特性曲線與泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況分析

馬曉軍 石家莊工業(yè)泵廠有限公司 050100

特性曲線與泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況分析

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介紹了水泵裝置特性曲線及水泵特性曲線的特點(diǎn)、泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況的分析。

水泵；特性曲線；運(yùn)轉(zhuǎn)工況；偏流量；分析

于是，裝置揚(yáng)程H C可寫成：

公式（1）是裝置揚(yáng)程公式，也就是裝置特性曲線的公式，對水泵裝置來講，H0+（P″- P′）/ρg 是不隨流量改變的，它是一個(gè)常數(shù)，于是從公式（1）可見，裝置特性曲線是一條拋物線，如圖2。

前言

在泵的運(yùn)行過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,偏大流量,電機(jī)超載的現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn),有些泵流量對揚(yáng)程的變化不很敏感,而有些泵揚(yáng)程稍有變化時(shí),流量會有很大的變化。而后者當(dāng)設(shè)計(jì)院提供的選型揚(yáng)程不夠準(zhǔn)確時(shí),最容易出現(xiàn)問題。下面就上面的現(xiàn)象做具體的分析。

一、水泵裝置及裝置特性曲線

圖2 裝置特性曲線

所謂的水泵裝置，即是水泵和管路以及管路上的附件。圖1是一個(gè)簡單的水泵裝置的示意圖。

圖1

圖3 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)

二、泵特性曲線的形式及特點(diǎn)

P′吸水池表面的壓力，P″壓水池表面的壓力。

圖上的6為水泵，1為壓水池，2為壓出管路，3為流量計(jì)，4為壓強(qiáng)計(jì)，5為調(diào)節(jié)閥，7為真空壓強(qiáng)計(jì)，8為修理閥，9為吸入管路，10為吸水池，11為底閥等等。上述諸部件的綜合組成了水泵裝置。

水泵裝置有自己的裝置特性曲線，裝置特性曲線就是裝置揚(yáng)程與管路中的流量的關(guān)系曲線。管路中的流量是很容易理解的。裝置揚(yáng)程的定義是：在水泵裝置中，把單位重量的液體自吸水池液體表面移至壓水池液體表面所需做的功，裝置揚(yáng)程以H0表示之，其單位為液柱高度m。

裝置揚(yáng)程 H0應(yīng)等于下面兩部分之和

1.單位重量液體能量增加部分，（又分為）：

a.位能的增加H0;b壓能的增加（P″- P′）/ρg

2．液體自吸水池表面至壓水池表面途中各種水力損失的總和∑h;它包括管路的進(jìn)口損失，管路中的水力摩擦阻力損失和局部損失，管路附件（各種閥門等）中的水力損失，管路出口損失等，我們可把∑h寫成：

上面講了裝置特性曲線的內(nèi)容，接下來再講一講泵的特性曲線，何為泵的特性曲線？泵內(nèi)運(yùn)動參數(shù)之間存在著一定的聯(lián)系，因此，運(yùn)動參數(shù)的外部表現(xiàn)形式—性能參數(shù)，其間也必然存在著相應(yīng)的聯(lián)系。如果用曲線的形式表示泵性能參數(shù)之間的關(guān)系，稱為泵的性能曲線（也叫特性曲線）。通常用橫坐標(biāo)表示流量Q，縱坐標(biāo)表示揚(yáng)程H、效率η、軸功率P、汽蝕余量NPSH（凈正吸頭）等。而泵的特性曲線（H—Q）即泵的揚(yáng)程與流量的關(guān)系的曲線大致分成三種形式（圖4）。

圖4

泵特性曲線（H-Q）的形式

(a)單調(diào)下降的特性曲線 在這種曲線中Q=0時(shí)揚(yáng)程最大（Hmax）,隨著流量增加，揚(yáng)程逐漸下降。每個(gè)揚(yáng)程對應(yīng)一個(gè)流量，這是一種穩(wěn)定的揚(yáng)程曲線。

(b)平坦的特性曲線，這種曲線流量變化很大，而揚(yáng)程變化很小。即揚(yáng)程稍有變化，則流量就有很大變化。

(c)駝峰（中高）特性曲線，在這種曲線中，在流量Q=0時(shí)的揚(yáng)程為H0，隨著流量的增加，揚(yáng)程達(dá)到最大值Hmax,而后隨流量的增加，揚(yáng)程下降。同一揚(yáng)程可以對應(yīng)兩種不同的流量，這是一種不穩(wěn)定的特性曲線。

三、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)

上面介紹了水泵裝置特性曲線、泵的特性曲線，在泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，兩者是怎樣聯(lián)系在一起的？上面的泵特性曲線的三種形式中，哪種形式是最好的？當(dāng)裝置揚(yáng)程偏離泵的選型揚(yáng)程時(shí)，將會出現(xiàn)何種問題？下面就針對上述問題做具體分析。

水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況點(diǎn)是由水泵的特性曲線和裝置特性曲線兩者決定的。把水泵裝置特性曲線和水泵特性曲線同畫在一個(gè)Q—H坐標(biāo)平面內(nèi)，如圖3，當(dāng)泵的特性曲線是單調(diào)下降的形式時(shí)，此兩線相交于M點(diǎn)，則M點(diǎn)即是水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的工況點(diǎn)。

在單調(diào)下降的泵的特性曲線中，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況點(diǎn)只能是M點(diǎn)，因?yàn)樵贛點(diǎn)水泵的揚(yáng)程等于水泵裝置揚(yáng)程，這時(shí)候單位重量的液體流過水泵時(shí)從水泵處得到的能量為H，正好把單位重量的液體從吸水池表面移到壓水池表面所需花費(fèi)的能量也是H，于是能量正好平衡。如果水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)不是M點(diǎn)，而是A點(diǎn)，則單位重量的液體經(jīng)過水泵時(shí)得到的能量H大于把單位重量液體從吸水面送往壓水面所需要的能量HC，能量不能平衡，液體所多余的能量就使管路中的流速增大，結(jié)果流量增大，運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)往右移，直到與M點(diǎn)重合為止，而如果水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)不是M點(diǎn)，而是B點(diǎn)，則單位重量液體從水泵處得到的能量H小于自吸水面移至壓水面所需之能量HC，這時(shí)管路中的流速自然立即減小，流量也減小，水泵工況點(diǎn)B往左移，直到與M點(diǎn)重合為止，所以水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)只可能是M點(diǎn)。

如果水泵的特性曲線有駝峰，如圖5，則很有可能裝置特性曲線與水泵特性曲線相交于兩點(diǎn)，如圖5的N點(diǎn)和M點(diǎn)，在水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)N點(diǎn)和M點(diǎn)均能平衡，但水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)仍只是M點(diǎn)，因?yàn)镸點(diǎn)符合穩(wěn)定平衡的條件：

dHC/dQ> dH/dQ

凡交點(diǎn)符合上述條件，則由于某種原因，水泵工況點(diǎn)向左或向右偏離M點(diǎn)時(shí)，工況點(diǎn)會很快回到M點(diǎn)，像上面分析的那樣。而N點(diǎn)則 dHC/dQ

當(dāng)工況點(diǎn)由于某種原因，例如輕微的振動等，向N點(diǎn)的左面稍稍偏移，則工況點(diǎn)就繼續(xù)向左偏移而遠(yuǎn)離N點(diǎn)，如果工況點(diǎn)稍稍向右便移一點(diǎn)，則工況點(diǎn)也將遠(yuǎn)離N點(diǎn)而與M點(diǎn)重合，故N點(diǎn)是不穩(wěn)定平衡工況點(diǎn)。

從這里可見，水泵特性曲線有駝峰是不好的，設(shè)計(jì)水泵時(shí)應(yīng)盡量設(shè)法消除特性曲線的駝峰。無駝峰陡降曲線是理想的泵性能曲線。

圖5 周期性不正常運(yùn)行裝置

圖6 裝置揚(yáng)程下降泵偏大流量運(yùn)行

在現(xiàn)實(shí)泵的運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)超電流的現(xiàn)象，一般情況是因?yàn)楣芫W(wǎng)阻力下降，裝置揚(yáng)程曲線由H-Q‘變到H-Q’導(dǎo)致裝置揚(yáng)程下降，運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)變到B點(diǎn)，泵在偏大流量下運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)過載，超電流,特性曲線比較平坦的泵最容易出現(xiàn)泵偏流量運(yùn)行,電機(jī)超載的現(xiàn)象程的。因?yàn)槠教沟奶匦郧€,流量雖揚(yáng)程變化比較大。設(shè)計(jì)院在選型時(shí),揚(yáng)程計(jì)算都留有很大的余量,實(shí)際裝置特性曲線下移,泵偏大流量運(yùn)行（如圖6）解決這種問題的方法是車削葉輪，或增加管網(wǎng)阻力。長遠(yuǎn)的辦法,就是在設(shè)計(jì)葉輪的水力模型時(shí),設(shè)法獲得陡降的特性曲線。這樣在揚(yáng)程有變化時(shí),泵的流量變化不是很明顯。

[1]關(guān)醒凡. 現(xiàn)代泵技術(shù)手冊. 北京: 宇航出版社.1995

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.101