工程项目上,我们有时会遇到水泵并联的情况。那么什么叫水泵并联呢?不同特性的水泵可以并联吗? 今天,泵管家用图文大致解释下, 水泵并联后的性能特性. 本文前面是简单说明, 后面是用公式计算, 大部分朋友看前面部分即可, 后面公式计算部分在义维科技开发的软件系统中已有此功能. 水泵并联:当第一台水泵与第二台,或多台水泵的吸入管连接在一起,出水管也连接在一起时称为水泵的并联,见下图: 在理想状态下,同型号同规格的两台水泵其流量与扬程关系是: 并联时:总流量 Q=Q1+Q2 总扬程 H=H1=H2 (注意 是扬程不是相加, 但不是完全相同, 见后面分析) 即当两台或两台以上水泵并联时,其系统的扬程不变,但流量叠加。 水泵并联工作的特点: ①可以增加供水量,输水干管中的流量等于各台并联泵出水量之总和; ②可以通过开停泵的台数来调节总的流量,以达到节能和安全供水的目的。 例如:工程上,4台以上的主机,需要的水流量是很大的,如果只用一台泵,泵的功率就很大,成本高,负荷大,容易对电网形成冲击,运行噪音也大,且可能不一定有这么大功率的水泵;这时候,采取泵的并联可很好的解决这个问题,而且当主机不同时开的时候,也可以停开几台泵来调节水流量,达到节能目的; ③当并联工作的泵中有一台损坏时,其他几台泵仍可继续供水,因此,泵并联输水提高了机组运行调度的灵活性和供水的可靠性,是多台机组中最常见的一种运行方式。 1. 由流量扬程曲线图看出,两台水泵并联工作时的总流量并不等于单台泵工作时流量的两倍。 两台水泵并联后所得流量小于两台水泵额定流量之和,那是因为管路损耗及单向阀不完全密封(回流)、管路最大能力限制所造成。对于多台水泵的并联,可以通过加大主管直径、检查单向阀是否完全密封、进出口管路有无堵塞、合理减少弯头和阀门等措施减少衰减,尽量提高总流量, 可见下图。 管路特性曲线越陡,增加的流量越少。根据工作中总结:两台泵并联时流量减少5%—10%,三台泵并联时流量减少16%-20%左右(经验), 预估用。实际变化和泵的性能曲线和系统关系很大. 2. 水泵并联工作不仅能增加流量,扬程也有少量增加, 见上图中系统阻力曲线的变化。 3. 一台水泵单独工作时的功率要远远大于并联工作时单台泵的功率,所以选配电动机时应根据一台水泵单独工作时的功率来进行选择。 在回答这个问题之前,我们来看一下两个不同特性泵并联时的情况:当系统输出扬程达到低扬程泵的最大扬程时,系统处于临界状态,此时系统输出流量由高扬程泵单独供应,低扬程泵输出流量为零,当流量继续减小,由于高扬程泵迫使一部分水体倒流通过低扬程泵(如无止逆阀),则系统内部形成环流,水泵反而没效果了。所以,一般情况下,不建议采用不同扬程水泵并联,注意是扬程尽量接近, 流量可以不同。
下面的动画截取于义维软件. 并联特性曲线的绘制(动画)
装置曲线的绘制(动画)
并联曲线图的生成 从左到右,分别是:单泵的性能曲线,两台泵的并联曲线,三台泵的并联曲线,和四台泵的并联曲线。 串联曲线图的生成 从下往上,分别是:单泵的性能曲线,两台泵的并联曲线,三台泵的并联曲线,和四台泵的并联曲线。 看不懂, 可忽略此部分内容 并联特性曲线的绘制 在绘制水泵并联性能曲线时,先把并联的各台水泵的Q-H曲线绘在同一坐标图上,然后把对应于同一H值的各个流量加起来。如图1所示,吧I号泵Q-H曲线上的1、1′、2″各点的流量相加,则得到I、II号水泵并联后的流量3、3′、3″,然后连接3、3′、3″各点即得水泵并联后的总和(Q-H)1 2曲线。这种等扬程下流量叠加的方法,实际上时将管道水头损失视为零的情况下来求并联后的工况点。因此,同型号的两台(或多台)泵并联后的总和流量将等于某扬程下各台泵流量之和。事实上,管道水头损失是必须考虑的,所以,寻求并联工况点的图解就没有那样简单。 水泵并联Q-H曲线
同型号、同水位的两台水泵的并联工作 (1)绘制两台水泵并联后的总和(Q-H)1 2曲线。由于两台水泵同在一个吸水井中抽水,从吸水口A、B两点至压水管交汇点O的管径相同,长度也相等,故∑hAO=∑hBO,AO与BO管中,通过的流量均为Q/2,由OG管中流进水塔的总流量为两台泵水量之和。因此,两台泵联合工作的结果,是在同一扬程下流量相叠加。为了绘制并联后的总和特性曲线,我们可以先不考虑管道水头的损失,在(Q-H)1,2曲线上任取几点,然后,在相同坐标值上把相应的流量加倍,即可得1′,2′,3′,…,m′点,用光滑曲线连接起1′,2′,3′,…,m′点,绘出一条并联后的总和特性曲线(Q-H)1 2如图2所示。图中所注下角“1,2”,表示单泵1及单泵2的Q-H曲线。下角“1 2”表示两台并联工作的总和Q-H曲线。上述的这种等扬程下流量叠加的原理称为横加法原理。所谓总和(Q-H)1 2曲线的意思,就是把两台参加并联水泵的Q-H曲线,用一条等值水泵的(Q-H)1 2曲线来表示。此等值水泵的流量,必须具有各台水泵在同扬程时流量的总和。 同型号、同水位、对称布置的两台水泵并联
(2)绘制管道系统特性曲线,求出并联工况点。由前述知,为了由吸水井输入水塔,管道中每单位重量的水应具有的能量为:
式中:SAO及SOG分别为管道AO(或BO)及管道OG的阻力系数。 因为两台泵是同型号,管道中水流是水力对称,故管道中Q1=1/2Q1 2,代入式(7-1)得 由式(7-2)可绘出AOG(或BOG)管道系统的特性曲线Q-∑hAOG,此曲线与(Q-H)1 2曲线相交于M点。M点的横坐标为两台水泵并联工作的总流量Q1 2,纵坐标等于两台水泵的扬程H0,M点称为并联工况点。
五台同型号水泵并联 例如,上图为五台同型号水泵并联工作的情况。由图可知,以一台泵工作时的流量Q1为100,两台泵并联的总流量Q2为190,比单泵工作时增加了90;三台泵并联时的总流量Q3为251,比两台泵时增加了61;四台泵并联的总流量Q4为284,比三台时增加了33;五台泵并联的总流量Q5为300,比四台泵时只增加了16。由此可见,再增加并联水泵的台数,其效果就不大了。每台泵的工况点随着并联台数的增多,而向扬程高的一侧移动。台数过多,就可能使工况点移出高效段的范围。因此,对旧泵房挖潜、扩建时,就不能简单地理解增加1倍并联水泵的台数,流量就会增加1倍。必须要同时考虑管道的过水能力,经过并联工况的计算和分析后才能下结论。没经工况分析,就随便增加水泵的台数是不可靠的(公众号:泵管家),造成这种错觉的原因,常常是将并联后的工况点,与绘制水泵总和Q-H曲线时所采用的等扬程下流量叠加的概念混为一谈。关键是忽略了管道系统特性曲线对并联工作的影响。最后,对于泵站设计开始考虑问题时,就应注意到:如果所选的水泵是以经常单独运行为主的,那么,并联工作时要考虑到各单泵的流量是会减少的,扬程是会提高的。如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的,则应注意到各泵单独运行时,相应的流量将会增大,轴功率也会增大。 不同型号的两台水泵在相同的水位下并联工作 这种情况不同于上面所述情况的主要原因是:两台水泵的特性曲线不同,管道中水力不对称。所以,自吸水管端A和C至汇集点B的水头损失不相等(即∑hAB≠∑hBC)。两台水泵并联后,每台泵的工况点的扬程也不相等(即H1≠H2)。因此,欲绘制并联后的总和Q-H曲线,一开始就不能使用等扬程下流量叠加的原理。
式中:H1为表示水泵I在相应流量为Q1时的总扬程(m); 不同型号、相同水位下两台水泵并联 式(7-3)表示水泵I的总扬程H1,扣除了AB管段,在相应流量Q1下的水头损失∑hAB后,就等于汇集点B处得测压管水面与吸水面高差HB,此HB值相当于将水泵折引至B点工作时的扬程,也即扣除了管段AB水头损失的因素,水泵I可视为移到了B点在工作。
式中:HII为表示水泵II在相应流量为QII时的总扬程(m); SBC为BC管段的阻力系数。
在我国北方地区,常见以井群采集地下水。一井一泵,井群以联络管相连以后,以一根或多根干管输送至水厂,再集中消毒后由泵站加压输入管网。这种情况,从水泵工况来分析,相当于几台水泵在管道布置不对称的情况下并联工作。与上述例子所差别的,往往只是各井间的吸水动水位的不同。在进行工况计算时,只需在计算净扬程HST时,以一共同基准面算起,然后作相应的修正即可,其他算法都是相似的。另外,衡量管道布置的对称与否,应从工程来考虑,一般在管道布置差异较大的情况下才认为是不对称布置。例如,在两台离干管汇集点距离不一而并联工作等场合下,就应按上述方法进行计算。 同型号的两台水泵一调一定并联工作 如果两台同型并联工作的水泵,其中一台为调速泵(见图5中泵I调),另一台定速泵(见下图中泵II定)。则在调速运行中可能会遇到两类问题:其一是调速泵的转速n1与定速泵n2均为已知试求两台并联运行时的工况点。这类问题如图4所述,比较简单。调速运行的过程,实际上是调速泵与定速泵的(Q-H)I,II特性曲线由完全并联转化为不完全并联的工程,其工况点的求解可按图4所述求得。其二是只知道调速后两台泵的总供水量为QP(HP为未知值),试求调速泵的转速n1值(即求解调速值)。 一调一定水泵并联工作 这类问题比较复杂,存在调速泵的工况点值(QI,HI)、定速泵的工况点值(QII,HII) 及调速泵的转速n1等五个未知数。直接求解比较困难,我们仍可采用折引法来求解。 解题步骤: 画出Q-∑hBD管道特性曲线,由图5上得出P点。
(3)按画出Q-∑hBC曲线,由定速泵的(Q-H)II曲线上扣除Q-∑hBC曲线,得折引(Q-H)′II曲线,它与HB的高度线相交于H点(见图5)。 (4)由H点向上引线得J点,此J点为调速运行时定速泵的工况点(即QII与HII 值)。 (5)由QP-QII=QI,调速泵的扬程为 ,在图上得M点。 (6)按 ,求得k值。画出通过(QI,HI)点的等效率曲线与原定速泵(Q-H)I,II曲线交于T点。
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