特性曲線與泵的運轉工況分析

馬曉軍 石家莊工業泵廠有限公司 050100

特性曲線與泵的運轉工況分析

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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、泵的運轉工況的分析。

水泵；特性曲線；運轉工況；偏流量；分析

于是，裝置揚程H C可寫成：

公式（1）是裝置揚程公式，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，它是一個常數，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

在泵的運行過程中,經常會出現泵的運轉不穩定,偏大流量,電機超載的現象。分析發現,有些泵流量對揚程的變化不很敏感,而有些泵揚程稍有變化時,流量會有很大的變化。而后者當設計院提供的選型揚程不夠準確時,最容易出現問題。下面就上面的現象做具體的分析。

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是一個簡單的水泵裝置的示意圖。

圖1

圖3 水泵運轉工況點

二、泵特性曲線的形式及特點

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，4為壓強計，5為調節閥，7為真空壓強計，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程與管路中的流量的關系曲線。管路中的流量是很容易理解的。裝置揚程的定義是：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，裝置揚程以H0表示之，其單位為液柱高度m。

裝置揚程 H0應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容，接下來再講一講泵的特性曲線，何為泵的特性曲線？泵內運動參數之間存在著一定的聯系，因此，運動參數的外部表現形式—性能參數，其間也必然存在著相應的聯系。如果用曲線的形式表示泵性能參數之間的關系，稱為泵的性能曲線（也叫特性曲線）。通常用橫坐標表示流量Q，縱坐標表示揚程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）即泵的揚程與流量的關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)單調下降的特性曲線 在這種曲線中Q=0時揚程最大（Hmax）,隨著流量增加，揚程逐漸下降。每個揚程對應一個流量，這是一種穩定的揚程曲線。

(b)平坦的特性曲線，這種曲線流量變化很大，而揚程變化很小。即揚程稍有變化，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時的揚程為H0，隨著流量的增加，揚程達到最大值Hmax,而后隨流量的增加，揚程下降。同一揚程可以對應兩種不同的流量，這是一種不穩定的特性曲線。

三、水泵運轉工況點

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

水泵運轉時的工況點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Q—H坐標平面內，如圖3，當泵的特性曲線是單調下降的形式時，此兩線相交于M點，則M點即是水泵運轉的工況點。

在單調下降的泵的特性曲線中，水泵運轉時的工況點只能是M點，因為在M點水泵的揚程等于水泵裝置揚程，這時候單位重量的液體流過水泵時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的能量也是H，于是能量正好平衡。如果水泵的運轉工況點不是M點，而是A點，則單位重量的液體經過水泵時得到的能量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，結果流量增大，運轉工況點往右移，直到與M點重合為止，而如果水泵的運轉工況點不是M點，而是B點，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，這時管路中的流速自然立即減小，流量也減小，水泵工況點B往左移，直到與M點重合為止，所以水泵的運轉工況點只可能是M點。

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，如圖5的N點和M點，在水泵運轉時N點和M點均能平衡，但水泵的運轉工況點仍只是M點，因為M點符合穩定平衡的條件：

dHC/dQ> dH/dQ

凡交點符合上述條件，則由于某種原因，水泵工況點向左或向右偏離M點時，工況點會很快回到M點，像上面分析的那樣。而N點則 dHC/dQ

當工況點由于某種原因，例如輕微的振動等，向N點的左面稍稍偏移，則工況點就繼續向左偏移而遠離N點，如果工況點稍稍向右便移一點，則工況點也將遠離N點而與M點重合，故N點是不穩定平衡工況點。

從這里可見，水泵特性曲線有駝峰是不好的，設計水泵時應盡量設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 周期性不正常運行裝置

圖6 裝置揚程下降泵偏大流量運行

在現實泵的運行過程中，經常出現電機超電流的現象，一般情況是因為管網阻力下降，裝置揚程曲線由H-Q‘變到H-Q’導致裝置揚程下降，運行工況點由A點變到B點，泵在偏大流量下運行，導致電機過載，超電流,特性曲線比較平坦的泵最容易出現泵偏流量運行,電機超載的現象程的。因為平坦的特性曲線,流量雖揚程變化比較大。設計院在選型時,揚程計算都留有很大的余量,實際裝置特性曲線下移,泵偏大流量運行（如圖6）解決這種問題的方法是車削葉輪，或增加管網阻力。長遠的辦法,就是在設計葉輪的水力模型時,設法獲得陡降的特性曲線。這樣在揚程有變化時,泵的流量變化不是很明顯。

[1]關醒凡. 現代泵技術手冊. 北京: 宇航出版社.1995

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.101