1、水泵并聯特性曲線的繪制:
在繪制水泵并聯性能曲線時,先把并聯的各臺水泵的Q-H曲線繪在同一坐標圖上,然后把對應于同一H值的各個流量加起來。如圖1所示,吧I號泵Q-H曲線上的1、1′、2″各點的流量相加,則得到I、II號水泵并聯后的流量3、3′、3″,然后連接3、3′、3″各點即得水泵并聯后的總和(Q-H)1+2曲線。這種等揚程下流量疊加的方法,實際上時將管道水頭損失視為零的情況下來求并聯后的工況點。因此,同型號的兩臺(或多臺)泵并聯后的總和流量將等于某揚程下各臺泵流量之和。事實上,管道水頭損失是必須考慮的,所以,尋求并聯工況點的圖解就沒有那樣簡單。
圖1 水泵并聯Q-H曲線
2、同型號、同水位的兩臺水泵的并聯工作
(1)繪制兩臺水泵并聯后的總和(Q-H)1+2曲線。由于兩臺水泵同在一個吸水井中抽水,從吸水口A、B兩點至壓水管交匯點O的管徑相同,長度也相等,故∑hAO=∑hBO,AO與BO管中,通過的流量均為Q/2,由OG管中流進水塔的總流量為兩臺泵水量之和。因此,兩臺泵聯合工作的結果,是在同一揚程下流量相疊加。為了繪制并聯后的總和特性曲線,我們可以先不考慮管道水頭的損失,在(Q-H)1,2曲線上任取幾點,然后,在相同坐標值上把相應的流量加倍,即可得1′,2′,3′,…,m′點,用光滑曲線連接起1′,2′,3′,…,m′點,繪出一條并聯后的總和特性曲線(Q-H)1+2如圖2所示。圖中所注下角“1,2”,表示單泵1及單泵2的Q-H曲線。下角“1+2”表示兩臺并聯工作的總和Q-H曲線。上述的這種等揚程下流量疊加的原理稱為橫加法原理。所謂總和(Q-H)1+2曲線的意思,就是把兩臺參加并聯水泵的Q-H曲線,用一條等值水泵的(Q-H)1+2曲線來表示。此等值水泵的流量,必須具有各臺水泵在同揚程時流量的總和。
圖2 同型號、同水位、對稱布置的兩臺水泵并聯
(2)繪制管道系統特性曲線,求出并聯工況點。由前述知,為了由吸水井輸入水塔,管道中每單位重量的水應具有的能量為:
式中:SAO及SOG分別為管道AO(或BO)及管道OG的阻力系數。
因為兩臺泵是同型號,管道中水流是水力對稱,故管道中Q1=1/2Q1+2,代入式(7-1)得
由式(7-2)可繪出AOG(或BOG)管道系統的特性曲線Q-∑hAOG,此曲線與(Q-H)1+2曲線相交于M點。M點的橫坐標為兩臺水泵并聯工作的總流量Q1+2,縱坐標等于兩臺水泵的揚程H0,M點稱為并聯工況點。
(3)求每臺泵的工況點。通過M點作橫軸平行線,交單泵的特性曲線于N點,此N點即為并聯工作時各單泵的工況點。其流量為Q1,2,揚程H1=H2=H0。自N點引垂線交Q-η曲線于P點,交Q-N曲線于q點分別為并聯時各單泵的效率點和軸功率點。如果將第二臺泵停車,只開一臺泵時,則圖2中的S點可以近似地視作單泵的工況點。這時的水泵流量為Q′,揚程為H′,軸功率為P′。
由圖2可看出,P′>P1,2,即單泵工作時的功率大于并聯工作時各單泵的功率。因此,在選配電動機時,要根據單泵單獨工作時的功率來配套。另外,Q′>Q1,2,2Q′>Q1+2,這就是說,一臺泵單獨工作時的流量,大于并聯工作時每一臺泵的出水量。也即兩臺泵并聯工作時,其流量不能比單泵工作時成倍增加。這種現象,在多泵并聯時就很明顯(當管道系統特性曲線較陡時,就更顯突出)。
例如,圖3為五臺同型號水泵并聯工作的情況。由圖可知,以一臺泵工作時的流量Q1為100,兩臺泵并聯的總流量Q2為190,比單泵工作時增加了90;三臺泵并聯時的總流量Q3為251,比兩臺泵時增加了61;四臺泵并聯的總流量Q4為284,比三臺時增加了33;五臺泵并聯的總流量Q5為300,比四臺泵時只增加了16。由此可見,再增加并聯水泵的臺數,其效果就不大了。每臺泵的工況點隨著并聯臺數的增多,而向揚程高的一側移動。臺數過多,就可能使工況點移出段的范圍。因此,對舊泵房挖潛、擴建時,就不能簡單地理解增加1倍并聯水泵的臺數,流量就會增加1倍。必須要同時考慮管道的過水能力,經過并聯工況的計算和分析后才能下結論。沒經工況分析,就隨便增加水泵的臺數是不可靠的,造成這種錯覺的原因,常常是將并聯后的工況點,與繪制水泵總和Q-H曲線時所采用的等揚程下流量疊加的概念混為一談。關鍵是忽略了管道系統特性曲線對并聯工作的影響。zui后,對于泵站設計開始考慮問題時,就應注意到:如果所選的水泵是以經常單獨運行為主的,那么,并聯工作時要考慮到各單泵的流量是會減少的,揚程是會提高的。如果選泵時是著眼于各泵經常并聯運行的,則應注意到各泵單獨運行時,相應的流量將會增大,軸功率也會增大。
圖3 五臺同型號水泵并聯
3、不同型號的兩臺水泵在相同的水位下并聯工作
這種情況不同于上面所述情況的主要原因是:兩臺水泵的特性曲線不同,管道中水力不對稱。所以,自吸水管端A和C至匯集點B的水頭損失不相等(即∑hAB≠∑hBC)。兩臺水泵并聯后,每臺泵的工況點的揚程也不相等(即H1≠H2)。因此,欲繪制并聯后的總和Q-H曲線,一開始就不能使用等揚程下流量疊加的原理。
現在我們只知道,泵I與泵II之所以能夠并聯工作在管路匯集點B處,就只可能有一個共同的測壓管水頭(見圖4中HB),則測壓管水面與吸水井水面之高度差為
式中:H1為表示水泵I在相應流量為Q1時的總揚程(m);
SAB為AB管段得阻力系數。
圖4 不同型號、相同水位下兩臺水泵并聯
式(7-3)表示水泵I的總揚程H1,扣除了AB管段,在相應流量Q1下的水頭損失∑hAB后,就等于匯集點B處得測壓管水面與吸水面高差HB,此HB值相當于將水泵折引至B點工作時的揚程,也即扣除了管段AB水頭損失的因素,水泵I可視為移到了B點在工作。
同理,
式中:HII為表示水泵II在相應流量為QII時的總揚程(m);
SBC為BC管段的阻力系數。
式(7-4)中的HB相當于將水泵II折引到B點工作時尚存的揚程。這樣,就可先分別繪出Q-∑hAB和Q-∑hBC曲線,然后,采用上一章中所介紹的折引特性曲線法,在水泵I、II的(Q-H)I和(Q-H)II曲線上相應地扣除水頭損失∑hAB和∑hBC的影響,得到如圖4中虛線所示的(Q-H)′I折引特性曲線和(Q-H)′II折引特性曲線。此兩條曲線排除了泵I與泵II在揚程上造成差異的那部分因素。它們表示了將兩臺水泵都折引到B點工作時的性能。這樣,就可以采用等揚程下流量疊加的原理,繪出總和(Q-H)1+2折引特性曲線。此總和(Q-H)1+2曲線猶如一臺等值水泵的性能曲線。因此,再下一步就要考慮此等值水泵與管段BD聯合工作向水塔輸水的工況。
先畫出管段BD的Q-∑hBD曲線,求得它與總和折引(Q-H)1+2曲線相交于E點,此時E點的流量QE,即為兩臺水泵并聯工作的總出水量。通過E點,引水平線與(Q-H)′I及(Q-H)′II曲線相交于I′及II′兩點,則QI及QII即為水泵I及水泵II在并聯時的單泵流量,QE=QI+QII;再由I′、II′兩點各引垂線向上,與(Q-P)I及(Q-P)II相交于I″、II″點,此兩點的P1及P2就是兩臺水泵并聯工作時,各單泵的功率值,同樣,其效率點分別為I′″及II′″點,其值分別為η1及η2并聯機組的總軸功率P1+2及總效率η1+2分別為:
在我國北方地區,常見以井群采集地下水。一井一泵,井群以聯絡管相連以后,以一根或多根干管輸送至水廠,再集中消毒后由泵站加壓輸入管網。這種情況,從水泵工況來分析,相當于幾臺水泵在管道布置不對稱的情況下并聯工作。與上述例子所差別的,往往只是各井間的吸水動水位的不同。在進行工況計算時,只需在計算凈揚程HST時,以一共同基準面算起,然后作相應的修正即可,其他算法都是相似的。另外,衡量管道布置的對稱與否,應從工程來考慮,一般在管道布置差異較大的情況下才認為是不對稱布置。例如,在兩臺離干管匯集點距離不一而并聯工作等場合下,就應按上述方法進行計算。
4、同型號的兩臺水泵一調一定并聯工作
如果兩臺同型并聯工作的水泵,其中一臺為調速泵(見圖5中泵I調),另一臺定速泵(見圖5中泵II定)。則在調速運行中可能會遇到兩類問題:其一是調速泵的轉速n1與定速泵n2均為已知試求兩臺并聯運行時的工況點。這類問題如圖4所述,比較簡單。調速運行的過程,實際上是調速泵與定速泵的(Q-H)I,II特性曲線由*并聯轉化為不*并聯的工程,其工況點的求解可按圖4所述求得。其二是只知道調速后兩臺泵的總供水量為QP(HP為未知值),試求調速泵的轉速n1值(即求解調速值)。
圖5 一調一定水泵并聯工作
這類問題比較復雜,存在調速泵的工況點值(QI,HI)、定速泵的工況點值(QII,HII)及調速泵的轉速n1等五個未知數。直接求解比較困難,我們仍可采用折引法來求解。
解題步驟:
(1)畫出兩臺同型號水泵的(Q-H)I,II特性曲線,并按畫出Q-∑hBD管道特性曲線,由圖5上得出P點。
(2)P點的縱坐標即為裝置圖上B點的測管水頭高度HB值。
(3)按畫出Q-∑hBC曲線,由定速泵的(Q-H)II曲線上扣除Q-∑hBC曲線,得折引(Q-H)′II曲線,它與HB的高度線相交于H點(見圖5)。
(4)由H點向上引線得J點,此J點為調速運行時定速泵的工況點(即QII與HII 值)。
(5)由QP-QII=QI,調速泵的揚程為,在圖上得M點。
(6)按,求得k值。畫出通過(QI,HI)點的等效率曲線與原定速泵(Q-H)I,II曲線交于T點。
(7)由圖上按n1=n2(Q1/Q2)求得調速后的轉速n1值。
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