5.8 泵的全特性曲线
一般所说的泵的性能曲线,是指在正常运转条件下的性能曲线。也就是正转、正扬程 (叶轮出口能量大于进口能量)、正流量(液体从吸人侧流向排出侧)、正转矩(原动机把机械能传给液体与上述情况相反者,分别称为反转,负扬程、负流量、负转矩。在特殊运转条件下,泵可以在这些参数中一个或几个具有负值的情况下运转。水泵的全恃性就是指这些参数不同的组合特性:因为全特性曲线涉及到直角座标的四个象限,故又把全特性曲线称为四象限特性曲线。
的流量大大增加,且能使泵I的扬程为负值。
为了作出全特性曲线,我们作出试验泵I转速为正,为零,为负值三种情况下的H—Q曲线(实线)和对M—Q曲线(虚线)(图5— 40) 。
为了分析三种情况下的各种工况,我们先对工况作以下定义。
水泵工况功率从原动机传给水泵,转速和力矩乘积为正值,液体流过水泵以后能量增加,即扬程和流量乘积为正值。
水轮机工况功率从水泵传给原动机,即转速和力矩乘积为负值,液体流过水泵以后能量减小,即扬程和流量乘积为负值;
制动工况功率从原动机传给水泵,液体流过水泵以后能量减小或不增加。
下面我们找出工况的分界点(图5- 40),并根据转速变化时相似工况点在一条相似 抛物线上。过这些分界点作通过原点的相似抛物线,过这些点中A、B、E、F四点的相似抛物线就是坐标轴本身。作为分界点还有C、D点(转矩正负的分界点),过这两点分别作抛物线OC和OD。另外的分界线就是转速为零时的扬程曲线OH和OJ。这些分界线和圆周的交点a、b、c、d、e、f、g、h把整个四象限划分成八个区域。现将这八个区域列表分析如下。
水泵全特性曲线通常以任意工况下的参数与最高效率点的参数之比值来表示,即 h=H/HN q= Q/QN a= n/nN β= M/MN
代号 | 区段 | 水能 | 变化 | n | M | 工况 | ||
Q | H | P = pgQH | ||||||
A | a~b | 十 | ++ | ++ | ++ | 十 | 十 | 正转水泵 |
H | b~c | ++ | -- | -- | ++ | ++ | ++ | IE转正流制动 |
G | c~d | + | -- | -- | ++ | -- | -- | 反转水轮机 |
F | d~e | + | - | — | -- | -- | ++ | 反转IE流制动 |
E | e~J | — | - | + | -- | -- | + | 反转水泵 |
D | f~g | -- | ++ | -- | - | -- | + | 反转逆流制动 |
C | g~h | -- | ++ | - | -- | ++ | -- | 正转水轮机 |
B | h~a | —- | ++ | -- | ++ | + | + | 正转逆流制动 |
通常选择a为纵坐标,q轴为横坐标轴,在a-q平面上绘制等h线和等β线。由图5-40e可以看出,a—q平面由无因次流量q轴、无因次转速a轴,零扬程曲线(h = 0)、零转矩曲线(β=0)分成八个扇形区域:A、H、G、F、E、D、C、B。八个区域和上表的区段工况相对应。
下面分别对各区域加以说明。
一、 正转水泵工况区—A区
该区表示了泵在各种不同转速下的流量、扬程和转矩特性(包括零转速),因此对以接用干起动特性等的计算。
二、 正转逆流制动工况区—B区
该工况可能出现在下述情况下:
1. 两台串联运转着的水泵,由于某种原因,突然其中一台停止运行,这时继续运转的泵由于泵的最高扬程小于装置扬程,即出现水泵正转倒流制动工况;
2. 两台扬程相差很大的水泵并联运转,低扬程泵可能出现正转倒流制动工况;
3. 单台泵在运转中突然失去电源,泵转速、扬程下降,可能出现正转、倒流制动工 况;
4. 水泵叶轮被制动的情况下,也可能出现这种工况,这时泵轴将承受最大扭矩,
三,正转水轮机工况区—C区
这种工况出现在下述情况下:
1. 正在运转的水泵突然失去动力,水泵将从水泵工况经过正转倒流制动工况,最后进入正转水轮机工况,以飞逸转速反转;
2. 串联运转着的水泵,其中一台失去动力后,则其它泵的扬程小于装置扬程,水开 始逆流,失掉动力的泵在倒流水作用下反转;
3. 并联运转着的泵,其中一台失去动力后,则另一台泵打的水,通过失掉动力的泵,使其反转;
4. 将水泵作为水轮机使用。
四、 反转逆流制动工况区——D区
这种工况出现在泵正转抽水改为反转反向抽水的过渡过程中。
五、 反转水泵工况区——E区
在可逆式泵站中,根据内外水位不同,使电动机带动泵反转抽水就属于这种工况。
六、 反转正流制动工况区——f区
这种工况出现在泵从正转抽水转换为反转抽水的过程中。
七、 反转水轮机工况区——G区
这种工况出现在下述情况下:
1. 串联运转着的泵,当后面的泵动力中断,而水依然正流.这时后面的泵在水流冲 动下正向飞逸旋转;
2. 水泵-水轮机的水轮机工况,即高水位的水流冲动泵反转发电。
八、正转正流制动工况区——H区
这种工况出现在下述情况下:
1. 从水库中抽水的坝后式泵站,当库水位作用下的自流流量大于水泵的抽水量时. 该泵即进入本工况;
2. 加压式串联抽水系统,在关闭后一台泵出口阀门过程中,后一台泵将出现本工 况。
图5- 41、5—42、5— 43是不同泵的全特性曲线图。
现举例说明全特性曲线的应用
例1: 一台离心泵在额定工况下运行,突然停电,求该泵反转的转速和倒流的流量。
解:泵反转倒流在第三象限,水倒流时叶轮自由反转,不承受力矩(M=0),在图5- 41上找到100%扬程线(额定工况从第一象限经第二象限到第三象限和M =0的线相交,从交点引水平线和纵轴相交,得反转转速为额定转速的117%;从交点向上引线和横轴相交.得倒流流量为额定流量的68%。
例2:两台泵串联运行,第一台停电成为第二台泵吸人侧的阻力,求第一台泵为离 心泵、混流泵、轴流泵时,在转子自由转动和刹住两种情况下的转速和扬程。
解在这种情况下,第一台泵为正流量(额定流量正转.负扬程)。
为离心泵时,由图5-41 (ns=127)在横轴上查到100%流量点,从该点向上引线和 M = 0的线相交.该交点处的扬程(阻力)为额定扬程的25%.从交点引水平线和纵轴 相交,得转速为额定转速的33%。
将转子刹住(n =0),这时横轴100%流量点的扬程(阻力)为额定扬程值的56%,转矩为额定值的45%,可见转子自由转动比刹住时的阻力小。
为混流泵时,在图5 — 42(ns=503)的横轴上査到100%流量点,由该点向上引线和M=0的线相交,得交点处的扬程为额定扬程的25%;由交点引水平线和纵轴相交,得转速为额定转速的55%。
将转子刹住(n=0),在横轴100%流量点处,扬程为额定扬程的150%,转矩为额定值的150%。为轴流泵时,在图5— 43 (ns=950)的横轴上查到100%流量点,由该点向上引线和M=0的线相交,得交点处的扬程为额定扬程的12%,转連为额定转速的68%。
将转子刹住(n=0),在横轴100%流量点处,扬程为额定扬程的96%,转矩为额定转矩的60%。