了解系统扬程曲线提高你的泵选型技巧

01

前言

本文来自于PUMP&SYSTEMS，由《泵沙龙》翻译、修改、整理。为离心泵选型的入门课程，仅提供基础知识和熟悉术语，不提供全貌。设计点虽然在泵选型时至关重要，但只是需要考虑的所有因素中的一个。为了充分了解系统中流量和压力之间的关系以及泵如何与系统相互作用，还需要一些附加的信息。系统扬程曲线给出了单个设计点无法看到的全貌，并提供了为每个应用选择最佳设备的附加信息。

就本文而言，系统扬程曲线中的系统被定义为管道、阀门、静压头以及可能影响泵压力的任何其它设计方面。系统扬程曲线是压力如何随（流经系统的）流量变化而变化的直观的以图形形式的体现。从某种意义上说，系统扬程曲线是管网的性能曲线。泵选型软件根据用户输入来计算系统扬程曲线，但可以在Excel等工作簿应用程序中计算，也可以通过计算各种流速下的总动态扬程（TDH）并通过它们绘制最佳拟合线来估算。在污水处理行业中，系统扬程曲线通常使用Hazen-Williams公式计算，但是，确实存在其它方法和计算公式。

图1：带有操作压头的系统扬程曲线（由Zoeller公司提供）

图 2：系统扬程曲线和同时运行的曲线（由Zoeller公司提供）

系统扬程曲线对于每个应用都是唯一的，但是应该了解它们是如何生成的。通常，它们呈半抛物线形状。曲线的形状与摩擦损失有关。系统的摩擦损失越大（例如在尺寸较小的管道中），系统扬程曲线越陡。系统的摩擦损失越小（例如在越大的管道中），系统扬程曲线就越平坦。曲线在Y轴上的起点值（截距）为静压头，因为在零流量下，没有摩擦损失，只有静压头。如果有额外的操作压头要求，例如连接到压力主管线，可以通过向上移动Y截距（静态加操作压头）来模拟额外的操作压头。有关系统扬程曲线的各种组成的示例，见图1。

系统扬程曲线可以为泵的选型设计带来很多好处和有价值的信息，但这些好处和信息无法在一篇文章中全部罗列出来。本文将介绍系统扬程曲线可以提供的一些好处，如确定工作点、分析同时运行情况、管道设计、变频驱动、变化的设计条件以及保守性能和预期性能的比较。

02

确定运行点

泵只能沿其性能曲线运行。但是，很多时候，用于选择泵的设计点不在泵的性能曲线上。可能会问这样一个问题：泵会产生什么流量？系统扬程曲线提供了答案。系统扬程曲线和泵性能曲线的交点即为工作点。工作点定义了系统扬程和流量、泵在该系统中产生的流量和压力。在图1中，设计点为20 gpm，TDH为82 ft。如果没有系统曲线，可以确定图中的泵是可以接受的，但泵产生的流量未知。然而，系统曲线表明在91 ft TDH时的工作点流量为24 gpm。运行点是另一条有用的信息，应在系统设计的其它方面代替设计流量使用，例如控制设计点（关闭、提前、滞后等）、循环时间、水池大小等。运行点还将定义估计的效率点。

03

同时运行

人们通常错误地认为，两台（完全相同的）并联运行的泵，其总流量将是单台泵流量的两倍。只有当两台泵在泵和排放口之间都有独立且相同的管网时，才会出现这种情况。然而，在含有多泵的提升泵站中，所有泵都有一个共同的集管和排放口是很常见的。要充分了解和比较单泵和多泵同时运行的性能，必须使用系统扬程曲线。图2显示了单台泵的性能曲线、两台泵同时运行的复合曲线以及不同直径下的三个系统曲线。图2显示了系统扬程曲线，使用户可以更好地了解单台泵与多台泵同时运行的泵的比较情况。此外，图2还显示了操纵管网会影响工作点的方式，并允许设计人员确定一个更加有利的工作点。

图3：系统扬程曲线和变频驱动

04

变频驱动

变频驱动（VFD）在适当的应用中非常出色。VFD可以降低能耗、减少启动次数、快速适应不同的流入流量、通过软启动减少磨损等等。那么，为什么不在所有的泵上使用它们呢？第一个原因是成本，第二个原因是基于应用。系统扬程曲线将有助于后者。图3显示了泵在不同频率下的性能。系统扬程曲线和工作点起初看起来很理想（但是，在污水处理应用中，泵的转速必须大于等于2英尺/秒）。以30Hz运行泵时的工作点将使转速降至该最小值以下。这并不意味着VFD在污水应用中不可行，但应设置最小频率，以便泵可以超过最小冲刷速度。此外，在静压头大于TDH 50%的系统或具有平坦系统扬程曲线的系统中，VFD的可行性可能较低。

05

具有不同设计点的应用

系统扬程曲线也适用于评估具有不同设计点的应用。具有不同设计点的一些应用实例包括：部分或全部在泵循环（高点、泵送下坡等）之间的管道系统、具有不同水位和静压头的深水池、压力下水道（峰值流量与非峰值流量）和其它特殊应用。如果应用具有不同的设计点，最好选择能够在每个设计点安全、充分运行的泵。系统扬程曲线提供了所需的清晰度。例如，图1有两条系统扬程曲线，一条模拟从泵到压力主管线的静态和摩擦损失（仅限横向损失），另一条模拟压力主管的静态、摩擦和工作扬程（横向损失加压力主管压力）。如果在非高峰时间可能在压力主管上没有压力，泵将在较高流量、较低扬程的工作点运行。如果压力主管中的压力达到峰值，泵将在较低流量、较高扬程的工作点运行。两条独立的系统扬程曲线和泵曲线确定了极限工作点。由于极限工作点和两都之间的整个泵曲线位于泵曲线上的安全工作点，因此该泵是一个可行的选择。如果任一系统曲线未在理想的流量或工作点与泵的性能曲线相交，则应分析不同泵的运行和配置情况。

06

保守与预期性能

与预期条件相比，评估设计条件可能会有所帮助。许多监管机构要求使用保守值，例如用于摩擦损失计算的C值为120，这可能对延长管道或高摩擦损失的设计产生重大影响。通常，最好的做法是考虑了保护和安全因素后的折衷设计，作者不建议放弃这种做法。建议设计泵站的人员联系当地监管机构，以确保其设计符合要求。然而，研究预期的、非保守的情况也是有益的。如果只分析保守情况，一旦安装，由于压力较低，泵可能在其曲线上运行得比预期的偏离更远。实际工作点可能会降低效率并增加能耗。使用两条系统扬程曲线（一条为保守值，另一条为预期值）评估泵的选择，并选择能够在两个工作点充分运行的泵，可能是有益的。

07

总结

总之，系统扬程曲线可以为正确选择泵提供许多有益的见解。系统扬程曲线可让你更深入地了解管网如何影响泵和系统的性能。确定泵的尺寸时，请务必检查系统扬程曲线，以充分了解系统将如何运行以及可以调整哪些内容以提供最佳解决方案。