特性曲线与泵的运转工况分析

马晓军 石家庄工业泵厂有限公司 050100

特性曲线与泵的运转工况分析

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介绍了水泵装置特性曲线及水泵特性曲线的特点、泵的运转工况的分析。

水泵；特性曲线；运转工况；偏流量；分析

于是，装置扬程H C可写成：

公式（1）是装置扬程公式，也就是装置特性曲线的公式，对水泵装置来讲，H0+（P″- P′）/ρg 是不随流量改变的，它是一个常数，于是从公式（1）可见，装置特性曲线是一条抛物线，如图2。

前言

在泵的运行过程中,经常会出现泵的运转不稳定,偏大流量,电机超载的现象。分析发现,有些泵流量对扬程的变化不很敏感,而有些泵扬程稍有变化时,流量会有很大的变化。而后者当设计院提供的选型扬程不够准确时,最容易出现问题。下面就上面的现象做具体的分析。

一、水泵装置及装置特性曲线

图2 装置特性曲线

所谓的水泵装置，即是水泵和管路以及管路上的附件。图1是一个简单的水泵装置的示意图。

图1

图3 水泵运转工况点

二、泵特性曲线的形式及特点

P′吸水池表面的压力，P″压水池表面的压力。

图上的6为水泵，1为压水池，2为压出管路，3为流量计，4为压强计，5为调节阀，7为真空压强计，8为修理阀，9为吸入管路，10为吸水池，11为底阀等等。上述诸部件的综合组成了水泵装置。

水泵装置有自己的装置特性曲线，装置特性曲线就是装置扬程与管路中的流量的关系曲线。管路中的流量是很容易理解的。装置扬程的定义是：在水泵装置中，把单位重量的液体自吸水池液体表面移至压水池液体表面所需做的功，装置扬程以H0表示之，其单位为液柱高度m。

装置扬程 H0应等于下面两部分之和

1.单位重量液体能量增加部分，（又分为）：

a.位能的增加H0;b压能的增加（P″- P′）/ρg

2．液体自吸水池表面至压水池表面途中各种水力损失的总和∑h;它包括管路的进口损失，管路中的水力摩擦阻力损失和局部损失，管路附件（各种阀门等）中的水力损失，管路出口损失等，我们可把∑h写成：

上面讲了装置特性曲线的内容，接下来再讲一讲泵的特性曲线，何为泵的特性曲线？泵内运动参数之间存在着一定的联系，因此，运动参数的外部表现形式—性能参数，其间也必然存在着相应的联系。如果用曲线的形式表示泵性能参数之间的关系，称为泵的性能曲线（也叫特性曲线）。通常用横坐标表示流量Q，纵坐标表示扬程H、效率η、轴功率P、汽蚀余量NPSH（净正吸头）等。而泵的特性曲线（H—Q）即泵的扬程与流量的关系的曲线大致分成三种形式（图4）。

图4

泵特性曲线（H-Q）的形式

(a)单调下降的特性曲线 在这种曲线中Q=0时扬程最大（Hmax）,随着流量增加，扬程逐渐下降。每个扬程对应一个流量，这是一种稳定的扬程曲线。

(b)平坦的特性曲线，这种曲线流量变化很大，而扬程变化很小。即扬程稍有变化，则流量就有很大变化。

(c)驼峰（中高）特性曲线，在这种曲线中，在流量Q=0时的扬程为H0，随着流量的增加，扬程达到最大值Hmax,而后随流量的增加，扬程下降。同一扬程可以对应两种不同的流量，这是一种不稳定的特性曲线。

三、水泵运转工况点

上面介绍了水泵装置特性曲线、泵的特性曲线，在泵的运转过程中，两者是怎样联系在一起的？上面的泵特性曲线的三种形式中，哪种形式是最好的？当装置扬程偏离泵的选型扬程时，将会出现何种问题？下面就针对上述问题做具体分析。

水泵运转时的工况点是由水泵的特性曲线和装置特性曲线两者决定的。把水泵装置特性曲线和水泵特性曲线同画在一个Q—H坐标平面内，如图3，当泵的特性曲线是单调下降的形式时，此两线相交于M点，则M点即是水泵运转的工况点。

在单调下降的泵的特性曲线中，水泵运转时的工况点只能是M点，因为在M点水泵的扬程等于水泵装置扬程，这时候单位重量的液体流过水泵时从水泵处得到的能量为H，正好把单位重量的液体从吸水池表面移到压水池表面所需花费的能量也是H，于是能量正好平衡。如果水泵的运转工况点不是M点，而是A点，则单位重量的液体经过水泵时得到的能量H大于把单位重量液体从吸水面送往压水面所需要的能量HC，能量不能平衡，液体所多余的能量就使管路中的流速增大，结果流量增大，运转工况点往右移，直到与M点重合为止，而如果水泵的运转工况点不是M点，而是B点，则单位重量液体从水泵处得到的能量H小于自吸水面移至压水面所需之能量HC，这时管路中的流速自然立即减小，流量也减小，水泵工况点B往左移，直到与M点重合为止，所以水泵的运转工况点只可能是M点。

如果水泵的特性曲线有驼峰，如图5，则很有可能装置特性曲线与水泵特性曲线相交于两点，如图5的N点和M点，在水泵运转时N点和M点均能平衡，但水泵的运转工况点仍只是M点，因为M点符合稳定平衡的条件：

dHC/dQ> dH/dQ

凡交点符合上述条件，则由于某种原因，水泵工况点向左或向右偏离M点时，工况点会很快回到M点，像上面分析的那样。而N点则 dHC/dQ

当工况点由于某种原因，例如轻微的振动等，向N点的左面稍稍偏移，则工况点就继续向左偏移而远离N点，如果工况点稍稍向右便移一点，则工况点也将远离N点而与M点重合，故N点是不稳定平衡工况点。

从这里可见，水泵特性曲线有驼峰是不好的，设计水泵时应尽量设法消除特性曲线的驼峰。无驼峰陡降曲线是理想的泵性能曲线。

图5 周期性不正常运行装置

图6 装置扬程下降泵偏大流量运行

在现实泵的运行过程中，经常出现电机超电流的现象，一般情况是因为管网阻力下降，装置扬程曲线由H-Q‘变到H-Q’导致装置扬程下降，运行工况点由A点变到B点，泵在偏大流量下运行，导致电机过载，超电流,特性曲线比较平坦的泵最容易出现泵偏流量运行,电机超载的现象程的。因为平坦的特性曲线,流量虽扬程变化比较大。设计院在选型时,扬程计算都留有很大的余量,实际装置特性曲线下移,泵偏大流量运行（如图6）解决这种问题的方法是车削叶轮，或增加管网阻力。长远的办法,就是在设计叶轮的水力模型时,设法获得陡降的特性曲线。这样在扬程有变化时,泵的流量变化不是很明显。

[1]关醒凡. 现代泵技术手册. 北京: 宇航出版社.1995

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.101