第二章叶片式水泵课件.ppt
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1、2.6 离心泵的特性曲线,2.6.1 离心泵的特性曲线特性曲线 在一定转速下,离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律,可做为选泵和用泵的依据。,2.6.2 理论特性曲线的定性分析,式中 QT泵理论流量(m3s);F2叶轮的出口面积(m2);C2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(ms)。,理论扬程曲线(QT-HT):1.90,cot20,(1)直线QT-HT:(2)液流不均匀(反旋),修正直线I;(3)扣除水头(摩阻、冲击)曲线(4)扣除容积损失(渗漏量)Q-H曲线。,2.6.2 理论特性曲线的定性分析,离心泵的理论特性曲线,2.6.2 理论特性曲
2、线的定性分析,水效率,水泵的扬程将随流量的增大而增大,并且它的轴功率也将随之增大。这样的离心泵,用于城市给水管网中,它对电动机的工作是不利的。,理论功率曲线:,NT=gQTHT=gQT(A-BQT)=AgQT-BgQ2T后弯式:B0,理论功率为下凹抛物线;Q,H,N 缓慢增加,电机工作平稳。前弯式:B0,理论功率为上凹抛物线;Q,H,N 增加较快,电机易超载,不宜选电机。径向式:B=0,理论功率为过原点的直线;,结论:目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(2030左右)。后弯叶片的特点是随扬程增大,水泵的流量减小,因此,其相应的Q-N曲线也将是一条比较平缓上升的曲线;电动机可稳定在一个功率变
3、化不大的范围内有效地工作。,2.6.3实测特性曲线,实测曲线:是在水泵转速一定的情况下,在20、一个标准大气压的条件下,通过水泵性能试验和气蚀试验测得。每个Q,对应一个特定的H、N、HS,(1)Q-H:随着流量Q,扬程H。(2)Q-:水泵的高效段:在一定转速下,离心泵存在一最高效率点,称为设计点(Q0,H0)。该水泵效率较高的区段在一定范围内(不低于最高效率点10左右),在水泵样本中,用两条波形线 标出。(3)Q-N:流量Q,轴功率 N,Q=0,轴功率最小,但 N0,消耗于机械损失。(“闭闸启动”见P32)电机配套功率的选择应比水泵轴功率稍大。,2.6.4实测特性曲线的讨论,水泵启动前,将水泵
4、出口的控制闸阀完全关闭,后启动电机,此时Q0,功率最小(空载功率),扬程最大。电动机运转正常后(很短时间),再缓缓打开闸阀,使水泵正常工作。,(4)Q-Hs:水泵实际吸水真空值必须小于Q-HS曲线上的相应值,否则,水泵将会产生气蚀现象。(6)水泵输送液体的粘度越大,泵体内部的能量损失愈大,水泵 H、Q都减小,下降,而N却增大,水泵特性曲线将发生改变。输送黏度大的液体泵的特性曲线应换算后才能使用。,2.6.4实测特性曲线的讨论,小结 特性曲线上任意一点A各项纵坐标值:1.扬程 HA:当水泵的流量为QA时,每1kg水通过水泵后其能量的增值为HA。或者说,当水泵的流量为QA时,水泵能够提供给每1kg
5、水的能量为HA。2.功率 NA:当水泵的流量为QA时,泵轴上所消耗的功率(kW)。3.效率A:当水泵的流量为QA时,水泵的有效功率占其轴功率的百分数(%)。,2.7 离心泵装置定速运行工况,2.7.1 工况点(1)水泵工况:指水泵在某个瞬时的实际工作状态。(2)水泵瞬时工况点:水泵运行时,某一瞬时的出水Q、H、N、及HS。(3)水泵装置的工况点:水泵的特性曲线与管道系统特性曲线的交点。,2.7 离心泵装置定速运行工况,(4)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)管路系统的布置及水池、水塔的水位值和变动等边界条件。,管道水头损失特性曲线,2.7.2 管路系统的特性曲
6、线,管路总水头损失:,水泵的设计扬程:,管道系统特性曲线,K(Qk,Hk):管路系统要输送Qk,水泵就要提供Hk的能量,来把水提高HST高度,并克服管道系统中流动时的水头损失hk。,2.7.3 图解法求水箱出流的工况点,1.直接法,Hk:水箱能够提供给液体的比能H;管道通过Qk时,摩阻消耗的液体比能为hk。即,H=hk=H k。K点:水箱出流的工况点。,2.7.3 图解法求水箱出流的工况点,2.折引法,K点:水箱能够提供的总比能全部消耗掉。它与管道所消耗的总比能相等的平衡点。K点:该水箱出流的工况点。,K,2.7.4 图解法求离心泵装置的工况点,离心泵装置的工况点,1.直接法,M,平衡工况点,
7、D,K,水泵装置的平衡工况点:点K:则Hk1Hk2,供需失去平衡,多余的能量就会使管道中流速增大,从而使流量增加,直增至M点为止;点D:则HD1HD2,由于能量不足,管中流速降低,流量随着减少,直减至M为止。极限工况点:若管路上的所有闸阀全开,那么M点为该装置的极限工况点。,HST,Q,QM,H,Q-h,Q-H,2.折引法,离心泵装置的工况点,(Q-H),M1,HM,h,折引特性曲线,原理:拟合Q-H曲线与管道系统特性曲线联立求解工况点。,2.7.5 数解法求离心泵装置的工况点,(1)抛物线法(虚拟特性曲线),H水泵的实际扬程(MPa);Hx水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa);Sx泵体内
8、虚阻耗系数,拟合Q-H曲线,(2)最小二乘法 用多项式拟和Q-H曲线,根据最小二乘法的原理求出各系数的线性方程组:,拟合Q-H曲线,(2)最小二乘法,解出上式可求出H0、A1、Am。工程中一般取m2,或m3。,从厂家提供的离心泵泵样本的特性曲线上,取几个点代入上述方程,求出系数。得到Q-H曲线,然后再与管路特性曲线联立求出工况点。,例题,现有14SA-10型离心泵1台,n1450r/min,叶轮直径D466mm,其Q-H特性曲线如图2-27(P32),试拟合特性曲线方程。,14SA-10型离心泵Q-H曲线上的坐标值,解:由Q-H特性曲线上,取包括(H0,Q0)在内的任意4点,其值见下表,H:m
9、,Q:L/s。,将已知的坐标值带入线性方程组(2-63b),,解得:A1=0.0168,A2-0.00017,将其带入式(2-63c),得:H720.0168Q-0.00017Q2,2.7.6 离心泵装置工况点的改变,水泵的工况点是由水泵特性曲线和管路特性曲线共同决定的,是能量供给与消耗相平衡的结果,符合能量守恒定律,若二者之一改变,工况点就会改变。改变工况点的方法:,(1)改变管路特性曲线 自动调节(水位变化)、阀门调节(节流调节),(2)改变水泵特性曲线 变速调节(调速运行)、切削调节(换轮运行)等,1.自动调节,前置水塔:晚上:用水量减少水塔储水水箱水位 静扬程HST管路特性曲线向上移动
10、 工况点由ABC 供水量。白天:用水量增加水塔出水水箱水位静扬程HST管路特性曲线向下移动工况点 C B A供水量。,2.阀门调节(节流调节),调节方法:闸阀:全开开度逐渐管道特性曲线变陡工况点:A B C,极限工况点空载工况点,极限工况点,空载工况点,QA,A,H,Q,QB,B,阀门调节的优缺点:,B1,H,优点:简便易行,可连续变化,Q,N,原动机没有过载危险。缺点:关小阀门时增大了流动阻力,消耗泵多余能量,经济上不够合理。,NA,NB,2.8 离心泵装置调速运行工况,2.8.1 叶轮相似定律(1)几何相似条件:两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例,所有的对应角相等。,b2、b2
11、m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度;D2、D2m 实际泵与模型泵叶轮的外径;长度比尺。,(2)运动相似条件:两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致,大小互成比例。即相应点上水流的速度三角形相似。,两台泵能满足几何相似和运行相似,称为工况相似泵。在几何相似的前题下,运动相似就是工况相似。,速度比尺。,2.8.1 叶轮相似定律,叶轮相似定律有三个方面:1.第一相似定律 确定两台在相似工况下运行的流量之间的关系。,2.8.1 叶轮相似定律,2.第二相似定律 确定两台在相似工况下运行扬程之间的关系。,2.8.1 叶轮相似定律,3.第三相似定律 确定两台在相似工况下运行轴功率之间的关系。,2.8.1 叶轮相
12、似定律,把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵,则可得到比例律:,2.8.2 相似定律的特例比例律,比例律,1.比例律应用的图解方法 比例率在设计与运行中常遇到的问题:(1)已知:水泵转速nl时的(Q-H)l曲线,但所需的工况点不在该特性曲线上,而在A2(Q2,H2)处。问:如果需要水泵在A2点工作,其转速n2应是多少?(2)已知:水泵转速nl时的(Q-H)l、(Q-N)l、(Q-)l 曲线;试用:比例律翻画转速为n2时的(Q-H)2、(Q-N)2、(Q-)2 曲线。,2.8.2 相似定律的特例比例律,A1(Q1,H1),b.求A1点:相似工况抛物线与(Q-H)1曲线的交点A1(Q1,H
13、1)。,c.求n2:,HkQ2,相似工况抛物线(等效率曲线),a.求“相似工况抛物线”,0,问题(1),同理可求(Q-N)2曲线。,a.在(Q-H)l线上任取a、b、c、d、e点;b.利用比例律求(Q-H)2上的a、b、c、d、e、作(Q-H)2曲线。,解题步骤:选点计算立点连线,求(Q-H)2曲线,0,问题(2),求(Q-)2曲线,利用比例律时,认为相似工况下对应点的效率是相等的,将已知图中a、b、c、d等点的效率点平移即可。,Q-2,b,Q-1,问题(2),2.比例律应用的数解方法,问题(1),0,问题(2),n1H1HxSxQ12,n2H2HxSxQ22,0,2.比例律应用的数解方法,定
14、速与调速运行比较:,调速运行优点:(1)省电耗(NB2NB2)(2)保持管网等压供水(HST基本不变),B2,B2,A1,A2,B1,A2,NB2,NB2,经过调速,可以使水泵的工作范围由一个段变为一个区。,?为什么要引入这个概念?水泵叶轮构造和水力性能多样,大小尺寸不一,为了对水泵进行分类比较,就需要一个能够反映水泵性能共性的特征参数,作为水泵规格化或分类的基础。这个特征数就是相似准数叶片泵的比转数(ns)反映了水泵叶轮的综合特性,是叶轮形状和性能的一个综合判据。是一个表达水泵的流量、扬程和转速等参数关系的一个综合性指标。,2.8.3 相似准数比转数(ns),最高效率下,当有效功率Nu735
15、.5W(1HP),扬程 Hm1m,流量Qm0.075 m3/s的水泵。在这种工况下,该模型泵的转数,就叫做与它相似的实际泵的比转数ns。举例:12Sh-28A型离心泵 数字“28”为水泵的比转数被10除的整数。即表示该泵的比转数ns为280。所有与该水泵相似的水泵的比转数都应为280。,1.模型泵的定义,用第一和第二相似定律,注:(1)Q、H:水泵最高效率时的流量和扬程,即水泵的设计工况点。指单吸、单级泵的流量和扬程。(2)ns:根据输送温度为20,密度1000kgm3的清水得出的。单位是“rmin”。它不是一个实际的转速,它是用来比较各种泵性能的一个共同标准,一般略去不写。,将模型泵的Hm1
16、m,Qm0.075m3/s 代入上式,得:,2.比转数的计算,3.对比转数的讨论,(1)虽然实际的比转数(ns)是模型泵的转数,但它包含了实际泵的参数,所以反映实际水泵的主要性能。,当转速n一定时:ns越大,水泵的流量越大,扬程越低。ns越小,水泵的流量越小,扬程越高。,(2)可用比转数ns可对叶片泵进行分类,要形成不同比转数ns,在构造上可改变叶轮的外径(D2)和内径(D1)与叶槽宽度(b2)。,3.对比转数的讨论,(3)ns不同,反映水泵特性曲线的形状也不同。为分析水泵性能随比转数变化关系,将叶片泵的性能曲线用相对性能曲线表示。,不同ns叶片泵的相对 曲线,3.对比转数的讨论,不同ns叶片
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