Q－H)’’ ； 2） EG管道系统特性曲线可用H=ZG-SEGQ2 计算， 即Q－∑hEG 3）工况点：M为工况点： 水泵工况：Q=Qp , H=H’p F池工况： Q=Qk G池工况：Q=Qp+Qk=QM （进水）
3.一台水泵向两个不同高程的水池供水。
测压 管
F
G E
如果在等压点E点装一测压管，根据 测压管中水面高度可知系统存在3种供 水情况 ： （1）测压管水面高于F池的水面，水 泵向两水池供水； （2）测压管低于F池的水面，而高于G 池水面，F池和泵共同向G池供水 （3）测压管水面正好与F池水面平齐 时，水泵向G池 供水（无实际意义）。
(2)绘制需能曲线 H=HST+SDFQI2+SFGQ =HST+SDF(Q/2)2+SFGQ2 =HST+(1/4SDF+SFG)Q2
点绘 DFG 管（或EFG ）管道的特性曲线。
（3）求工况点 (Q-H)1+2与H=HsT+(1/4)SDF+SFG)Q2的交点E, 即为并 联工作的工况点,过E点作Q轴的平行线，与单泵性能曲线的 交点于R点，即为并联运行时水泵的工况点。 Q H P η 工况点E QE HE 2Pq rQEHE/2Pq 并联单泵 QR HR=HM Pq ηP 独立单泵 Qs(近似） Hs(近似） Ps（近似） ηs(近似） （4）分析 由图可知：1）QE<2Qs 2）Pq< Ps 多泵并联运行选泵时，配套电机额定功率应按独立单泵 轴功率选取。水泵独立工作时的流量大于并联工作时每一台 泵的出水量。