第 6章 泵、风机与管网系统的匹配
? 6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点
? 6.2 泵、风机的工况调节
? 6.3 泵、风机的安装位置
? 6.4 泵、风机的选用
6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点
? 6.1.1管网特性曲线
? 1.枝状管网的阻力特性
（ 1）管段的阻力特性
2
22
4224 iiiis
ii
is
i LSA
L
R
lv
R
lP ??
?
??
?
??
???
?
???
? ??????
???
?
???
? ????? ??????
（ 2） 枝状管网的简化
1）管段串联
2121
212121
SSS
LLPPP
??
??????
?
?
? 两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作
用与输入的全压动力均为零，则它们处于“水力
并联”地位，其阻力相等。
2）管路“水力并联”
2
2
1
2
2
1
12121
?
??
???
?
???
? ??????? SSSLLLPP
? 3）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路。
1
V
2
A B
A B
3 m
C
C
n
S S S S S
NM
Ⅰ Ⅱ Ⅲ M N
S S S S S1 2
3 m n
（ 3）枝状管网的阻力特性
2SLP ??
（ 4）管网特性曲线
工程背景：
通风空调气体管网
机械循环采暖管网
室外供热管网
空调冷冻水管网
空调冷却水管网
2
Z
o
1
1P
1
Z
2
2P
o
2
1
21122 )()( SLPPPPgZPgZPP stste ??????????? ??
（ 4）管网特性曲线
（ 4）管网特性曲线
6.1.2管网特性曲线的影响因素
? 影响管网特性曲线的形状的决定因素是阻
抗 S 。 S值越大，曲线越陡 。 ?
?
1-
2
7
2
m)( k g
2
4
(
mkg
2
4
(
?
???
?
?
???
?
?
A
R
l
s
A
R
l
s
i
ii
s
Mi
i
ii
s
Li
???
???
S=f (l,d,k,?ζ,?)
6.1.3管网系统对泵、风机性能的影响
? 产品样本给出的某种类型、规格的泵、风机的性能曲线
（或性能参数表），是根据某种标准实验状态下测试得
到的数据整理绘制而成的。在实际使用中，工作流体的
密度、转速等参数可能与试验时不一致，此时可根据相
似率进行性能参数的换算。
? 由于泵（风机）是在特定管网中工作，其出入口与管网
的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵（风机）
的性能发生改变（一般会下降）。称为,系统效应”。
（ 1）入口系统效应
(b ) 方 形弯管(a ) 圆形弯管
管道长度
R
(c ) 进 口风箱
（ 1）入口系统效应
（ 2）出口系统效应－系统效应管段长度
系统效应曲线
计算100%的效应管道长度：如果 风速是12.5m /s以下取2.5倍管径为长度，那么 风速每增加5m/ s，
例,风速为25m/s,取5 倍管径为100%效应管道长度。若 管道为方型，边长分别为 a,b,
出口断面
1.0
0.6
0.8
0.9
0.7
0.5
0.4
--
R-S
T-U
V-W
S
P
P R-S
R-S
S-T
U-W
W-X
U
直径可按 d=(4ab/p i)
离心式风机
长度增加1倍管径。
计算。
0.5
弯钩接口
--
U-V
W-X
X
-
U
U
W-X
-
-
-
W
W
-
-
-
-
-
-
-
100 %效应管道长度
排气管道
当量
鼓风断面
鼓风断面面积
出口断面面积
压力恢复
无管道 12%效应 管长 25%效应 管长 50%效应 管长 100%效应 管长
0 50 %
% 100
% % 80 90
%
（ 2）出口系统效应 -出口连接弯管
（ 2）出口系统效应 -系统效应曲线
W(100)0.4
15
(7.5)
(50)0.2
(25)0.1
(3.5) (4)(2.5)
5 6 7
(3) (4.5)
8 9 10
(5)
60
(30)
30
(15)(12.5)
20
(10)
25 40
(20)
50
(25)
X
(150)0.6
(200)0.8
(250)1.0
(500)2.0
(750)3.0
(1000)4.0
(1250)5.0
U
V
T
S
Q
R
P
系统效应参数，压力损失-in.wg(Pa)
风速 -100fpm(m/s)
6.1.4 泵、风机在管网系统中的工作状态点
1.泵、风机在管网系统中的工作状态点
2,泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区
稳定工况
3.喘振及其防止方法
? ① 应尽量避免设备在非稳定区工作；
? ②采用旁通或放空法；
? ③增速节流法。
4.系统效应对工况点的影响
? 通过选择合理的进出口
连接方式，可以减小或
消除系统效应对泵、风
机的性能产生的影响。
当确实因实际安装位置
限制等原因导致无法避
免系统效应时，应在设
计选用泵（风机）时将
系统效应的影响考虑在
内。
设计风量
3
系统 效应
设计压力
低效率下的
实际风量下的
风量损失
4
设计风量下系统效应损失
不考虑系统效应的曲线A
考虑系统效应的假想曲线B
1
2
选用的风机曲线Ⅱ
理想的风机压力—风量曲线Ⅰ
6.1.4 管网系统中泵、风机的联合运行
1.并联运行分析
? 并联时联合运行性能曲线的求取方法
? 并联运行时每台机器的工作点
? 并联运行的部分机器停止工作时的的工作点
? 并联运行的特点与适应性
两台相同的泵或风机的并联
? 注意：管网特性
曲线不一定都是
如图所示。
多台设备并联运行 ;不同性能设备并联的工况分析
B
Ⅰ
A
Ⅱ
H
C
Q
Ⅲ
Ⅳ
A
BC
H
Q
Ⅰ
Q ?
?
E
Q? ? Q
Ⅱ
D
Ⅱ+Ⅰ
H
F
Ⅲ
Q 1 2Q
B
Ⅰ
A
Ⅱ
H
C
Q
Ⅲ
Ⅳ
A
BC
H
Q
Ⅰ
Q ?
?
E
Q? ? Q
Ⅱ
D
Ⅱ+Ⅰ
H
F
Ⅲ
Q 1 2Q
? 多台设备并联工作的总流量小于并联前各设
备单独工作的流量之和。
? 并联台数增多，每并联上一台设备所增加的
流量愈小，效果越差。
? 管网特性曲线越陡，并联运行流量增加越少。
? 设备性能曲线越陡，并联运行流量增加越多。
并联工作：
2.泵或风机的串联工作
? 串联时联合运行性能曲线的求取方法
? 串联运行时每台机器的工作点
? 串联运行的部分机器停止工作时的的工作点
? 串联运行的特点与适应性
串联工作：
? 串联运行的总流量和压头都比串联前高。
? 表面上看，增加压头是串联的目的。但最
终目的还是为了满足更大的流量需求：流
量大，管网的阻力大，需要更大的动力。
? 设备性能曲线越平坦，越适合串联工作。
? 一般应采用性能相同的泵串联工作；一般
风机不直接串联工作。
性能曲线陡降与平缓的水泵并联的比较
陡降型并联得到的流量增量,Qc-Qa
平缓型并联得到的流量增量,Qb-Qa
6.2 泵、风机的工况调节
? 6.2.1 调节管网系统特性
? 1,液体管网系统特性调节
分析：采用增大
阻抗减小流量的
代价。
2,气体管网系统特性调节
? 吸入管阀门调
节，改变了风
机的性能,B点
和 B‘点比较，
功率减小。
6.2.2 调节泵、风机的性能
? 1.变速调节
? 雷诺自模区内，同一泵或风机在不同转数下的流
体流动是相似的；即泵或风机不同转速时的性能
曲线上存在一一对应的相似工况点。 在相似工况
点之间，存在相似律。
22
22
)
'
(
';)
'
(
'
'
)
'
()
'
(
Q
Q
H
H
Q
Q
P
P
P
P
n
n
Q
Q
??
??
22
2
2
2 )'
'()( kQQ
Q
HQ
Q
HH ???曲线：变速调节时的相似工况
分析：不改变管网，减小转速，将流量从
QA调节到 QB。
(a)广义特性曲线管网的情况 （ b）狭义特性曲线管网的情况
I
0
Q
H
H
Hc
II
B
A
C
A
BH
BQ CQ Q A
IV
III
Q0 Q B
BH
AH
H
B
I
A Q
III
II(IV)
A
stH
通过以上的分析，可以得出有重要工程意义
的结论：
? （ 1）具有狭义管网特性曲线的管网，当其特性（总阻抗 S）
不变时，泵或风机在不同转速运行时的工况点是相似工况
点，流量比值与转速比值成正比，压力比值与转速比值平
方成正比，功率比值与转速比值三次方成正比。若变转速
的同时,S值也发生变化，则不同转速的工况不是相似工
况，上述关系不成立；对于具有广义特性曲线的管网，上
述关系亦不成立。
? （ 2）用降低转速来调小流量，节能效果非常显著；用增
加转速来增大流量，能耗增加剧烈。在理论上可以用增加
转数的方法来提高流量，但是转数增加后，使叶轮圆周速
度增大，因而可能增大振动和噪声，且可能发生机械强度
和电机超载问题，所以一般不采用增速方法来调节工况。
实际应用问题：
（ 1）不改变管网，减小转速，将流量从 QA（对应转速 n），调节到 QB，
转速应为多少？
解：求流量为 QB时要求的工况点（ B点） ；
过 B点作相似工况曲线，与转速为 n时的性能曲线的交点，是 B点的相似
工况点；
在此两点间依据相似律求应有的转速。
（ 2）转速 n时流量为 QA，不改变管网，转速减小为 n’，流量为多少？
解：实际是求转速为 n‘时的水泵（风机）性能曲线。
复习,已知转速 n时水泵的性能曲线，求转速减小为 n’时的性能曲线。
解：在转速 n的水泵性能曲线上找若干点。利用相似律，求对应的相似工
况点的性能参数。
改变泵或风机转数的方法有：
? （ 1）改变电机转数。常用：变频调节
? （ 2）调换皮带轮。
? （ 3）采用液力联轴器
2.进口导流器调节
3.切削叶轮调节
? 泵或风机的叶轮经过切削，外径改变，其性能随之改变。
泵或风机的性能曲线改变，则工况点移动，系统的流量
和压头改变，达到节能的目的。
? 叶轮经过切削与原来叶轮不符合几何相似条件。 H
D' 2
ω '
β 2
ω
2D
2
2
c
u'
c'
2
2
u 2
2
CD
B
A
Ⅲ(D ' )
Ⅰ(D )
2
Q
2
Ⅴ
Ⅱ
Ⅳ
切削律：
Q
'Q
H
H
'D
D
N'
N
'D
D
H'
H
'D
D
Q'
Q
bDbD
Q
'Q
H
H
'D
D
N'
N
'D
D
H'
H
'D
D
Q'
Q
bb
g
vu
Hvbε π DQ
u
TrT
2
0
0
4
2
2
2
2
2
2
2
'
2
'
222
0
0
4
2
2
2
2
2
2
2
2
'
22
22
222
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
第二切削曲线：
，则有第二切削律高比转数时，
第一切削曲线：
，则有第一切削律低比转数时，；
??
应用 1：已知水泵叶轮外径 D2时的性
能曲线，求 D2‘时的性能。
? 解：在外径 D2时的性能曲线上选取若干点，应用
切削律，计算外径为 D2’时对应的各个点的参数值，
并连成曲线。
应用 2：已知水泵叶轮外径 D2时的性能曲线和管网特
性曲线，水泵输出流量是 Qa，要求通过改变叶轮直
径，将流量调整为 Qb，求此时的直径 D2‘。H
D' 2
ω '
β 2
ω
2D
2
2
c
u'
c'
2
2
u 2
2
CD
B
A
Ⅲ(D ' )
Ⅰ(D )
2
Q
2
Ⅴ
Ⅱ
Ⅳ
解,1）找到所要求的新的工况
点 B；
2）过新工况点作切削曲线，找
到与外径 D2的水泵性能曲线的
交点 C（或 D）；
在 B点和 C点（或 D点）之间利
用切削律，求出 D2‘。
注意：
? 切削会带来效率下降，对切削量有限制。
比转数越大，允许切削量越小；
? 使用中通常是提供几套叶轮经过切削的叶
轮在需要时进行更换。
? 【 例 6－ 1】 已知水泵性能曲线如下图 。 管路阻抗 S＝
76000mH2O/(m3/s)2,静扬程 Hst＝ 19m,转速 n＝ 2900r/min。 试
求：
? ⑴ 水泵的流量 Q,扬程 H,效率 η 及轴功率 N；
? ⑵ 用阀门调节方法使流量减少 25％, 求此时水泵的流量, 扬程,
轴功率和阀门消耗的功率 。
? ⑶用变速调节方法使流量减少 25％，转速应调至多少？
6.3 泵与风机的安装位置
6.3.1水泵的气穴和气蚀现象
? 引起原因：水泵内部低压区，液体汽化。
? 后果：引起局部水锤，破坏水泵叶片。
? 避免气蚀的技术原理：使水泵内部最低点的压力
高于工作温度下的汽化压力，且有一定的富余值。
? 避免气蚀的技术手段：控制水泵的距离吸水面安
装高度。
Hss
d
Pa/
Υ
0
P1/
Υ
Hs
绝对压力零线
d
0
1
相对压力零线
1
P /r
1
P /r
0
6.3.2吸升式水泵的安装高度
][ ss HH ? ][
2
][][
2
1
ssssssss H Hhg
vHH ?????
? 在实际应用中,[Hs]的确定应注意如下两点：
? ①当泵的流量增加时,1－ 1断面至叶轮进口附近
的流体流动损失和速度头都增加了，所以 [Hs]应
随流量增加而有所降低。水泵厂一般在产品样本
中，用 Q－ Hs曲线来表示该水泵的吸水性能。图
6-3-2为 14SA型离心泵的 Q－ [Hs]曲线。
? ②泵的产品样本给出的 Q－ [Hs]曲线是在大气压强
为 10.33mH2O，水温为 20℃ 的清水条件下试验得
出的。当泵的使用条件与上述条件不相符时，应
对 [Hs]值按下式进行修正：
? [Hs] ′=[Hs]-(10.33-ha)+（ 0.24-hv）
8
4
0
0
Q(10 m /s)
80 160 240 320
Hs
400
Hs(m)
-3 3
图 6-3-2 14SA型离心泵 Q－ 〔 HS〕 曲线
? 【 例 6-3】 12Sh－ 19A型离心泵，流量为 0.22m3/s时，由
水泵样本中的 Q－ [Hs]曲线中查得，其允许吸上真空高度
[Hs]＝ 4.5m，泵进水口直径为 300mm，从吸水管进入口
到泵进口的水头损失为 1.0m，当地海拔为 1000m，水温
为 40℃,试计算其最大允许安装高度 [Hss]。
? 【 解 】 查表 6-3-2当海拔为 1000m时,Pa=0.092KPa，则
hs＝ 9.2m；查表 6-3-1水温为 40℃ 时,Pva=7.5KPa，则
hva＝ 0.75m。根据（ 6-3-5）式：
? [Hs′]＝ 4.5-(10.33-9.2)-(0.75-.024)=2.86m
6.3.3灌注式水泵的安装高度
? 对于有些轴流泵，或管网系统中输送的是
温度较高的液体（例如供热管网、锅炉给
水和蒸汽管网的凝结水等管网系统，对应
温度下的液体汽化压力较高），或吸液池
面压力低于大气压而具有一定的真空度，
此时，叶轮往往需要安装在最低水面以下，
对于这类泵常采用“气蚀余量”来衡量它
们的吸水性能，确定它们的安装位置。
? 等式左端：实际气蚀余量 Δh。
? 等式右端：临界气蚀余量 Δhmin。
? 临界气蚀余量 Δhmin＋安全余量＝必须气蚀余量
???
PP
g
vP V ?
??? )
2
(
2
11
当水箱中液面压强 P0等于液体温度对应的饱和汽化压力 Pv时，则有：
实际吸上真空高度和实际气蚀余量之间存在
如下联系：
用允许吸上真空高度和必须气蚀余量来控制水泵的
安装位置，在本质上是一致的。
g
vPP
Hh vas
2
2
1?????
?
6.3.4泵与管网的连接
1.吸水管路的连接
不漏气、不积气、不吸气
2.压出管路的连接
止回阀
减振：柔性接头
6.3.5风机与管网的连接
? 1.风机进口装置
? 2.风机出口装置
采用正确的连接方式，减小“系统效应”。
6.4 泵、风机的选用
? 【 例 6-5】 某空气调节系统需要从冷水箱向
空气处理室供水，最低水温为 10℃,要求
供水量 35.8m3/h，几何扬水高度 10m，处理
室喷嘴前应保证有 20m的压头。供水管路布
置后经计算管路损失达 7.1mH2O。为了使系
统能随时启动，故将水泵安装位置设在冷
水箱之下。试选择水泵。
0
40.5
30
H
I
Q
43.5
II
A
例 6-5图
? 【 例 6-6】 某地大气压为 98.07kPa，输送温
度为 70℃ 的空气，风量为 11500m3/h，管网
总阻力为 2000Pa，试选用风机、应配用的
电机及其它配件。
0
I
P(Pa)
II
3
Q(m /h)
A
2685
12710
例 6-6图
? 6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点
? 6.2 泵、风机的工况调节
? 6.3 泵、风机的安装位置
? 6.4 泵、风机的选用
6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点
? 6.1.1管网特性曲线
? 1.枝状管网的阻力特性
（ 1）管段的阻力特性
2
22
4224 iiiis
ii
is
i LSA
L
R
lv
R
lP ??
?
??
?
??
???
?
???
? ??????
???
?
???
? ????? ??????
（ 2） 枝状管网的简化
1）管段串联
2121
212121
SSS
LLPPP
??
??????
?
?
? 两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作
用与输入的全压动力均为零，则它们处于“水力
并联”地位，其阻力相等。
2）管路“水力并联”
2
2
1
2
2
1
12121
?
??
???
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???
? ??????? SSSLLLPP
? 3）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路。
1
V
2
A B
A B
3 m
C
C
n
S S S S S
NM
Ⅰ Ⅱ Ⅲ M N
S S S S S1 2
3 m n
（ 3）枝状管网的阻力特性
2SLP ??
（ 4）管网特性曲线
工程背景：
通风空调气体管网
机械循环采暖管网
室外供热管网
空调冷冻水管网
空调冷却水管网
2
Z
o
1
1P
1
Z
2
2P
o
2
1
21122 )()( SLPPPPgZPgZPP stste ??????????? ??
（ 4）管网特性曲线
（ 4）管网特性曲线
6.1.2管网特性曲线的影响因素
? 影响管网特性曲线的形状的决定因素是阻
抗 S 。 S值越大，曲线越陡 。 ?
?
1-
2
7
2
m)( k g
2
4
(
mkg
2
4
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?
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A
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A
R
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i
ii
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Mi
i
ii
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Li
???
???
S=f (l,d,k,?ζ,?)
6.1.3管网系统对泵、风机性能的影响
? 产品样本给出的某种类型、规格的泵、风机的性能曲线
（或性能参数表），是根据某种标准实验状态下测试得
到的数据整理绘制而成的。在实际使用中，工作流体的
密度、转速等参数可能与试验时不一致，此时可根据相
似率进行性能参数的换算。
? 由于泵（风机）是在特定管网中工作，其出入口与管网
的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵（风机）
的性能发生改变（一般会下降）。称为,系统效应”。
（ 1）入口系统效应
(b ) 方 形弯管(a ) 圆形弯管
管道长度
R
(c ) 进 口风箱
（ 1）入口系统效应
（ 2）出口系统效应－系统效应管段长度
系统效应曲线
计算100%的效应管道长度：如果 风速是12.5m /s以下取2.5倍管径为长度，那么 风速每增加5m/ s，
例,风速为25m/s,取5 倍管径为100%效应管道长度。若 管道为方型，边长分别为 a,b,
出口断面
1.0
0.6
0.8
0.9
0.7
0.5
0.4
--
R-S
T-U
V-W
S
P
P R-S
R-S
S-T
U-W
W-X
U
直径可按 d=(4ab/p i)
离心式风机
长度增加1倍管径。
计算。
0.5
弯钩接口
--
U-V
W-X
X
-
U
U
W-X
-
-
-
W
W
-
-
-
-
-
-
-
100 %效应管道长度
排气管道
当量
鼓风断面
鼓风断面面积
出口断面面积
压力恢复
无管道 12%效应 管长 25%效应 管长 50%效应 管长 100%效应 管长
0 50 %
% 100
% % 80 90
%
（ 2）出口系统效应 -出口连接弯管
（ 2）出口系统效应 -系统效应曲线
W(100)0.4
15
(7.5)
(50)0.2
(25)0.1
(3.5) (4)(2.5)
5 6 7
(3) (4.5)
8 9 10
(5)
60
(30)
30
(15)(12.5)
20
(10)
25 40
(20)
50
(25)
X
(150)0.6
(200)0.8
(250)1.0
(500)2.0
(750)3.0
(1000)4.0
(1250)5.0
U
V
T
S
Q
R
P
系统效应参数，压力损失-in.wg(Pa)
风速 -100fpm(m/s)
6.1.4 泵、风机在管网系统中的工作状态点
1.泵、风机在管网系统中的工作状态点
2,泵、风机的稳定工作区和非稳定工作区
稳定工况
3.喘振及其防止方法
? ① 应尽量避免设备在非稳定区工作；
? ②采用旁通或放空法；
? ③增速节流法。
4.系统效应对工况点的影响
? 通过选择合理的进出口
连接方式，可以减小或
消除系统效应对泵、风
机的性能产生的影响。
当确实因实际安装位置
限制等原因导致无法避
免系统效应时，应在设
计选用泵（风机）时将
系统效应的影响考虑在
内。
设计风量
3
系统 效应
设计压力
低效率下的
实际风量下的
风量损失
4
设计风量下系统效应损失
不考虑系统效应的曲线A
考虑系统效应的假想曲线B
1
2
选用的风机曲线Ⅱ
理想的风机压力—风量曲线Ⅰ
6.1.4 管网系统中泵、风机的联合运行
1.并联运行分析
? 并联时联合运行性能曲线的求取方法
? 并联运行时每台机器的工作点
? 并联运行的部分机器停止工作时的的工作点
? 并联运行的特点与适应性
两台相同的泵或风机的并联
? 注意：管网特性
曲线不一定都是
如图所示。
多台设备并联运行 ;不同性能设备并联的工况分析
B
Ⅰ
A
Ⅱ
H
C
Q
Ⅲ
Ⅳ
A
BC
H
Q
Ⅰ
Q ?
?
E
Q? ? Q
Ⅱ
D
Ⅱ+Ⅰ
H
F
Ⅲ
Q 1 2Q
B
Ⅰ
A
Ⅱ
H
C
Q
Ⅲ
Ⅳ
A
BC
H
Q
Ⅰ
Q ?
?
E
Q? ? Q
Ⅱ
D
Ⅱ+Ⅰ
H
F
Ⅲ
Q 1 2Q
? 多台设备并联工作的总流量小于并联前各设
备单独工作的流量之和。
? 并联台数增多，每并联上一台设备所增加的
流量愈小，效果越差。
? 管网特性曲线越陡，并联运行流量增加越少。
? 设备性能曲线越陡，并联运行流量增加越多。
并联工作：
2.泵或风机的串联工作
? 串联时联合运行性能曲线的求取方法
? 串联运行时每台机器的工作点
? 串联运行的部分机器停止工作时的的工作点
? 串联运行的特点与适应性
串联工作：
? 串联运行的总流量和压头都比串联前高。
? 表面上看，增加压头是串联的目的。但最
终目的还是为了满足更大的流量需求：流
量大，管网的阻力大，需要更大的动力。
? 设备性能曲线越平坦，越适合串联工作。
? 一般应采用性能相同的泵串联工作；一般
风机不直接串联工作。
性能曲线陡降与平缓的水泵并联的比较
陡降型并联得到的流量增量,Qc-Qa
平缓型并联得到的流量增量,Qb-Qa
6.2 泵、风机的工况调节
? 6.2.1 调节管网系统特性
? 1,液体管网系统特性调节
分析：采用增大
阻抗减小流量的
代价。
2,气体管网系统特性调节
? 吸入管阀门调
节，改变了风
机的性能,B点
和 B‘点比较，
功率减小。
6.2.2 调节泵、风机的性能
? 1.变速调节
? 雷诺自模区内，同一泵或风机在不同转数下的流
体流动是相似的；即泵或风机不同转速时的性能
曲线上存在一一对应的相似工况点。 在相似工况
点之间，存在相似律。
22
22
)
'
(
';)
'
(
'
'
)
'
()
'
(
Q
Q
H
H
Q
Q
P
P
P
P
n
n
Q
Q
??
??
22
2
2
2 )'
'()( kQQ
Q
HQ
Q
HH ???曲线：变速调节时的相似工况
分析：不改变管网，减小转速，将流量从
QA调节到 QB。
(a)广义特性曲线管网的情况 （ b）狭义特性曲线管网的情况
I
0
Q
H
H
Hc
II
B
A
C
A
BH
BQ CQ Q A
IV
III
Q0 Q B
BH
AH
H
B
I
A Q
III
II(IV)
A
stH
通过以上的分析，可以得出有重要工程意义
的结论：
? （ 1）具有狭义管网特性曲线的管网，当其特性（总阻抗 S）
不变时，泵或风机在不同转速运行时的工况点是相似工况
点，流量比值与转速比值成正比，压力比值与转速比值平
方成正比，功率比值与转速比值三次方成正比。若变转速
的同时,S值也发生变化，则不同转速的工况不是相似工
况，上述关系不成立；对于具有广义特性曲线的管网，上
述关系亦不成立。
? （ 2）用降低转速来调小流量，节能效果非常显著；用增
加转速来增大流量，能耗增加剧烈。在理论上可以用增加
转数的方法来提高流量，但是转数增加后，使叶轮圆周速
度增大，因而可能增大振动和噪声，且可能发生机械强度
和电机超载问题，所以一般不采用增速方法来调节工况。
实际应用问题：
（ 1）不改变管网，减小转速，将流量从 QA（对应转速 n），调节到 QB，
转速应为多少？
解：求流量为 QB时要求的工况点（ B点） ；
过 B点作相似工况曲线，与转速为 n时的性能曲线的交点，是 B点的相似
工况点；
在此两点间依据相似律求应有的转速。
（ 2）转速 n时流量为 QA，不改变管网，转速减小为 n’，流量为多少？
解：实际是求转速为 n‘时的水泵（风机）性能曲线。
复习,已知转速 n时水泵的性能曲线，求转速减小为 n’时的性能曲线。
解：在转速 n的水泵性能曲线上找若干点。利用相似律，求对应的相似工
况点的性能参数。
改变泵或风机转数的方法有：
? （ 1）改变电机转数。常用：变频调节
? （ 2）调换皮带轮。
? （ 3）采用液力联轴器
2.进口导流器调节
3.切削叶轮调节
? 泵或风机的叶轮经过切削，外径改变，其性能随之改变。
泵或风机的性能曲线改变，则工况点移动，系统的流量
和压头改变，达到节能的目的。
? 叶轮经过切削与原来叶轮不符合几何相似条件。 H
D' 2
ω '
β 2
ω
2D
2
2
c
u'
c'
2
2
u 2
2
CD
B
A
Ⅲ(D ' )
Ⅰ(D )
2
Q
2
Ⅴ
Ⅱ
Ⅳ
切削律：
Q
'Q
H
H
'D
D
N'
N
'D
D
H'
H
'D
D
Q'
Q
bDbD
Q
'Q
H
H
'D
D
N'
N
'D
D
H'
H
'D
D
Q'
Q
bb
g
vu
Hvbε π DQ
u
TrT
2
0
0
4
2
2
2
2
2
2
2
'
2
'
222
0
0
4
2
2
2
2
2
2
2
2
'
22
22
222
?
?
?
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?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
第二切削曲线：
，则有第二切削律高比转数时，
第一切削曲线：
，则有第一切削律低比转数时，；
??
应用 1：已知水泵叶轮外径 D2时的性
能曲线，求 D2‘时的性能。
? 解：在外径 D2时的性能曲线上选取若干点，应用
切削律，计算外径为 D2’时对应的各个点的参数值，
并连成曲线。
应用 2：已知水泵叶轮外径 D2时的性能曲线和管网特
性曲线，水泵输出流量是 Qa，要求通过改变叶轮直
径，将流量调整为 Qb，求此时的直径 D2‘。H
D' 2
ω '
β 2
ω
2D
2
2
c
u'
c'
2
2
u 2
2
CD
B
A
Ⅲ(D ' )
Ⅰ(D )
2
Q
2
Ⅴ
Ⅱ
Ⅳ
解,1）找到所要求的新的工况
点 B；
2）过新工况点作切削曲线，找
到与外径 D2的水泵性能曲线的
交点 C（或 D）；
在 B点和 C点（或 D点）之间利
用切削律，求出 D2‘。
注意：
? 切削会带来效率下降，对切削量有限制。
比转数越大，允许切削量越小；
? 使用中通常是提供几套叶轮经过切削的叶
轮在需要时进行更换。
? 【 例 6－ 1】 已知水泵性能曲线如下图 。 管路阻抗 S＝
76000mH2O/(m3/s)2,静扬程 Hst＝ 19m,转速 n＝ 2900r/min。 试
求：
? ⑴ 水泵的流量 Q,扬程 H,效率 η 及轴功率 N；
? ⑵ 用阀门调节方法使流量减少 25％, 求此时水泵的流量, 扬程,
轴功率和阀门消耗的功率 。
? ⑶用变速调节方法使流量减少 25％，转速应调至多少？
6.3 泵与风机的安装位置
6.3.1水泵的气穴和气蚀现象
? 引起原因：水泵内部低压区，液体汽化。
? 后果：引起局部水锤，破坏水泵叶片。
? 避免气蚀的技术原理：使水泵内部最低点的压力
高于工作温度下的汽化压力，且有一定的富余值。
? 避免气蚀的技术手段：控制水泵的距离吸水面安
装高度。
Hss
d
Pa/
Υ
0
P1/
Υ
Hs
绝对压力零线
d
0
1
相对压力零线
1
P /r
1
P /r
0
6.3.2吸升式水泵的安装高度
][ ss HH ? ][
2
][][
2
1
ssssssss H Hhg
vHH ?????
? 在实际应用中,[Hs]的确定应注意如下两点：
? ①当泵的流量增加时,1－ 1断面至叶轮进口附近
的流体流动损失和速度头都增加了，所以 [Hs]应
随流量增加而有所降低。水泵厂一般在产品样本
中，用 Q－ Hs曲线来表示该水泵的吸水性能。图
6-3-2为 14SA型离心泵的 Q－ [Hs]曲线。
? ②泵的产品样本给出的 Q－ [Hs]曲线是在大气压强
为 10.33mH2O，水温为 20℃ 的清水条件下试验得
出的。当泵的使用条件与上述条件不相符时，应
对 [Hs]值按下式进行修正：
? [Hs] ′=[Hs]-(10.33-ha)+（ 0.24-hv）
8
4
0
0
Q(10 m /s)
80 160 240 320
Hs
400
Hs(m)
-3 3
图 6-3-2 14SA型离心泵 Q－ 〔 HS〕 曲线
? 【 例 6-3】 12Sh－ 19A型离心泵，流量为 0.22m3/s时，由
水泵样本中的 Q－ [Hs]曲线中查得，其允许吸上真空高度
[Hs]＝ 4.5m，泵进水口直径为 300mm，从吸水管进入口
到泵进口的水头损失为 1.0m，当地海拔为 1000m，水温
为 40℃,试计算其最大允许安装高度 [Hss]。
? 【 解 】 查表 6-3-2当海拔为 1000m时,Pa=0.092KPa，则
hs＝ 9.2m；查表 6-3-1水温为 40℃ 时,Pva=7.5KPa，则
hva＝ 0.75m。根据（ 6-3-5）式：
? [Hs′]＝ 4.5-(10.33-9.2)-(0.75-.024)=2.86m
6.3.3灌注式水泵的安装高度
? 对于有些轴流泵，或管网系统中输送的是
温度较高的液体（例如供热管网、锅炉给
水和蒸汽管网的凝结水等管网系统，对应
温度下的液体汽化压力较高），或吸液池
面压力低于大气压而具有一定的真空度，
此时，叶轮往往需要安装在最低水面以下，
对于这类泵常采用“气蚀余量”来衡量它
们的吸水性能，确定它们的安装位置。
? 等式左端：实际气蚀余量 Δh。
? 等式右端：临界气蚀余量 Δhmin。
? 临界气蚀余量 Δhmin＋安全余量＝必须气蚀余量
???
PP
g
vP V ?
??? )
2
(
2
11
当水箱中液面压强 P0等于液体温度对应的饱和汽化压力 Pv时，则有：
实际吸上真空高度和实际气蚀余量之间存在
如下联系：
用允许吸上真空高度和必须气蚀余量来控制水泵的
安装位置，在本质上是一致的。
g
vPP
Hh vas
2
2
1?????
?
6.3.4泵与管网的连接
1.吸水管路的连接
不漏气、不积气、不吸气
2.压出管路的连接
止回阀
减振：柔性接头
6.3.5风机与管网的连接
? 1.风机进口装置
? 2.风机出口装置
采用正确的连接方式，减小“系统效应”。
6.4 泵、风机的选用
? 【 例 6-5】 某空气调节系统需要从冷水箱向
空气处理室供水，最低水温为 10℃,要求
供水量 35.8m3/h，几何扬水高度 10m，处理
室喷嘴前应保证有 20m的压头。供水管路布
置后经计算管路损失达 7.1mH2O。为了使系
统能随时启动，故将水泵安装位置设在冷
水箱之下。试选择水泵。
0
40.5
30
H
I
Q
43.5
II
A
例 6-5图
? 【 例 6-6】 某地大气压为 98.07kPa，输送温
度为 70℃ 的空气，风量为 11500m3/h，管网
总阻力为 2000Pa，试选用风机、应配用的
电机及其它配件。
0
I
P(Pa)
II
3
Q(m /h)
A
2685
12710
例 6-6图
