工程項(xiàng)目上,我們有時會遇到水泵并聯(lián)的情況。那么什么叫水泵并聯(lián)呢?不同特性的水泵可以并聯(lián)嗎? 今天,泵管家用圖文大致解釋下, 水泵并聯(lián)后的性能特性. 本文前面是簡單說明, 后面是用公式計算, 大部分朋友看前面部分即可, 后面公式計算部分在義維科技開發(fā)的軟件系統(tǒng)中已有此功能. 水泵并聯(lián):當(dāng)?shù)谝慌_水泵與第二臺,或多臺水泵的吸入管連接在一起,出水管也連接在一起時稱為水泵的并聯(lián),見下圖: 在理想狀態(tài)下,同型號同規(guī)格的兩臺水泵其流量與揚(yáng)程關(guān)系是: 并聯(lián)時:總流量 Q=Q1+Q2 總揚(yáng)程 H=H1=H2 (注意 是揚(yáng)程不是相加, 但不是完全相同, 見后面分析) 即當(dāng)兩臺或兩臺以上水泵并聯(lián)時,其系統(tǒng)的揚(yáng)程不變,但流量疊加。 水泵并聯(lián)工作的特點(diǎn): ①可以增加供水量,輸水干管中的流量等于各臺并聯(lián)泵出水量之總和; ②可以通過開停泵的臺數(shù)來調(diào)節(jié)總的流量,以達(dá)到節(jié)能和安全供水的目的。 例如:工程上,4臺以上的主機(jī),需要的水流量是很大的,如果只用一臺泵,泵的功率就很大,成本高,負(fù)荷大,容易對電網(wǎng)形成沖擊,運(yùn)行噪音也大,且可能不一定有這么大功率的水泵;這時候,采取泵的并聯(lián)可很好的解決這個問題,而且當(dāng)主機(jī)不同時開的時候,也可以停開幾臺泵來調(diào)節(jié)水流量,達(dá)到節(jié)能目的; ③當(dāng)并聯(lián)工作的泵中有一臺損壞時,其他幾臺泵仍可繼續(xù)供水,因此,泵并聯(lián)輸水提高了機(jī)組運(yùn)行調(diào)度的靈活性和供水的可靠性,是多臺機(jī)組中最常見的一種運(yùn)行方式。 1. 由流量揚(yáng)程曲線圖看出,兩臺水泵并聯(lián)工作時的總流量并不等于單臺泵工作時流量的兩倍。 兩臺水泵并聯(lián)后所得流量小于兩臺水泵額定流量之和,那是因?yàn)楣苈窊p耗及單向閥不完全密封(回流)、管路最大能力限制所造成。對于多臺水泵的并聯(lián),可以通過加大主管直徑、檢查單向閥是否完全密封、進(jìn)出口管路有無堵塞、合理減少彎頭和閥門等措施減少衰減,盡量提高總流量, 可見下圖。 管路特性曲線越陡,增加的流量越少。根據(jù)工作中總結(jié):兩臺泵并聯(lián)時流量減少5%—10%,三臺泵并聯(lián)時流量減少16%-20%左右(經(jīng)驗(yàn)), 預(yù)估用。實(shí)際變化和泵的性能曲線和系統(tǒng)關(guān)系很大. 2. 水泵并聯(lián)工作不僅能增加流量,揚(yáng)程也有少量增加, 見上圖中系統(tǒng)阻力曲線的變化。 3. 一臺水泵單獨(dú)工作時的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于并聯(lián)工作時單臺泵的功率,所以選配電動機(jī)時應(yīng)根據(jù)一臺水泵單獨(dú)工作時的功率來進(jìn)行選擇。 在回答這個問題之前,我們來看一下兩個不同特性泵并聯(lián)時的情況:當(dāng)系統(tǒng)輸出揚(yáng)程達(dá)到低揚(yáng)程泵的最大揚(yáng)程時,系統(tǒng)處于臨界狀態(tài),此時系統(tǒng)輸出流量由高揚(yáng)程泵單獨(dú)供應(yīng),低揚(yáng)程泵輸出流量為零,當(dāng)流量繼續(xù)減小,由于高揚(yáng)程泵迫使一部分水體倒流通過低揚(yáng)程泵(如無止逆閥),則系統(tǒng)內(nèi)部形成環(huán)流,水泵反而沒效果了。所以,一般情況下,不建議采用不同揚(yáng)程水泵并聯(lián),注意是揚(yáng)程盡量接近, 流量可以不同。
下面的動畫截取于義維軟件. 并聯(lián)特性曲線的繪制(動畫)
裝置曲線的繪制(動畫)
并聯(lián)曲線圖的生成 從左到右,分別是:單泵的性能曲線,兩臺泵的并聯(lián)曲線,三臺泵的并聯(lián)曲線,和四臺泵的并聯(lián)曲線。 串聯(lián)曲線圖的生成 從下往上,分別是:單泵的性能曲線,兩臺泵的并聯(lián)曲線,三臺泵的并聯(lián)曲線,和四臺泵的并聯(lián)曲線。 看不懂, 可忽略此部分內(nèi)容 并聯(lián)特性曲線的繪制 在繪制水泵并聯(lián)性能曲線時,先把并聯(lián)的各臺水泵的Q-H曲線繪在同一坐標(biāo)圖上,然后把對應(yīng)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(diǎn)的流量相加,則得到I、II號水泵并聯(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)際上時將管道水頭損失視為零的情況下來求并聯(lián)后的工況點(diǎn)。因此,同型號的兩臺(或多臺)泵并聯(lián)后的總和流量將等于某揚(yáng)程下各臺泵流量之和。事實(shí)上,管道水頭損失是必須考慮的,所以,尋求并聯(lián)工況點(diǎn)的圖解就沒有那樣簡單。 水泵并聯(lián)Q-H曲線
同型號、同水位的兩臺水泵的并聯(lián)工作 (1)繪制兩臺水泵并聯(lián)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(diǎn)至壓水管交匯點(diǎn)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(jìn)水塔的總流量為兩臺泵水量之和。因此,兩臺泵聯(lián)合工作的結(jié)果,是在同一揚(yáng)程下流量相疊加。為了繪制并聯(lián)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(diǎn),然后,在相同坐標(biāo)值上把相應(yīng)的流量加倍,即可得1′,2′,3′,…,m′點(diǎn),用光滑曲線連接起1′,2′,3′,…,m′點(diǎn),繪出一條并聯(lián)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(lián)工作的總和Q-H曲線。上述的這種等揚(yáng)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(lián)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(yáng)程時流量的總和。 同型號、同水位、對稱布置的兩臺水泵并聯(lián)
(2)繪制管道系統(tǒng)特性曲線,求出并聯(lián)工況點(diǎn)。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(yīng)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(shù)。 因?yàn)閮膳_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(tǒng)的特性曲線Q-∑hAOG,此曲線與(Q-H)1 2曲線相交于M點(diǎn)。M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為兩臺水泵并聯(lián)工作的總流量Q1 2,縱坐標(biāo)等于兩臺水泵的揚(yáng)程H0,M點(diǎn)稱為并聯(lián)工況點(diǎn)。
五臺同型號水泵并聯(lián) 例如,上圖為五臺同型號水泵并聯(lián)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(lián)的總流量Q2為190,比單泵工作時增加了90;三臺泵并聯(lián)時的總流量Q3為251,比兩臺泵時增加了61;四臺泵并聯(lián)的總流量Q4為284,比三臺時增加了33;五臺泵并聯(lián)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(lián)水泵的臺數(shù),其效果就不大了。每臺泵的工況點(diǎn)隨著并聯(lián)臺數(shù)的增多,而向揚(yáng)程高的一側(cè)移動。臺數(shù)過多,就可能使工況點(diǎn)移出高效段的范圍。因此,對舊泵房挖潛、擴(kuò)建時,就不能簡單地理解增加1倍并聯(lián)水泵的臺數(shù),流量就會增加1倍。必須要同時考慮管道的過水能力,經(jīng)過并聯(lián)工況的計算和分析后才能下結(jié)論。沒經(jīng)工況分析,就隨便增加水泵的臺數(shù)是不可靠的(公眾號:泵管家),造成這種錯覺的原因,常常是將并聯(lián)后的工況點(diǎn),與繪制水泵總和Q-H曲線時所采用的等揚(yáng)程下流量疊加的概念混為一談。關(guān)鍵是忽略了管道系統(tǒng)特性曲線對并聯(lián)工作的影響。最后,對于泵站設(shè)計開始考慮問題時,就應(yīng)注意到: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)工作時要考慮到各單泵的流量是會減少的,揚(yáng)程是會提高的。如果選泵時是著眼于各泵經(jīng)常并聯(lián)運(yùn)行的,則應(yīng)注意到各泵單獨(dú)運(yùn)行時,相應(yīng)的流量將會增大,軸功率也會增大。 不同型號的兩臺水泵在相同的水位下并聯(lián)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(diǎn)B的水頭損失不相等(即∑hAB≠∑hBC)。兩臺水泵并聯(lián)后,每臺泵的工況點(diǎn)的揚(yáng)程也不相等(即H1≠H2)。因此,欲繪制并聯(lián)后的總和Q-H曲線,一開始就不能使用等揚(yáng)程下流量疊加的原理。
式中:H1為表示水泵I在相應(yīng)流量為Q1時的總揚(yáng)程(m); 不同型號、相同水位下兩臺水泵并聯(lián) 式(7-3)表示水泵I的總揚(yáng)程H1,扣除了AB管段,在相應(yīng)流量Q1下的水頭損失∑hAB后,就等于匯集點(diǎn)B處得測壓管水面與吸水面高差HB,此HB值相當(dāng)于將水泵折引至B點(diǎn)工作時的揚(yáng)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(diǎn)在工作。
式中:HII為表示水泵II在相應(yīng)流量為QII時的總揚(yáng)程(m); SBC為BC管段的阻力系數(shù)。
在我國北方地區(qū),常見以井群采集地下水。一井一泵,井群以聯(lián)絡(luò)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(wǎng)。這種情況,從水泵工況來分析,相當(dāng)于幾臺水泵在管道布置不對稱的情況下并聯(lián)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(jìn)行工況計算時,只需在計算凈揚(yáng)程HST時,以一共同基準(zhǔn)面算起,然后作相應(yīng)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(yīng)從工程來考慮,一般在管道布置差異較大的情況下才認(rèn)為是不對稱布置。例如,在兩臺離干管匯集點(diǎn)距離不一而并聯(lián)工作等場合下,就應(yīng)按上述方法進(jìn)行計算。 同型號的兩臺水泵一調(diào)一定并聯(lián)工作 如果兩臺同型并聯(lián)工作的水泵,其中一臺為調(diào)速泵(見圖5中泵I調(diào)),另一臺定速泵(見下圖中泵II定)。則在調(diào)速運(yùn)行中可能會遇到兩類問題:其一是調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速n1與定速泵n2均為已知試求兩臺并聯(lián)運(yùn)行時的工況點(diǎn)。這類問題如圖4所述,比較簡單。調(diào)速運(yùn)行的過程,實(shí)際上是調(diào)速泵與定速泵的(Q-H)I,II特性曲線由完全并聯(lián)轉(zhuǎn)化為不完全并聯(lián)的工程,其工況點(diǎn)的求解可按圖4所述求得。其二是只知道調(diào)速后兩臺泵的總供水量為QP(HP為未知值),試求調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速n1值(即求解調(diào)速值)。 一調(diào)一定水泵并聯(lián)工作 這類問題比較復(fù)雜,存在調(diào)速泵的工況點(diǎn)值(QI,HI)、定速泵的工況點(diǎn)值(QII,HII) 及調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速n1等五個未知數(shù)。直接求解比較困難,我們?nèi)钥刹捎谜垡▉砬蠼狻?br> 解題步驟: 畫出Q-∑hBD管道特性曲線,由圖5上得出P點(diǎn)。
(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(diǎn)(見圖5)。 (4)由H點(diǎn)向上引線得J點(diǎn),此J點(diǎn)為調(diào)速運(yùn)行時定速泵的工況點(diǎn)(即QII與HII 值)。 (5)由QP-QII=QI,調(diào)速泵的揚(yáng)程為 ,在圖上得M點(diǎn)。 (6)按 ,求得k值。畫出通過(QI,HI)點(diǎn)的等效率曲線與原定速泵(Q-H)I,II曲線交于T點(diǎn)。
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