泵与风机的运行

泵与风机的运⾏

第⼗章泵与风机的运⾏1．本章教学提纲：

⼀、管路特性曲线及⼯作点: 泵与风机的性能曲线，只能说明泵与风机⾃⾝的性能，但泵与风机在管路中⼯作时，不仅取决于其本⾝的性能，⽽且还取决于管路系统的性能，即管路特性曲线.

⼆、泵与风机的联合⼯作：当采⽤⼀台泵或风机不能满⾜流量或能头要求时，往往要⽤两台或两台以上的泵与风机联合⼯作。泵与风机联合⼯作可以分为并联和串联两种。

三、运⾏⼯况的调节：泵与风机运⾏时，由于外界负荷的变化⽽要求改变其⼯况，⽤⼈为的⽅法改变⼯况点则称为调节。⼯况点的调节就是流量的调节，⽽流量的⼤⼩取决于⼯作点的位置，因此，⼯况调节就是改变⼯作点的位置。通常有以下⽅法，⼀是改变泵与风机本⾝性能曲线；⼆是改变管路特性曲线；三是两条曲线同时改变。

四、运⾏中的主要问题：

（1）泵与风机的振动：汽蚀引起振动，旋转失速(旋转脱流)引起振动，机械引起的振动（2）噪声

（3）磨损2．本章基本概念：

⼀、管路特性曲线：管路中通过的流量与所需要消耗的能头之间的关系曲线

⼆、⼯作点：将泵本⾝的性能曲线与管路特性曲线按同⼀⽐例绘在同⼀张图上，则这两条曲线相交于某⼀点，该点即泵在管路中的⼯作点。

三、泵与风机的并联⼯作：并联系指两台或两台以上的泵或风机向同⼀压⼒管路输送流体的

⼯作⽅式，并联的⽬的是在压头相同时增加流量。

四、泵与风机的串联⼯作：串联是指前⼀台泵或风机的出⼝向另⼀台泵或风机的⼈⼝输送流体的⼯作⽅式，串联的⽬的是在流量相同时增加压头。3．本章教学内容：

第⼀节管路特性曲线及⼯作点

泵与风机的性能曲线，只能说明泵与风机⾃⾝的性能，但泵与风机在管路中⼯作时，不仅取决于其本⾝的性能，⽽且还取决于管路系统的性能，即管路特性曲线。由这两条曲线的交点来决定泵与风机在管路系统中的运⾏⼯况。

⼀、管路特性曲线

现以⽔泵装置为例，如右图所⽰，泵从吸⼈容

器⽔⾯A—A处抽⽔，经泵输送⾄压⼒容器B—B，

其中需经过吸⽔管路和压⽔管路。下⾯讨论管路特

性曲线。管路特性曲线，就是管路中通过的流量与

所需要消耗的能头之间的关系曲线。确定单位重量

流体从吸⼈容器输送⾄输出容器所需的能头，列出

断⾯A—A与1—1的伯诺利⽅程为

断⾯2—2与B—B的伯诺利⽅程为

两式联⽴后得

左端就是泵或风机在运⾏状态下所提供的总能头，右端是管路系统为输送液体所消耗的总能

头，通称为管路阻⼒，以H 表⽰。因此：式中PB、PA—需克服的吸⼈容器与输出容器中的压头差，m；Ht—流体被提升的总⾼度，m；

hw—输送流体时在管路系统中的总能头损失，m。

近代⾼参数设备中，输出容器内流体的压⼒随⼯况⽽变化，如直流锅炉、除氧器的滑压运⾏等。此处仅讨论定压运⾏时流体所消耗的总能头。

上式中的前两项均与流量⽆关，故称其和为静压头，⽤符号Hst表⽰。⽽管路系统中阻⼒损失，从流体⼒学知道，与流量平⽅成正⽐，故可写为

对于某⼀定的泵与风机装置⽽⾔，ψ为常数，hw与qv为⼆次抛物线关系。因此，式(6—4a)⼜可写成如下形式：

上式是泵的管路特性曲线⽅程。可见，当流量发⽣变化时，阻⼒Hc也要发⽣变化。

对于风机，因⽓体密度很⼩，Ht形成的⽓柱压⼒可以忽略不计，⼜因送风机是将空⽓

送⼈炉膛，引风机是将烟⽓排⼈⼤⽓，都接近⼤⽓压，故风机的管路特性曲线⽅程可近似认为

因此可看出，管路特性曲线是⼀条⼆次抛物

线，此抛物线顶点⽔泵位于，⽽风机为⼀条过原

点的⼆次抛物线，如图6—2所⽰。

⼆、⼯作点

将泵本⾝的性能曲线与管路特性曲线按同⼀

⽐例绘在同⼀张图上，则这两条曲线相交于M点，M 点即泵在管路中的⼯作点(图6—3)。该点流量

为qVM，总扬程为HM，这时泵产⽣能量等于流体

在管道中克服的阻⼒，所以泵在M 点⼯作时达到

能量平衡，⼯作稳定。

如果⽔泵不在M点⼯作，⽽在A点⼯作，此

时泵产⽣

时泵产⽣

的能量是HA，由右图可知，在qvA流量下通过管路

装置所需要的能量则为HA＇，⽽HA> HA＇，说明流

体的能量有富裕，此富裕能量将促使流体加速，流

量则由qvA增加到qvM，只能在M 点⼜重新达到平

衡。同样，如果泵在B点⼯作，则泵产⽣的能量是HB。，在qvB流量下通过管路装置所需要

的能量是HB＇，⽽HB< HB＇，由于泵产⽣的能量不⾜，以致使流体减速，流量qvB 减少⾄qVM，

这时⼯作点必然移到M点⽅能平衡。因此，可以看出，只有M点才是稳定⼯作点。

流体在管路中流动时，都是依靠静压来克服臂路阻⼒的，尽管风机输送的是⽓体，并有压缩性，导致流速变化较⼤，但克服阻⼒仍靠静压，因此其⼯作点是由静压性能曲线与管路特性曲线的交点M来决定的，如图6—4 所⽰。

风机⼯作时出⼝动压若直接排⼈⼤⽓，则全部损失掉了。若在出⼝管路上装设扩散器，则可将⼀部分风机出⼝动压转变为静压，此静压也可⽤来克服管路阻⼒，从⽽提⾼风机的经济性。

当泵或风机性能曲线与管路特性曲线⽆交点时，则说明这种泵或风机的性能过⾼或过低，不能适应整个装置的要求。某些泵或风机具有驼峰形的性能曲线，如图6—5 所⽰，K 为性能曲线的最⾼点。若泵

或风机在性能曲线的下降区段⼯作，如在M 点⼯作，则运⾏是稳定的。但是，若⼯作点处于泵或风机性能曲线的上升区段⼯作，如A 点，粗看似乎也能平衡⼯作，但实际上是不稳定的，稍有⼲扰(如电路中电压波动、频率变化造成转速

变化、⽔位波动，以及设备振动等)，A点就会移动，这

是因为当A点向右移动时，泵或风机产⽣的能量⼤于管

路装置所需要的能量，从⽽流速加⼤，流量增加，⼯作

点继续向右移动，直到M 点为⽌才稳定运转；当A 点

向左移动时，泵或风机产⽣的能量⼩于管路装置所需要

的能量，则流速减慢，流量降低，⼯作点继续向左移动，

直到流量等于零⽆输出为⽌。这就是说⼀遇⼲扰，A 点

就会向右或向左移动，⽽且再也不能回复到原来的位置A点，故A点称为不稳定⼯作点。

如果泵或风机的性能曲线没有上升区段，就不会出现⼯作的不稳定性，因此泵或风机应当设计成性能曲线只有下降形的。若泵或风机的性能曲线是驼峰形的，则⼯作范围要始终保持在性能曲线的下降区段，这样就可以避免不稳定的⼯作。具有驼峰形的性能曲线，通以最⼤总扬程，即驼峰的最⾼点K 作为区分稳定与不稳定的临界点，K 点左侧称为不稳定⼯作区域，右侧称为稳定⼯作区域，在任何情况下，都应该使泵或风机保持在稳定区⼯作。

风机的不稳定⼯作不仅表现在风机的流量为零，⽽且可能出现负值(倒流)，⼯作点交

替地在第⼀象限和第⼆象限内变动。这种流量周期性地在很⼤范围内反复变化的现象，通常称为喘振(或称飞动)。关于喘振的问题，将在后⾯介绍。

第⼆节泵与风机的联合⼯作

当采⽤⼀台泵或风机不能满⾜流量或能头要求时，往往要⽤两台或两台以上的泵与风机联合⼯作。泵与风机联合⼯作可以分为并联和串联两种。

⼀、泵与风机的并联⼯作

并联系指两台或两台以上的泵或风机向同⼀压⼒管路输送流体的⼯作⽅式，如图6—6 所⽰。并联的⽬的是在压头相同时增加流量，并联⼯作多在下列情况下采⽤：(1)当扩建机组，相应的需要流量增⼤，⽽对

原有的泵与风机仍可以使⽤时；(2)电⼚中为了避免⼀台泵或风机的事故影响

主机主炉停运时；(3)由于外界负荷变化很⼤，流量变化幅度相应很⼤，为了发挥泵与风机的经济效果，使其能

⾼效率范围内⼯作，往往采⽤两台或数台并联⼯作，以增减运⾏台数来适应外界负荷变化的要求时。热⼒发电⼚的给⽔泵、循环⽔泵、送风机、引风机等常采⽤多台并联⼯作。并联⼯作可分为两种情况，即相同性能的泵与风机并联和不同性能的泵与风机并联，通常以相同性能的泵与风机并联为多，故现以相同性能的泵与风机并联泵为例介绍并联⼯作的特点。(⼀)同性能(同型号)泵并联⼯作

图6—6为两台泵并联⼯作时的性能曲线。图中曲线I、Ⅱ为两台相同性能泵的性能曲线，Ⅲ为管路特性曲线，并联⼯作时的性能曲线为I+Ⅱ，它是将单独的性能曲线的流量在扬程相等的条件下迭加起来⽽得到的。再画出它们的输送管路特性曲线Ⅱ，从⽽得与泵并联性能曲线的交点M，即为并联时的⼯作点，此时流量为qVM，扬程为HM。为了确定并联时单个泵的⼯况，由M点作横坐标平⾏线与单泵(即I或Ⅱ)的特性曲线交于B 点，即为每台泵在并联⼯作时的输出流量⼯况点。B点也就决定了并联时每台泵的⼯作参数，

即流量为qvB，扬程为HB。并联⼯作的特点是：扬程彼此相等，总流量为每台泵输送流量之

和，即qVM=2qvB。并联前每⼀台泵的参数与并联后每⼀台泵的参数⽐较：未并联时泵的单独

运⾏时的⼯作点为C(qVc, Hc)，⽽并联的每台泵的⼯作点为B(qvB，HB)，由图6—6 可看出：

这表明：两台泵并联时的流量等于并联时的各台泵流量之和，显然与各台泵单独⼯作时

相⽐，则两台泵并联后的总流量qVM⼩于⼆台泵单独⼯作的流量qVc的 2 倍，⽽⼤于⼀台泵

单独⼯作时的流量qVc。并联后每台泵⼯作的流量qvB较单独时的qVc较⼩，⽽并联后的扬程

却⽐⼀台泵单独⼯作时要⾼些。这是因为输送的管道仍是原有的，直径也没增⼤，⽽管道摩擦损失随流量的增加⽽增⼤了，从⽽阻⼒增⼤，这就需要每台泵都提⾼它的扬程来克服这增

加的阻⼒⽔头，故HM⼤于Hc，流量qvB就相应的⼩于qvc。

在选择电动机时应注意，如果两台泵长期并联⼯作，应按并联时各台泵的最⼤输出流量来选择电动机的功率，即每台泵的流量应按qvB＝0.5 qVM来选择⽽不以qVc来选择，使其

在并联⼯作时在最⾼效率点运⾏。但是，由于并联的台数有的是随扩建递增的，事先很难定

在并联⼯作时在最⾼效率点运⾏。但是，由于并联的台数有的是随扩建递增的，事先很难定出其多台并联⼯作下的分配流量，从⽽导致选择容量过⼤在扩建后并联运⾏效率降低。若考虑到在低负荷只⽤⼀台泵运⾏时，为使电动机不致于过载，电动机的功率就要按单独⼯作时输出流量qVc的需要功率来配套。

并联⼯作时，管路特性曲线越平坦，并联后的流量就越接近单独运⾏时的2 倍，⼯作就

越有利。如果管路特性曲线越陡，陡到⼀定程度时仍采取并联是徒劳⽆益的。若泵的性能曲线越陡时，并联后的总流量qVM反⽽就越⼩于单独⼯作时流量qVc的 2 倍，因此为达到并联

后增加流量的⽬的，泵的性能曲线应当陡⼀些为好。从并联数量来看，台数愈多，并联后所能增加的流量越少，即每台泵输送的流量减少，故并联台数过多并不经济。

⼆、泵与风机的串联⼯作

串联是指前⼀台泵或风机的出⼝向另⼀台泵或风机的⼈⼝输送流体的⼯作⽅式，串联⼯作常⽤于下列情况：(1)设计制造⼀台新的⾼压的泵或风机⽐较困难，⽽现有的泵或风机的容量已⾜够，只是压头不够时。

(2)在改建或扩建的管道阻⼒加⼤，要求提⾼扬程以输出较多流量时。

串联也可分为两种情况，即相同性能的泵与风机串联和不同性能的泵与风机串联，现

以⽔泵串联为例，介绍串联⼯作的特点。

（⼀）相同性能的泵与风机串

如图6—8 所⽰，曲线I、Ⅱ分别为两台泵的性能

曲线。串联性能曲线I+Ⅱ是将单独泵的性能曲线的扬

程是在流量相同的情况下把各⾃的扬程迭加起来得到

的。它与共同管路特性曲线Ⅲ相交于M点，该点即为

串联⼯作时的⼯作点，此时流量为qVM，扬程为HM。

过M点作横坐标的垂直线与⾮并联时单独泵的性能曲

线交于B点，即为每台泵串联⼯作后各⾃的⼯作点，

此时流量为qvB，扬程为HB。

串联⼯作的特点是流量彼此相等，总扬程为每台