第四节 叶片泵运行工况的调节

在选择和使用水泵时，如果运行工况不在髙效区或水泵的扬程、流量不符合实际需要，这时可采用改变水泵性能或者改变管路特性的方法来移动工况点，使之符合要求，这种方法称为水泵工况的调节。调节的方法有变速调节、变径调节、变角调节、变阀调节等。

一、变速调节

通过改变水泵的转速，从而使水泵性能改变，达到调节水泵工况的目的。这种方法称变速调节。水泵在转速一定时，我们希望水泵工作点落在髙效区。对于调速运行工况，讨论的问题是如何通过变速而形成水泵~丑曲线的高效工作区。因此，变速调节扩大了，水泵的有效工作范围，是泵站运行中十分合理的调节方式。

(一）变速方法

变速大体有两种方法：1种是利用可变速的传动设备，另一种是利ffl可变速的动力机。

(二）水泵转速的确定

水泵改变转速后，其性能变化可按比例律公式进行换算。

比例律在泵站设计与运行中的应用，最常遇到的情形有两种：

(1)根据用户需求确定转速。已知水泵转速为〃的C曲线，如图3-12所示，但所需工况点并不在水泵性能曲线上，而在坐标点处。问如果需要水泵在S点工作,其转速^应该多少？

所示。它是由比例律推求来的，应用比例律的前提是工况相似，所以在拋物线上的各点具有相似的工况，又称相似工况拋物线。

将B点的Qb代人式(3-14)求出K值，点绘相似工况抛物线与〜H曲线相交于
4点，如图3-12所示。此3点即为满足比例律要求的S点对应点，将A点仏（或扎）和S点仏(或札）代人比例律，就可求出所需要的转速转速〜求出后，再利用比例律可绘出变速后的性能曲线。

(2)根据实际扬程和水泵最高败率点确定转速。如图3-13所示，若泵站的实际扬程为已知泵运行时工况点A不在高效段，为保证水泵在高效段运行，可通过改变水泵转速来满足要求，问改变后水泵转速为多少？

变速调节具有良好的节能效果，在叶片式水泵中广泛应用。但是改变转速是有限度的，降低转速，一般不低于水泵额定转速的20%，否则水$效率会明显下降;增加转速要征得水泵生产厂家的同意，一般不宜超过水泵额定转速的否则不但会引起动力机超载和可能发生汽蚀，而且会增加水泵零件的应力。

{三）水泵通用性能曲线

水泵转速改变后其性能曲线也就改变，图3-14（a）绘有转速为时的曲线，图3-14(b)绘有转速为n2、p、t?曲线D为了使用方便，把这些曲线合并在一起，用同一个比例尺绘在同一个坐标内就可得到水泵通用性能曲线，如图3-14(a)所

示。有了通用性能曲线，即可知道水泵在不同转速时的工作情况，或者可【例3-1】某泵站多年平均实际扬程为8m，其管路阻力参数S = 8 542，选用水泵为IB100-80-125型离心泵，该泵铭牌转速为2 900 r/min，流量为100 mVh，扬程为20m,功率为6了72kW，效率为81%。水泵扬程偏高，需采用降速的方法，求水泵降速后的转速、流量、扬程与轴功率。

解:运用公式(3-18)，将水泵高效率点的=100=20 m代入，求降速后的转速，为

二、变径调节

通过车削叶轮外径，可以改变水轮性能，达到调节水泵工况的目的。这种调节方法称变径调节，又称车削调节。

(一）叶轮切割定律

叶轮车削后，水泵的流量、扬程、功率都相应降低。在一定的车削限度内，可近似地认为车削前后叶轮出口的过水断面面积相等，且出口速度三角形车削前后近似相似。假定车削前后容积效率不变，则车削前后的性能变化关系可以用下列公式表示

式中—叶轮车削前的流量、杨程、轴功率和叶轮外径；Q、H、P、D、——叶轮车削后的流量、扬程、轴功率和叶轮外径。

式(3-19)、式(3-20)、式(3-21)称为水泵叶轮的切割定律。消去式（3-19)、式（3-20)式(3-22)称为车削拋物线方程。它的形式与相似工况拋物线公式完全相同，但切割定律与比例律是有本质区别的。比例律是根据相似理论推导出来的，切割定律是在本来不相似的叶轮之间作了一些假定之后得到的。因此，按切割定律计算的结果与通过试验而得到的结果具有一定的误差。我国学者在分析研究实际资料的基础上提出了新的计

算公式，具体内容可参阅有关文献。

(二）  切割定律的应用

切割定律的应用与比例律的应用基本相同，一般有以下两类问题。一类是在实际工作中用户实需流量、扬程不在外径为込的〜"曲线上，若采用车削叶轮外径进行调节，与变速后的调节计算方法相同。可以利用车削拋物线方程和切割定律通过图解或数解方法计算出车削后的叶轮直径另一类是在实际工作中水泵运行工况点不在高效率点，也可根据实际扬程和水泵高效率点，利用车削拋物线方程和切割定律，通过图解或数解方法计算出车削后的叶轮直径Dh。按切割定律计算出的车削量一般偏大，应用时会使水泵的效率降低过多，实际车削量可按下式计算

AD = k(D2 -D2a)  (3-23)

式中A——车削修正系数（与比转数有关低比转速离心泵车削修正系数&可用下列经验公式计算）

(三） 车削叶轮应注意的问题

叶轮车削量应有一定限度,根据试验得出的最大车削量及效率下降情况与比转速的关系如表3-1所示。对于不同的叶轮应采用不同的车削方式，如图3-15所示。

低比转速离心泵叶轮在前、后盖板和叶片上进行等量车削，车削后应在叶片背面出口部分锉尖，可以使水泵性能得到改善，如图3-16所示。

髙比转速离心泵，叶轮两边车削成两个不同直径，内缘直径大于外缘的直径

(3 )混流泵叶轮只在它的外缘将叶轮的直径车小到化。

(四)水泵系列型谱图

车削叶轮可以扩大水泵的工作区域。水泵的工作范围是由制造厂所规定的泵允许使用的流量区间，通常在泵最高效率下降范围不超过5% 的曲线段，如图3-17中的段。将水泵的叶轮按最大车削量车削f求出车削后的曲线。经过人S两点作两条
车削抛物线，交ff曲线于两点。因为车削量较小时效率不变，所以车削拋物线也是等效率线。段即车削后的工作范围6围成的方块即为该泵的工作区域。选用水泵时，若实需工况点落在该区域内，则选用的水泵是经济合理的。实际上在离心泵的制造中，除了标准叶轮直径外，大多数还有同型号带（叶轮第一次车削）或“B”(叶轮第二次车削）的叶轮可供选用。如250S-39型泵叶轮直径是367 mm，250S-39A型泵叶轮直径是328 mm,即叶轮直径车小了 10.6%。将同一类型不同规格泵的工作区域即同一系列泵的工作区域画在一张图上，就得到水泵系列型谱图，如图3-18所示。这张图可作为选择水泵的依据，并可供研究和开发水泵新规格产品时参考。

四、变阀调节

改变出水管路中闹阀的开启度，可以使管路系统性 能改变，达到调节工况的目的。这种调节方法称变阀 调节，又称节流谪节^闸阀关小，管路中的局部水头损失增加，管路系统 特性曲线向左上方移动，工况点就朝着小流量方向移动，如图>21所示。闸阀关得越小，局部水头损失越 大，流量就变得越小。由此可见，变阀调节不仅造成额 外损失，还减少了出水量，很不经济。但由于简单易行，在水泵性能试验中仍被广泛采用。实践中，离心泵机组常用闸阀来调节流量，防止过载和汽蚀。