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離心泵并聯(lián)后工況計(jì)算方法
時(shí)間：2012/3/22 來(lái)源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
一、水泵并聯(lián)特性曲線的繪制
ISW臥式管道離心泵并聯(lián)工作就相當(dāng)于有一臺(tái)假想水泵，這個(gè)假想水泵的工況等于并聯(lián)水泵的工況，這個(gè)假想水泵的性能曲線也等于并聯(lián)后水泵的特性曲線。并聯(lián)后水泵的特性曲線(假想水泵的特性曲線)可以采用等揚(yáng)程條件下流量疊加的方法繪制。具體步驟如下。
首先，將并聯(lián)的兩臺(tái)水泵的Q-H曲線l、Ⅱ繪在同一坐標(biāo)圖上；然后把對(duì)應(yīng)于同一日值的各個(gè)流量加起來(lái)，如圖1-21所示，把1號(hào)泵(Q-H)曲線上的1、1’、1’’，分別與Ⅱ號(hào)泵Q-H曲線上的2、2’、2’’各點(diǎn)的流量相加，則得到工、Ⅱ號(hào)水泵并聯(lián)后的流量3、3’、3’’，然后連接3、3’、3’’各點(diǎn)即得水泵并聯(lián)后的總和(Q-H)1+2曲線。
這種等揚(yáng)程下流量疊加的方法，實(shí)際上是將管道水頭損失視為零的情況下來(lái)求并聯(lián)后的工況點(diǎn)。但在實(shí)際工程中管路布置可能是不同的，水泵型號(hào)可能不是同一型號(hào)，水頭損失也不相同，因此，并聯(lián)工作的各水泵的揚(yáng)程就不同。在這種情況下不能直接采用等揚(yáng)程條件下流量疊加的方法繪制并聯(lián)后水泵的特性曲線，只能用折引的方法求出折引后的并聯(lián)水泵的特性曲線。
二、IS、IR臥式單級(jí)單吸清水離心泵并聯(lián)工況圖解法
(一)同型號(hào)、同水位、管路相同的兩臺(tái)水泵并聯(lián)工況圖解法
1．首先繪制兩臺(tái)水泵并聯(lián)特性曲線(Q-H)1+2
如圖1-22所示，在坐標(biāo)圖上繪出l、2兩臺(tái)水泵的特性曲線，由于兩臺(tái)水泵型號(hào)相同，所以特性曲線相同。由于兩臺(tái)水泵同在一個(gè)吸水井中抽水，從吸水口A、B兩點(diǎn)至壓水管交匯點(diǎn)的管徑相同，長(zhǎng)度也相等，故E hA0一∑hB0，靜揚(yáng)程又相等，因此，兩臺(tái)水泵的揚(yáng)程相等。這樣就可以采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法繪制水泵并聯(lián)特性曲線(Q—H)1+2。具體步驟是先在(Q-H)1，2曲線上任取幾點(diǎn)，然后，在相同縱坐標(biāo)值上把相應(yīng)的流量加倍，即可得1’、2 ‘、3 ‘、…、m ‘點(diǎn)，用光滑曲線連起1’、2’、3’、…、m’點(diǎn)，繪出的曲線就是兩臺(tái)水泵并聯(lián)特性曲線(Q-H)1+2．
2．繪制管道系統(tǒng)特性曲線，求出并聯(lián)工況點(diǎn)
根據(jù)上面的分析可知兩臺(tái)水泵的靜揚(yáng)程相同，管路中的水頭損失也相同，即并聯(lián)之后兩
臺(tái)水泵的揚(yáng)程相等，且等于總揚(yáng)程，則有式(1-—8)就是管路系統(tǒng)特性曲線方程，據(jù)此可繪制出管路系統(tǒng)特性曲線，見(jiàn)圖1-22中的Q-∑hAOG曲線。此曲線與(Q-H)1，2曲線相交于M點(diǎn)。M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為兩臺(tái)水泵并聯(lián)工作的總流量Q1+2，縱坐標(biāo)等于兩臺(tái)水泵的揚(yáng)程H0，M點(diǎn)稱(chēng)為并聯(lián)工況點(diǎn)。
3．求每臺(tái)泵的工況點(diǎn)
通過(guò)M點(diǎn)作橫軸平行線，交單泵的特性曲線于N點(diǎn)，此N點(diǎn)即為并聯(lián)工作時(shí)，各單泵的工況點(diǎn)。其流量為Q1，2，揚(yáng)程H1-H2-H0。自N點(diǎn)引垂線交Q一7曲線于P點(diǎn)，交QN曲線于g點(diǎn)，P及q點(diǎn)分別為并聯(lián)時(shí)，各單泵的效率點(diǎn)和軸功率點(diǎn)。
如果，將第二臺(tái)泵停車(chē)，只開(kāi)一臺(tái)泵時(shí)，S點(diǎn)，可以近似地視作單泵的工況點(diǎn)。這時(shí)的水泵流量為Q’，揚(yáng)程為H’，軸功率為N’。
由此可看出以下幾點(diǎn)。
(1)兩臺(tái)水泵并聯(lián)工作時(shí)的總流量并不等于單臺(tái)泵單獨(dú)工作時(shí)流量的兩倍，即QH2≠2Q’，AQ-Q1十2-Q’<Q’。管路特性血線越陡，A,Q越少。
(2)水泵并聯(lián)時(shí)的總揚(yáng)程H1+2-H1 >H 7，即水泵并聯(lián)工作不僅僅能增加流量，揚(yáng)程也有少量增加。
(3)一臺(tái)水泵單獨(dú)工作時(shí)的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于并聯(lián)工作時(shí)單泵的功率，所以選配電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)根據(jù)一臺(tái)水泵單獨(dú)工作時(shí)的功率來(lái)進(jìn)行選擇。
(二)多臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)工作
多臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)工作的特性曲線同樣可以用橫加法求得，五臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)工作的情況。由圖可知：以一臺(tái)泵工作時(shí)的流量Q1為100，兩臺(tái)泵并聯(lián)的總流量Q2為190，比單泵工作時(shí)增加了90，三臺(tái)泵并聯(lián)的總流量Qs為251，比兩臺(tái)泵時(shí)增加了61，四臺(tái)泵并聯(lián)的總流量Q3為284，比三臺(tái)泵時(shí)增加了33，五臺(tái)泵并聯(lián)的總流量Q5為300，比四臺(tái)泵時(shí)只增加了16。由此可見(jiàn)，再增加并聯(lián)水泵的臺(tái)數(shù)，其效果就不大了。通過(guò)上述分析司以司以看出：
(1)在水泵并聯(lián)工作時(shí)，不能簡(jiǎn)單地理解為增加一倍并聯(lián)水泵的臺(tái)數(shù)，流量就會(huì)增加一倍。如其是在對(duì)舊泵房挖潛、擴(kuò)建時(shí)，必須要同時(shí)考慮管道的過(guò)水能力，經(jīng)過(guò)并聯(lián)工況的計(jì)算和分析后，確定是否應(yīng)該增加并聯(lián)的水泵臺(tái)數(shù)；
(2)多臺(tái)水泵并聯(lián)工作時(shí)，并聯(lián)工作時(shí)各泵的工況點(diǎn)與各泵單獨(dú)工作時(shí)的工況點(diǎn)相差較大，選泵應(yīng)兼顧兩種工作情況，使水泵均在高效區(qū)工作。如果所選的水泵是以經(jīng)常單獨(dú)運(yùn)行為主的，那么，并聯(lián)工作時(shí)，要考慮到各單泵的流量是會(huì)減少的，揚(yáng)程是會(huì)提高的。如果選泵時(shí)是著眼于各泵經(jīng)常并聯(lián)運(yùn)行的，則應(yīng)注意到，各泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的流量將會(huì)增大，
軸功率也會(huì)增大。每臺(tái)泵的工況點(diǎn)隨著并聯(lián)臺(tái)數(shù)的增多，而向揚(yáng)程高的一側(cè)移動(dòng)。臺(tái)數(shù)過(guò)多就可能使工況點(diǎn)移出高效段的范圍。
(三)不同型號(hào)的兩臺(tái)水泵在相同水位下的并聯(lián)工作
這情況不同于上面所述的主要是：兩臺(tái)水泵的特性曲線不同，管道中水流的水力不對(duì)
稱(chēng)。所以，自吸水管端A和C至匯集點(diǎn)8的水頭損失不相等(即：∑hAB≠∑hcb)。兩臺(tái)水泵并聯(lián)后，每臺(tái)泵的工況點(diǎn)的揚(yáng)程也不相等(即：H1≠H2)。因此，不能直接采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法繪制并聯(lián)后的總和(Q—H)曲線。
從圖l—24可以看出，泵I與泵Ⅱ并聯(lián)工作時(shí)，在管路匯集點(diǎn)8處的測(cè)壓管水頭是相等的，不管是水泵工輸送到B點(diǎn)的水，還是水泵Ⅱ輸送到8點(diǎn)的水，到達(dá)8點(diǎn)后，它所具有的比能——定市目同。
從上述的分析知道，泵I和泵Ⅱ的揚(yáng)程不相等，主要是AB段和CB段的水頭損失不同，如果從水泵工的總揚(yáng)程Hl中扣除AB管段在相應(yīng)流量Q1下的水頭損失∑hAB，就等于匯集點(diǎn)B處的測(cè)壓管水面與吸水井水面高差HB，此HB值相當(dāng)于將水泵工折引至B點(diǎn)工作時(shí)的揚(yáng)程，也即扣除了管段AB水頭損失的因素，水泵工可視為移到了B點(diǎn)工作。同樣道理，如果從水泵Ⅱ的總揚(yáng)程H2中扣除CB管段在相應(yīng)流量Q2下的水頭損失E hCB，其值也等于匯集點(diǎn)B處的測(cè)壓管水面與吸水井水面高差HB，也就相當(dāng)于將水泵Ⅱ移到了B點(diǎn)工作。在B點(diǎn)工作，泵I和泵Ⅱ的揚(yáng)程相等，因此，可采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法繪制折引后泵工和泵Ⅱ的并聯(lián)工作特性曲線。
圖解法具體的求解步驟如下。
(1)首先在橫坐標(biāo)下繪制(Q-∑hAB)和(Q-∑hBC)曲線；
(2)用折引特性曲線法，在對(duì)應(yīng)的流量條件下從水泵特性曲線(Q—H)1和(Q—H)Ⅱ曲線上扣除水頭損失∑hAB和∑hCB，得到折引特性曲線(Q—H)；和(Q—H)i；
(3)由于扣除了差異∑haB和E hCB，此時(shí)采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法，繪出并聯(lián)特性曲線(Q-H)11+2；
(4)繪制管路特性曲線Q—EhBD與并聯(lián)特性曲線(Q—H)lr+2交于E點(diǎn)，E點(diǎn)就是并聯(lián)水泵的工況點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量QE，即為兩臺(tái)水泵并聯(lián)工作的總出水量；
(5)從E點(diǎn)引水平線，交(Q—H)i和(Q—H)i于I 7點(diǎn)和ⅡⅣ點(diǎn)，由工7點(diǎn)和Ⅱ7點(diǎn)向上作垂線交(Q-H)1和(Q-H)11曲線于工點(diǎn)和Ⅱ點(diǎn)；I點(diǎn)就是I號(hào)水泵的工況點(diǎn)(Q1，HI)，Ⅱ點(diǎn)就是Ⅱ號(hào)泵的工況點(diǎn)(QⅡ，H ll)；
(6)從工點(diǎn)和Ⅱ點(diǎn)向下作垂線交(Q—N)1曲線和(Q—N)Ⅱ曲線于工Ⅳ點(diǎn)和ⅡⅣ點(diǎn)，交
(Q一呀)1曲線和(Q_77)Ⅱ曲線于工H點(diǎn)和Ⅱ彬點(diǎn)。各點(diǎn)分別為兩臺(tái)水泵并聯(lián)工作時(shí)功率點(diǎn)和效率點(diǎn)，工77點(diǎn)對(duì)應(yīng)工號(hào)泵的功率值N工；Ⅱ點(diǎn)對(duì)應(yīng)Ⅱ號(hào)泵的功率值NⅡ；工∥點(diǎn)對(duì)應(yīng)I號(hào)泵的效率值71；Ⅱ∥對(duì)應(yīng)Ⅱ號(hào)泵的效率值7Ⅱ。兩臺(tái)水泵并聯(lián)工作的總功率為兩臺(tái)水泵功率的和，即N--_NI+NⅡ。總效率可以按下式計(jì)算：
η=pgQ1H1+pgQIIHII /NI+NII
式中 η——總效率，％；
QI，QⅡ——流量，m3/s；
HI，HⅡ——揚(yáng)程，m；
NI，NⅡ——功率，W；
p——水的密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/s2。
上述方法也適用于管路布置不同或水位不同的情況。例如對(duì)于我國(guó)北方地區(qū)以井群采集地下水的供水系統(tǒng)，從SH型雙吸清水離心泵工況來(lái)分析，相當(dāng)于幾臺(tái)水泵在管道布置不對(duì)稱(chēng)的情況下并聯(lián)工作，而且各井間的吸水動(dòng)水位的不同。在進(jìn)行工況計(jì)算時(shí)，只需在計(jì)算靜揚(yáng)程HST時(shí)，以一共同基準(zhǔn)面算起，然后做相應(yīng)的修正即可，其他算法都是相似的。
(四)一臺(tái)水泵向兩個(gè)并聯(lián)工作的高地水池送水
一臺(tái)水泵向兩個(gè)并聯(lián)工作的高地水池送水，一般可以分為三種情況。
(1)管路分支點(diǎn)B點(diǎn)測(cè)壓管的水頭HB>ZD時(shí)，水泵向兩個(gè)高地水池送水；
(2)ZD>HB時(shí)，水泵和D水池聯(lián)合工作向C水池送水；
(3)ZD—HB時(shí)，D水池處于暫時(shí)平衡狀態(tài)，既不進(jìn)水也不出水，水泵向C水池送水，屬于單泵向一個(gè)水池送水的簡(jiǎn)單工況。
上述第三種情況屬于單泵向一個(gè)水池送水的簡(jiǎn)單工況，在這里只討論第一種和第二種兩種情況。
1．HB>ZD時(shí)，水泵向兩個(gè)高地水池送水
解決這類(lèi)問(wèn)題的方法是采用折引法將水泵折引到8點(diǎn)，假想有一臺(tái)水泵在B點(diǎn)向C水池和D水池送水。若水泵揚(yáng)程為H0，則8點(diǎn)的測(cè)壓管水面高度HB-Q-∑-BD，HB表示水流到B點(diǎn)時(shí)剩余的能量，也可認(rèn)為是假想水泵的揚(yáng)程。由于管道BD和
BC是在同一壓力下工作的，因此，采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法繪制并聯(lián)工作管道系統(tǒng)的特性曲線。
具體解題步驟如下：
(1)在橫坐標(biāo)下面作(Q一∑hAB)曲線；
(2)從水泵特性曲線(Q—H)上減去相應(yīng)的∑]'tAB(在相同流量下)，得到水泵的折引特性曲線(Q—H)7；
(3)根據(jù)公式HBc—Zc+∑hBc和HBD—ZD+∑hBD作BD段管路系統(tǒng)特性曲線(Q一∑hBD)和BC段管路系統(tǒng)特性曲線(Q一∑hBc)；
(4)采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法繪制并聯(lián)管路特性曲線(Q一∑h)BC+BD；
(5)水泵折引特性曲線(Q-H)7和并聯(lián)管路特性曲線(Q-∑五)Bc十BD相交于M點(diǎn)。此M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為通過(guò)8點(diǎn)的總流量；
(6)從M點(diǎn)作水平線交(Q-∑hBC)曲線和(Q-∑]'tBD)曲線于P點(diǎn)和K點(diǎn)；P點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為C水池的進(jìn)水量QBC，K點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為D水池的進(jìn)水量QBD；
(7)從M點(diǎn)向上作垂線交水泵特性曲線(Q-H)于M7點(diǎn)，M7即為水泵的工況點(diǎn)，其縱坐標(biāo)即為水泵的揚(yáng)程H0。
水泵的功率和效率求解方法同前。
2．ZD>HB>Zc時(shí)，水泵和D水池聯(lián)合向C水池供水
如圖l—26所示，當(dāng)ZD>HB>Zc時(shí)，實(shí)際上是水泵和D水池通過(guò)8點(diǎn)聯(lián)合工作向C水池送水，如果把D水池當(dāng)作一臺(tái)水泵，則此類(lèi)問(wèn)題就演變?yōu)椴煌吞?hào)水泵并聯(lián)工作。兩臺(tái)不同型號(hào)水泵并聯(lián)工作的求解方法前面已有詳細(xì)介紹，因此，解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是先繪制出D水池相當(dāng)于水泵的工作特性曲線(Q-H)D。
D水池實(shí)際上就是高位水箱出流，因此，D水池相當(dāng)于水泵的工作特性曲線(Q-H)D就是一條高度為ZD的水平線。D水池相當(dāng)于水泵的工作特性曲線(Q—H)D確定之后，就可以按照兩臺(tái)不同型號(hào)水泵并聯(lián)工作的求解方法確定工況點(diǎn)。
求解其工況點(diǎn)的步驟如下：
(1)在橫坐標(biāo)下面作AB段水頭損失特性曲線(Q一∑hAB)；
(2)在對(duì)應(yīng)流量下從水泵的特性曲線(Q—H)上減去水頭損失∑]'tAB，得到水泵的折引特性曲線(Q—H)’；
(3)在對(duì)應(yīng)流量下從D水池相當(dāng)于水泵的工作特性曲線(Q—H)D(H—ZD)上減去水頭損失∑hBD，得到D水池相當(dāng)于水泵的折引特性曲線(Q—H碚；
(4)采用等揚(yáng)程下流量疊加的方法將水泵和D水池相當(dāng)于水泵的折引特性曲線(Q-H)7和(Q-H碚橫加，得到水泵和D水池的并聯(lián)折引特性曲線(Q—H)裊+D；
(5)繪制BC段管路系統(tǒng)特性曲線(Q一∑hBc)；
(6)水泵和D水池的并聯(lián)折引特性曲線(Q—H)隸十D與管路特性曲線(Q一∑hBc)相交于M點(diǎn)，M點(diǎn)就是并聯(lián)工況點(diǎn)。該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)QM就是C水池的進(jìn)水量，縱坐標(biāo)HM就是8點(diǎn)的測(cè)壓管高度；
(7)從M點(diǎn)引水平線交(Q—H)7和(Q—H碚曲線于P點(diǎn)和K點(diǎn)；P點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為水泵的輸水量QAB，K點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為D水池的出水量QBD；
(8)從P點(diǎn)向上引垂線交水泵特性曲線(Q—H)于P 7點(diǎn)，P 7點(diǎn)就是水泵工況點(diǎn)。該點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為水泵揚(yáng)程。
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