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水泵全特性曲线分析

摘要：本文通过水泵全特性曲线分析，利用通用公式和就近取

值的两种方法，得到不同比转速水泵全特性曲线的数值化离散数

据，分析两种方法数据差异，并通过工程实例进行停泵水锤计算，

研究比转速差异对大管径长距离高扬程管道水力过渡过程的影响，

为同类工程停泵水锤计算提供参考。

关键字：大管径长距离高扬程，停泵水锤；全特性曲线；通用

公式；

一、前言

近年来，由于人口的持续增长和经济的高速发展，工农业和人

民生活用水持续增加，城市用水量大幅度提高。以前城市常就近取

用地表水和开采地下水，但由于近市水源及河流的污染，地表水水

质恶化；过度开采引起地下水位下降而导致地面沉降，使得人们不

得不远距离取水。因此，近年来我国长距离输水工程逐年增多，如

天津引滦工程、大连引碧工程、上海黄浦江上游引水工程、内蒙古

引黄工程、引黄济青工程、引黄入晋工程、西安黑河引水工程、南

水北调工程等，还有众多为解决各城市生产生活用水而兴建的各种

长距离输水工程。其中尤以高扬程多起伏的输水管线的安全运行问

题最常见而又最突出，对高扬程多起伏的输水管线进行安全有效的

水锤防护，其前提是能进行停泵水锤升压的精确计算，而这种精确

计算的前提是必须有可靠的水泵全特性曲线的数值化数据。因此，

本文通过对水泵全特性曲线分析，利用通用公式和就近取值的两种

方法得到的不同比转速水泵的全面特性曲线的数值化离散数据，然

后利用大管径长距离高扬程管道工程实例进行停泵水锤水力过渡

过程的影响研究。

二、停泵水锤计算方法概述

根据相关的科技文献和技术资料，目前常用的停泵水锤计算方

法有:数解综合法、图解法、电算法等。各种方法的特点简介如下。

1．数解综合法

20世纪30年代前，数解综合法停泵水锤计算主要是应用相应的

方程式和水泵全特性曲线图进行反复的算术计算和量图取值，工作

量十分浩繁。通常只能解决上、下游边界条件比较简单的水锤问题，

并且，计算精度有限。

2．图解法

从30至60年代，停泵水锤计算的图解法逐渐发展完善起来并

被广泛的使用。图解法是在不计管路摩阻情况下根据共轭方程，将

边界条件和水锤波的推移表示为以h和v为坐标的图形，进行水锤

升压计算，有简捷和直观的优点，但图解法要求精细的作图，并且

必须逐点手绘，计算和制图工作量很大，且因不及摩阻，精度也很

低。

3．电算法

从60年代起，随着电子计算机的发展，用电算求解水锤问题日

益得到重视。它的基础也是水锤基本微分方程式，借助于特征线，

将该基本方程转化为便于计算机运算的有限差分方程式。电算法需

要将水泵全特性曲线数值化，并编制电算程序，它不但解决复杂的

管路系统和边界条件的水锤课题，而且计算精度高，计算效率也能

大幅提高。电算法也是目前应用最广泛的一种方法。

停泵水锤计算方法，目前公认的最为精确的也是规范规定的计

算方法为特征线法，其中水泵水力过度性能是其重要的边界条件，

只有对其过程进行准确的计算模拟，才能使停泵水锤计算满足工程

要求的准确程度，而这种准确计算的前提是必须有精确的水泵全特

性曲线的数值，然而现有的不同比转速的水泵全特性曲线的资料不

够完善不足以满足停泵水锤计算的需要，常用的三种比转速的水泵

全面特性曲线数值化数据有三种：ns=128的离心泵；

ns=530的混流泵；ns=950的轴流泵。实际输水工程中可能

用到各种不同比转速的水泵，如何保证停泵水锤的准确计算，成为

输水管道安全运行的重要课题之一。

常用的水泵全特性曲线的数值的获取方法有：实测法、就近取

值法和利用通用公式三种方法，后两种方法对停泵水锤的计算的影

响差异大小及哪种更为精确？本文利用大管径长距离高扬程输水

管线工程实例对其影响及差异进行研究。

三、水泵全特性曲线分析及获得两种离散数据的方法

1．水泵全特性曲线分析

水泵全特性曲线是停泵水锤的电算方法的基础。水泵全特性曲

线是在流量q和转速n的坐标系统中表示所有工况下，将总扬程h

和力矩m均以等值线的方法绘出，而且全面的反映了水泵的八种工

况的八个区间。同正常水泵的特性曲线的求得一样，仅从理论上分

析，不可能得出水泵的全特性曲线的，因此只能以实验方法为依据，

然后得到离散的数据。

水泵全特性曲线的改造是以水