供水泵站运行特性计算原理及新技术实践

泵站的稳态运行特性即：在整个供水工程系统确定的情况下，判别水泵运行工作状态的工作，也叫做水泵工作点的确定。众所周知，泵站的效率计算公式如下：

式中，η机、η传、η池一般是确定的，为了使整个供水工程的泵站效率达到最大，即要使η泵η管的值最大，所以从泵站的经济运行来说，或者说从节约能源的角度来考虑，要使泵站运行的效率达到最高，必须尽力提高η泵η管的数值，亦即使水泵的工作点落在水泵运行的高效区之内，这也是泵站设计规范所明确要求的，所以研究供水系统的过渡过程从研究水泵工作点的确定入手，也就是说在供水系统稳态运行的前提条件下，分析过渡过程更接近于供水工程安全运行的实际，对于系统的压力管路安全防护更具有实际意义，供水泵站水力过渡过程数值模拟正是在这样一种指导思想下展开的。

（一）单泵稳态运行工作点的确定

水泵工作点的确定不仅与水泵本身的特性有关，还和管路系统的特性有直接的联系。

1.水泵的基本特性曲线

水泵一般是在一定的转速下运行，在水泵转速n 不变的情况下，用试验的方法测算出通过水泵每一流量Q下的水泵扬程H、泵功率N、效率η和汽蚀余量NPSH 值，绘出Q—H、Q—N、Q—η和Q—NPSH 四条曲线，该组曲线称之为泵的基本特性曲线，如图3-1所示。

图3-1　离心水泵基本特性曲线

注　1.H—Q曲线表示泵的压头H 在较大流量范围内是随流量增大而减小。
2.N—Q曲线表示泵的轴功率P，一般随流量增大而增大。
3.η—Q曲线表示泵的效率，有一最高点，称为设计点。流量过大或过小，效率都将降低。最高效率点对应的Q、H 及P 值称为最佳工况参数。
一般高效区为不低于最高效率的92%的范围。

2.泵站管路特性曲线

泵站需要扬程的计算公式：

图3-2　泵站管路特性曲线

(www.xing528.com)

因为H净为常数t，所以曲线Q～H需是在纵坐标为H净的一条水平线叠加上对应流量Q时管路损失水头h损。显然，需要扬程H需随通过管路的流量Q的增大而增大，它是一条上升的曲线，该曲线称为管路特性曲线，如图3-2所示。

图3-3　图解法示意图

注：1.求出QA 时，水泵提供的扬程和扬水所需的扬程恰好相等。
2.这种图解法，可直观定量地得出该抽水系统泵给出的流量是多少；还可以从水泵Q—N、Q—η曲线查出此流量对应的轴功率和效率，检验机组是否超载，是否在泵的高效区运行，以判断所选用的水泵是否经济合理等。

3.工作点的计算方法

（1）图解法。

由于泵的Q—H 曲线为一下降曲线；而管路特性曲线为一上升曲线，它说明，当H净不变时，管路中的流量越大，扬水所需要的能量也越大，它与水泵无关。但在同一供水工程系统中，这一所需扬程要靠水泵提供，如果把这两条曲线以同一比例画在一张坐标纸上，必有一交点，如图3-3 所示。图上的A 点，即为该供水工程系统中水泵的工作点，与这一交点对应的QA 就是在净扬程H 净时给出的流量。在这一点水泵提供的扬程和扬水所需要的扬程恰好相等，系统处于稳定的运行工作状态。

（2）数解法。

水泵基本特性曲线的方程为

其中A、B、C 为三个确定的参数；它们可以由高效区内三点的流量和扬程值确定。

泵站管路特性曲线的方程为

由式（3-4）和式（3-5）求解方程组即可求得水泵的工作点。

当然，由于计算机的发展，现在大多采用电算法，很多书都有详细讲解，在此不再赘述。