chapter10泵与风机的运行讲义

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P B、P A—需克服的吸人容器与输出容器中的压头差，m；

H t—流体被提升的总高度，m；

h w—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H st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，h w与q v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H c也要发生变化。

对于风机，因气体密度很小，H t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q VM，总扬程为H M，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

的能量是H A，由右图可知，在q vA流量下通过管路

装置所需要的能量则为H A＇，而H A> H A＇，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q vA增加到q vM，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H B。，在q vB流量下通过管路装置所需要的能量是H B＇，而H B< H B＇，由于泵产生的能量不足，以致使流体减速，流量q vB减少至q VM，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