第八节 离心泵调速运行工况 要点提示: 相似律、比例律

第八节 离心泵装置调速运行工况 调速运行——以相似定律为基础的，通过改变转速来改变水泵装置工况点的方法； 意义：大大扩展了离心泵高效工作区 高效点 → 高效段 → 高效区 （设计工况） （高效点10％范围） （不同转速Q-H）

一、叶轮相似定律 1.1 相似条件（P42） 用途： 相似水泵——能满足几何相似和运动相似的水泵 根据模型试验进行新产品的设计制造；用已知性能的泵推算未知性能的相似泵； 根据某一转速下性能换算其他转速下的性能 相似水泵——能满足几何相似和运动相似的水泵 1.1 相似条件（P42） (1)几何相似：叶轮主要部分尺寸成一定比例（2-64） (2)运动相似：叶轮对应点上水流同名速度方向一致、大小成比例（2-65） （图2－36） (3)动力相似：满足流道内液流在自模区、且几何相似、运动相似则可自动满足动力相似

小知识：动力相似的四个判别数 (1)惯性力（斯特卢哈Sh）判别数 (2)压力（欧拉Eu）判别数 （上二式几何相似、运动相似可使之满足） (3)重力（弗汝德Fr）判别数 （无自由液面情况下自动满足） (4)粘性力（雷诺Re）判别数 （自模区流速对阻力系数无影响）

1.2 相似定律（推导：P36~37） 第一相似定律——流量 第二相似定律——扬程 第三相似定律——功率 当实际尺寸与模型尺寸相差不大时，认为效率不变 相似律 → 比例律

二、比例律——相似定律的特例 2.1定义：将相似律用于同一台水泵时，即为比例律 2.2公式： 2.3 相似抛物线：

2.4 翻画转速改变后的泵特性线 （包括扬程特性线、功率特性线，对于降速工况效率线近似向左平移）

2.4 翻画转速改变后的泵特性线 比例律的数解方程： 转速1泵特性方程： 或 转速2泵特性方程：

思考：写出水泵启动过程中某转速下水泵扬程特性方程 或

P46例题2-3：已知：某水泵转速为950rpm时特性曲线（Q-H）1及管道特性方程 求：（1）水泵工况点（A），保持净扬程为10m； （2）流量下降33.3%时，转速应降为多少rpm; (3)翻画降速后泵特性曲线（Q-H）2 (1) A (QA,HA) (2 ) B：QB=（1-0.3)QA (3) (4) (QC,HC)

思考:将上述例题用数解法求解 已知:泵特性线方程

第八节（二） 变速运行及变速调节 要点:变速调节范围及调节方法

复习 P46例题 图2-39 图解法

复习 思路： 1.据泵特性线和管路特性线求交点即为装置工况点( ) 2.根据新工况点必在管路特性线上的条件，由新流量 1.据泵特性线和管路特性线求交点即为装置工况点( ) 2.根据新工况点必在管路特性线上的条件，由新流量 求新扬程 ，据此计算相似抛物线数 ，绘出相似抛物线与原泵特性线相交求出新工况点的相似点（ ），利用比例律第一或第二定律求新转速； 3.已知原特性线和新转速，利用上节比例律数解方程内容翻画降速后的泵特性线

1、根据水泵特性方程与管道特性方程求解装置工况点( ) P49例题2-4： 水泵：H=45.833-458.333Q^2， 管道：H=10+17500Q^2 求: (1)水泵工况点;(2)若需工况点为Q=0.028,求n2; (3)求n2时的Q-H方程 思路： 1、根据水泵特性方程与管道特性方程求解装置工况点( ) 2、新工况点( )及其与原转速特性线相似点( )的坐标应满足相似抛物线方程，先由新工况点求出相似抛物线系数 ，列出抛物线方程 与原特性 线联立求解相似工况点 ，最后利用比例律求解新转速； 3、新转速下的高效段方程由上一讲的比例律数解方程求出。

三、调速途径及调速范围 (1)电机转速不变：液力偶合器（用油作为力矩传递的介质，属滑差传动）P47 图2-53、54 解释：（电机轴）能量形式由机械功通过泵轮转为油能，再通过涡轮转为机械功（泵轴） 优点：无级调速、节能、轻载启动 缺点：滑差传动、损失热能 (2)电机转速改变 （P137 式4-6，4-7） 通过调节交流电机的频率、极对数、转差率改变电机转速。 同步电机： 调节同步转速（变频、变极）、效率高 异步电机 ： 调节转差率、效率低

(3)变速调节特点及分类 变频调速是无级调速； 变极调速根据电动机定子三相绕组接成的极对数的不同有双速、三速、四速电动机(适用于鼠笼式异步电动机)。 工程中将调速方式分为： 1.电动机非变频调速 调压(改变电机定子电压)、串接电阻(改变电机转子电阻)、变级数(改变电机定子)、串级调速等； 2.变频调速装置的变频调速 方案比较见P138表4-2

变频调速小知识： 优于：调压调速、变极调速、滑差调速（效率低、故障多）、串级调速、整流子调速和液力偶合器调速、机械变速（摩擦严重）、直流调速电机（炭刷和整流子易坏）； 特点： 1.体积小重量轻，可挂墙安装、不占用的面积、操作简便，可手控、自控及遥控； 2.配备一台变频调速，输入端与电源相接、输出端与鼠笼异步电机进线相接，即可调速。根据需要，以温度、压力、液面、流量、介质成分等参数信号输入变频调速外部接口，或用可编程控器、计算机等连接，即可实行闭环控制。

变频调速小知识： 3.电机可低速直接在线启动，启动电流低( )，对电网和设备冲击小 3.电机可低速直接在线启动，启动电流低( )，对电网和设备冲击小 4.有多种保护功能(如过电压、欠电压、瞬时停电、过电流、短路等)，数字显示故障。 5.降速后也减少噪音和振动

四、调速注意事项 安全运行前提：调速后转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数 提速运行：要考虑机械性损裂或材料的抗裂性能 概念：固有频率、共振、临界转速 设计转速约为临界转速0.75nc～0.8nc 多级泵设计转速为1.2nc1<n<0.7nc2 提速运行：要考虑机械性损裂或材料的抗裂性能 调速泵与定速泵的合理配置：充分发挥调速范围、以节能高效为原则 调速设备投资还本年限：T/A〈＝2

调速后节约的电费: K__当地每kWh的电费(元) 277.79__当水泵的效率为100％时，在全压强为1MPa，水量Q为1000m^3时所消耗的电度数 ——调速之前泵组总效率 ——水泵高效区内水泵效率的平均值与电机效率乘积 第一、二项——分别为调到高效区前、后每m^3每MPa所消耗的电能 Ci是季节扬程Hi在全年中出现的机率，Q是水泵在全年中的供水量

五、调速范围 （1）非变频调速范围 根据离心泵特性，一般不允许提速运行 根据电动机工作特性： 电机负载率 为电动机高效区，当负载率小于50%时，效率会急剧降低 综合考虑 解之得：

调速范围 （2）变频调速范围 变频调速时，电压以一定比例关系得以调节，电机一直处于高效区，故可仅考虑水泵运行特点，调速范围增至 （3）具体问题具体分析 还须综合考虑的因素是管路效率，对于低效的水泵调速范围较小。 泵装置效率由泵效率、电机效率、管路效率之乘积构成。

调速范围 其中管路效率 降速运行时泵效率降低，但管路效率提高，对装置效率影响不大；提速运行使流量大于设计流量时，泵效率和管路效率同时降低，对装置效率影响较大。 降速运行原则：装置效率不低于部颁标准

作业 P110 13~14