泵与风机_何川主编_第四版_课后习题 思考题答案

绪论绪论 思考题思考题 1 在火力发电厂中有那些主要的泵与风机 其各自的作用是什么 答 给水泵 向锅炉连续供给具有一定压力和温度的给水 循环水泵 从冷却水源取水后向汽轮机凝汽器 冷油器 发电机的空气冷却器供给冷 却水 凝结水泵 抽出汽轮机凝汽器中的凝结水 经低压加热器将水送往除氧器 疏水泵 排送热力系统中各处疏水 补给水泵 补充管路系统的汽水损失 灰渣泵 将锅炉燃烧后排出的灰渣与水的混合物输送到贮灰场 送风机 向锅炉炉膛输送燃料燃烧所必需的空气量 引风机 把燃料燃烧后所生成的烟气从锅炉中抽出 并排入大气 2 泵与风机可分为哪几大类 发电厂主要采用哪种型式的泵与风机 为什么 答 泵按产生压力的大小分 低压泵 中压泵 高压泵 风机按产生全压得大小分 通风机 鼓风机 压气机 泵按工作原理分 叶片式 离心泵 轴流泵 斜流泵 旋涡泵 容积式 往复泵 回转泵 其他类型 真空泵 喷射泵 水锤泵 风机按工作原理分 叶片式 离心式风机 轴流式风机 容积式 往复式风机 回转式风机 发电厂主要采用叶片式泵与风机 其中离心式泵与风机性能范围广 效率高 体积小 重量轻 能与高速原动机直联 所以应用最广泛 轴流式泵与风机与离心式相比 其流量 大 压力小 故一般用于大流量低扬程的场合 目前 大容量机组多作为循环水泵及引送 风机 3 泵与风机有哪些主要的性能参数 铭牌上标出的是指哪个工况下的参数 答 泵与风机的主要性能参数有 流量 扬程 全压 功率 转速 效率和汽蚀余量 在铭牌上标出的是 额定工况下的各参数 4 水泵的扬程和风机的全压二者有何区别和联系 答 单位重量液体通过泵时所获得的能量增加值称为扬程 单位体积的气体通过风机时所获得的能量增加值称为全压 联系 二者都反映了能量的增加值 区别 扬程是针对液体而言 以液柱高度表示能量 单位是 m 全压是针对气体而言 以压力的形式表示能量 单位是 Pa 5 离心式泵与风机有哪些主要部件 各有何作用 答 离心泵 叶轮 将原动机的机械能传递给流体 使流体获得压力能和动能 吸入室 以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮 并使叶轮进口处的液体流速分 布均匀 压出室 收集从叶轮流出的高速流体 然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮 进口 同时还将液体的部分动能转变为压力能 导叶 汇集前一级叶轮流出的液体 并在损失最小的条件下引入次级叶轮的进口或压 出室 同时在导叶内把部分动能转化为压力能 密封装置 密封环 防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸入口 轴端密封 防止高压流体从泵内通过转动部件与静止部件之间的间隙泄漏 到泵外 离心风机 叶轮 将原动机的机械能传递给流体 使流体获得压力能和动能 蜗壳 汇集从叶轮流出的气体并引向风机的出口 同时将气体的部分动能转化为压力 能 集流器 以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口 进气箱 改善气流的进气条件 减少气流分布不均而引起的阻力损失 6 轴流式泵与风机有哪些主要部件 各有何作用 答 叶轮 把原动机的机械能转化为流体的压力能和动能的主要部件 导叶 使通过叶轮的前后的流体具有一定的流动方向 并使其阻力损失最小 吸入室 泵 以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮 并使叶轮进口处的液体 流速分布均匀 集流器 风机 以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口 扩压筒 将后导叶流出气流的动能转化为压力能 7 轴端密封的方式有几种 各有何特点 用在哪种场合 答 填料密封 结构简单 工作可靠 但使用寿命短 广泛应用于中低压水泵上 机械密封 使用寿命长 密封效果好 摩擦耗功小 但其结构复杂 制造精度与安装 技术要求高 造价贵 适用于高温高压泵 浮动环密封 相对与机械密封结构较简单 运行可靠 密封效果好 多用于高温高压 锅炉给水泵上 8 目前火力发电厂对大容量 高参数机组的引 送风机一般都采用轴流式风机 循环水 泵也越来越多采用斜流式 混流式 泵 为什么 答 轴流式泵与风机与离心式相比 其流量大 压力小 故一般用于大容量低扬程的场合 因此 目前大容量机组的引 送风机一般都采用轴流式风机 斜流式又称混流式 是介于轴流式和离心式之间的一种叶片泵 斜流泵部分利用了离 心力 部分利用了升力 在两种力的共同作用下 输送流体 并提高其压力 流体轴向进 入叶轮后 沿圆锥面方向流出 可作为大容量机组的循环水泵 9 试简述活塞泵 齿轮泵及真空泵 喷射泵的作用原理 答 活塞泵 利用工作容积周期性的改变来输送液体 并提高其压力 齿轮泵 利用一对或几个特殊形状的回转体如齿轮 螺杆或其他形状的转子 在壳体 内作旋转运动来输送流体并提高其压力 喷射泵 利用高速射流的抽吸作用来输送流体 真空泵 利用叶轮旋转产生的真空来输送流体 第一章第一章 思考题思考题 1 试简述离心式与轴流式泵与风机的工作原理 答 离心式 叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量 即流体通过叶轮后 压能和 动能都得到提高 从而能够被输送到高处或远处 流体沿轴向流入叶轮并沿径向流出 轴流式 利用旋转叶轮 叶片对流体作用的升力来输送流体 并提高其压力 流体沿 轴向流入叶轮并沿轴向流出 2 流体在旋转的叶轮内是如何运动的 各用什么速度表示 其速度矢量可组成怎样的图 形 答 当叶轮旋转时 叶轮中某一流体质点将随叶轮一起做旋转运动 同时该质点在离心力 的作用下 又沿叶轮流道向外缘流出 因此 流体在叶轮中的运动是一种复合运动 叶轮带动流体的旋转运动 称牵连运动 其速度用圆周速度 u 表示 流体相对于叶轮的运动称相对运动 其速度用相对速度 w 表示 流体相对于静止机壳的运动称绝对运动 其速度用绝对速度 v 表示 以上三个速度矢量组成的矢量图 称为速度三角形 3 当流量大于或小于设计流量时 叶轮进 出口速度三角形怎样变化 答 进口速度三角形的变化 当流量小于设计流量时 轴面速度 90 如图 a 1m v 1m v 1 1 1 当流量大于设计流量时 轴面速度 90 如图 b 1m v 1m v 1 1 1 出口速度三角形 2 u u v2 u v2 2 w 2 v m v2 m v2 2 w 2 v 小于设计流量 2 u u v2 u v2 2 w 2 v m v2 m v2 2 w 2 v 大于设计流量 4 离心式泵与风机当实际流量在有限叶片叶轮中流动时 对扬程 全压 有何影响 如 何修正 答 在有限叶片叶轮流道中 由于流体惯性出现了轴向涡流 使叶轮出口处流体的相对速 度产生滑移 导致扬程 全压 下降 一般采用环流系数 k 或滑移系数 来修正 5 为了提高流体从叶轮获得的能量 一般有哪几种方法 最常采用哪种方法 为什么 答 1 径向进入 即 2 提高转速 3 加大叶轮外径 4 增大叶片出 90 1 n 2 D 口安装角 a2 提高转速最有利 因为加大叶轮外径将使损失增加 降低泵的效率 提高转速则受汽 蚀 的限制 对风机则受噪声的限制 增大叶片出口安装角将使动能头显著增加 降低泵 a2 与风机的效率 比较之下 用提高转速来提高理论能头 仍是当前普遍采用的主要方法 n 6 泵与风机的能量方程式有哪几种形式 并分析影响理论扬程 全压 的因素有哪些 答 泵 T H 1 g 221 1 uu u vu v gg uu g vv HT 222 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 风机 uu vuvu 1122T p 因素 转速 叶轮外径 密度 影响全压 叶片出口安装角 进口绝对速度n 2 D a2 角 1 7 离心式泵与风机有哪几种叶片形式 各对性能有何影响 为什么离心泵均采用后弯式 叶片 答 后弯式 径向式 前弯式 后弯式 90 时 cot为正值 越小 cot越大 则越小 即随 2a 2a 2a 2a T H 不断减小 亦不断下降 当减小到等于最小角时 2a T H a2 min 2a 0 T H 径向式 90 时 cot 0 2a 2a 2u v 2 u g u HT 2 2 前弯式 90 时 cot为负值 越大 cot越小 则越大即随 2a 2a 2a 2a T H 不断增大 亦不断增大 当增加到等于最大角时 2a T H a2 max 2a g u HT 2 2 2 以上分析表明 随叶片出口安装角的增加 流体从叶轮获得的能量越大 因此 a2 前弯式叶片所产生的扬程最大 径向式叶片次之 后弯式叶片最小 当三种不同的叶片在进 出口流道面积相等 叶片进口几何角相等时 后弯式叶片流 道较长 弯曲度较小 且流体在叶轮出口绝对速度小 因此 当流体流经叶轮及转能装置 导叶或蜗壳 时 能量损失小 效率高 噪声低 但后弯式叶片产生的总扬程较低 所以 在产生相同的扬程 风压 时 需要较大的叶轮外径或较高的转速 为了高效率的要求 离 心泵均采用后弯式叶片 通常为 20 30 a2 8 轴流叶轮进 出口速度三角形如何绘制 如何确定 有何意义 w 答 速度三角形一般只需已知三个条件即可画出 一般求出圆周速度 轴向速度 u a v 圆周分速即可按比例画出三角 u v 形 轴流式和离心式泵与风机速 度三角形相比 具有以下特点 一是流面进 出口处的圆周速度 相同 二是流面进 出口的轴向 速度也相同 即 2 u 1 uu u v1 u v2 a v 因此 为研究方便起见 可以把叶栅进 出口速度三角形绘在一起 如图所示 是叶栅前后相对速度和的几何平均值 其大小和方向由叶栅进 出口速度三角w 1 w 2 w 形的几何关系来确定 w 22 12 2 uu a ww w arctg a u w w arctg 12 2 a uu w ww 意义 由于流体对孤立翼型的绕流 并不影响来流速度的大小和方向 而对叶栅翼型的绕 流 则将影响来流速度的大小和方向 所以在绕流叶栅的流动中 取叶栅的前后相对速度 和的几何平均值作为无限远处的来流速度 1 w 2 ww 9 轴流式泵与风机与离心式相比较 有何性能特点 使用于何种场合 答 轴流式泵与风机的性能特点是流量大 扬程低 比转数大 流体沿轴向流入 流出叶轮 目前国内外大型电站普遍采用轴流式风机作为锅炉的送引风机 轴流式水泵作为循环水 泵 10 轴流式泵与风机的扬程 全压 为什么远低于离心式 答 因为轴流式泵与风机的能量方程式是 T H 22 21 2 vv g 22 12 2 ww g 离心式泵与风机的能量方程式是 T H 22 21 2 vv g 22 21 2 uu g 22 12 2 ww g 因为 式中 故流体在轴流式叶轮中获得的总能量远小于离心式 1 u 2 uu 11 轴流式泵与风机的翼型 叶栅的几何尺寸 形状对流体获得的理论扬程 全压 有何 影响 并分析提高其扬程 全压 的方法 答 泵 cos sin 2 2 g w v u t b cH a yT 风机 cos sin 2 2 w v u t b cP a yT 增加弦长 增大叶栅中翼型的升力系数 减小栅距 增大 增加升力角b y ct 均可提高泵与风机的扬程 全压 泵与风机 课后习题答案 泵与风机 课后习题答案 第一章第一章 1 11 1 有一离心式水泵 其叶轮尺寸如下 35mm 19mm 178mm 1 b 2 b 1 D 381mm 18 20 设流体径向流入叶轮 如 n 1450r min 试 2 D 1a 2a 画出出口速度三角形 并计算理论流量和在该流量时的无限多叶片的理论 V T q 扬程 T H 解解 由题知 流体径向流入叶轮 90 则 1 13 51 m s 1 u 1n 60 D 3 178 101450 60 13 5118 4 39 m s 1 V 1m V 1 utg 1a tg 0 178 4 39 0 035 0 086 s 1V q 1 D 1 b 1m V 3 m 3 78 m s 2m V 1 22 V q D b 0 086 0 381 0 019 28 91 m s 2 u 2 D 60 n 3 381 101450 60 ctg 28 91 3 78 ctg20 18 52 m s 2u V 2 u 2m V 2a 54 63 m T H 22u u V g 28 91 18 52 9 8 1 2 有一离心式水泵 其叶轮外径 220mm 转速 n 2980r min 叶片出口安装 2 D 角 45 出口处的轴面速度 3 6m s 设流体径向流入叶轮 试按比例 2a 2m v 画出出口速度三角形 并计算无限多叶片叶轮的理论扬程 又若环流系数 T H K 0 8 流动效率 0 9 时 泵的实际扬程 H 是多少 h 解解 34 3 m s 2 u 2 D 60 n 0 22 2980 60 3 6 m s 45 5 09 m s 画出出口速度三角形 2m V 2a 2 w 2 2 sin m a v ctg 34 31 3 6 ctg45 30 71 m s 2u V 2 u 2m V 2a 90 107 5 m 1 T H 22u u V g 34 31 30 71 9 8 实际扬程 H K K 0 8 0 9 107 5 77 41 m T H h T H 1 3 有一离心式水泵 叶轮外径 360mm 出口过流断面面积 0 023 2 D 2 A 2 m 叶片出口安装角 30 流体径向流入叶轮 求转速 n 1480r min 流量 2a 86 8L s 时的理论扬程 设环流系数 K 0 82 V T q T H 解解 流体径向流入叶轮 90 1 27 88 m s 2 u 2 D 60 n 0 36 1480 60 3 64 m s 2m v V T q A 3 83 8 10 0 023 27 88 3 64 21 58 m s 2u v 2 u 2m v 2a ctg 3 61 39 m T H 22u u V g 27 88 21 58 9 8 0 82 61 39 50 34 m T HK T H 1 4 有一叶轮外径为 300mm 的离心式风机 当转速为 2890r min 时 无限多叶 片叶轮的理论全压是多少 设叶轮入口气体沿径向流入 叶轮出口的相对 T p 速度 设为半径方向 空气密度 1 2kg 3 m 解解 气体沿径向流入 90 1 又叶轮出口相对速度沿半径方向 90 2a 46 79 m s 2 u 2 D 60 n 0 3 2980 60 由图知 46 79m s 2 u 2u V 1 2 46 79 46 79 2626 7 Pa T p 22u u V 1 5 有一离心式风机 转速 n 1500r min 叶轮外径 600mm 内径 2 D 480mm 叶片进 出口处空气的相对速度为 25m s 及 22m s 它们与 1 D 1 w 2 w 相应的圆周速度的夹角分别为 60 120 空气密度 1 2kg 1 2 3 m 绘制进口及出口速度三角形 并求无限多叶片叶轮所产生的理论全压 T p 解 37 68 m s 1 u 1n 60 D 0 48 1500 60 47 1 m s 2 u 2 D 60 n 0 6 1500 60 25 21 65 m s 1m v 11 sin a w sin60 22 19 05 m s 2m v 22 sin a w sin120 知 可得速度三角形u m v m s 18 2560cos2568 37cos 2111 au wuv 47 1 22 58 1 m s 2u v 2 u 2 w 2 cos a cos120 Pa 27 214518 2568 37 1 58 1 472 1 1122 uuT vuvup 1 6 有一离心式水泵 在转速 n 1480r min 时 流量 89L s 扬程 H 23m V q 水以径向流入叶轮 叶轮内的轴面速度 3 6m s 内 外径比 0 5 叶 1m v 1 D 2 D 轮出口宽度 0 12 若不计叶轮内的损失和叶片厚度的影响 并设叶轮进 2 b 2 D 口叶片的宽度 200mm 求叶轮外径 出口宽度及叶片进 出口安装角 1 b 2 D 2 b 和 1a 2a 解解 由 得 0 039 m 39mm V q 1 D 1 b 1m V 1 D 1 1 V m q bv 3 89 10 0 2 3 6 由 0 5 得 2 2 390 78 mm 0 12 9 36mm 1 D 2 D 2 D 1 D 2 b 2 D 3 02 m s 1 u 1n 60 D 0 039 1480 60 tg 1 192 得 50 1a 1 1 m v u 3 6 3 02 1a 6 04 m s 2 u 2 D 60 n 0 078 1480 60 38 8 m s 2m v 22 V q D b 3 89 10 0 078 0 009 由 23 得 37 31 m s T H 22u u V g 2u V 806 0 8 38 31 3704 6 2222 mua vvuctg 数据有问题 离心泵出口安装角应是锐角 即后弯式叶片 85 128 2 a 1 7 有一离心式风机 叶轮外径 600mm 叶轮出口宽度 150mm 叶片出 2 D 2 b 口安装角 30 转速 n 1450r min 设空气在叶轮进口处无预旋 空气密 2a 度 1 2kg 试求 3 m 1 当理论流量 10000 h 时 叶轮出口的相对速度和绝对速度 V T q 3 m 2 w 2 v 2 叶片无限多时的理论全压 T p 3 叶片无限多时的反作用度 4 环流系数 K 和有限叶片理论全压 设叶片数 z 12 T p 解解 1 45 53 m s 2 u 2 D 60 n 0 6 1450 60 由 得 9 83 m s V T q 2 D 2 b 2m V 2m V 22 V T q D b 10000 36000 6 0 15 19 66 m s 2 w 2 2 sin m a V 9 83 sin30 2 V 22 22222 2cos a wuw u 22 19 6645 532 19 66 45 53 cos30 30 15 m s 2 45 53m s 9 83m s 2 u 2m V ctg 45 53 9 83 ctg30 28 5 m s 2u V 2 u 2m V 2a 1 2 45 53 28 5 1557 3 Pa T p 2 u 2u V 3 1 1 0 687 2 2 2 u V u 28 5 2 45 53 由风机的斯托道拉公式 K 1 22 2 222 sin a V T a u q z u D b tg 0 79K 1 45 53sin30 10000 12 45 53 360000 6 0 1530tg 0 79 1557 3 1230 3 Pa T pK T p 1 8 有一轴流式风机 在叶轮半径 380mm 处 空气以 33 5m s 的速度沿轴向 1 v 流入叶轮 当转速 n 1450r min 时 其全压 692 8Pa 空气密度p 1 2kg 求该半径处的平均相对速度的大小和方向 3 mw 解解 m s u 60 Dn 67 57 60 1450238 0 14 3 33 5 m s a wv 1 m s 2u v p u 01 10 67 572 1 8 692 由题知轴向进入 所以 m s 0 1 u vuw u 1 66 4701 1067 57 22 uu vuw m s42 62 2 66 4767 57 5 33 2 2 2 2 212 1 uu ww vw 34 32 66 4767 57 35 3322 21 1 arctg ww v arctg uu 1 9 有一单级轴流式水泵 转速 n 580r min 在叶轮直径 700mm 处 水以 5 8m s 的速度沿轴向流入叶轮 又以圆周分速 2 3m s 从叶轮流出 试求 1 v 2u v 为多少 设 1 y c b t 解 m s u 60 Dn 25 21 60 5807 014 3 m s 8 5 1 aa vwv 由题知轴向进入 所以 m s 0 1 u vuw u 1 95 183 225 21 22 uu vuw 09 16 95 1825 21 8 522 21 1 arctg ww v arctg uu 207 0 09 16 11 09 16sin 8 5 03 22 1 sin2 12 tgtgtgtgv vv t b c a uu y 1 10 有一后置导叶型轴流式风机 在外径 0 47m 处 空气从轴向流入 2 D 30m s 在转速 n 2000r min 时 圆周分速 5 9m s 求 设 1 a v 2u v y b c t 解 m s u 60 Dn 19 49 60 200047 0 14 3 m s 30 1 aa vwv 由题知轴向进入 所以 m s 0 1 u vuw u 1 29 439 519 49 22 uu vuw 97 32 29 4319 49 3022 21 1 arctg ww v arctg uu 208 0 97 32 11 97 32sin 30 09 52 1 sin2 12 tgtgtgtgv vv t b c a uu y 1 11 有一单级轴流式水泵 转速为 375r min 在直径为 980mm 处 水以速度 4 01m s 轴向流入叶轮 在出口以 4 48m s 的速度流出 试求叶轮进出口 1 v 2 v 相对速度的角度变化值 2 1 解 解 19 23 m s u 60 Dn 0 98 375 60 水轴向流入 0 1u v m s 2u v 22 2a vv 22 21 vv 201 4 48 4 22 由速度三角形可知 0 2085 得 1 tg a v u 1 v u 4 01 19 23 1 78 11 由 得 2 tg 2 a u v uv 1 2u v uv 2327 0 223 19 01 4 2 10 13 1 32 2 1 78 1110 13 1 12 有一单级轴流式风机 转速 n 1450r min 在半径为 250mm 处 空气沿轴 向以 24m s 的速度流入叶轮 并在叶轮入口和出口相对速度之间偏转 20 求 此时的理论全压 空气密度 1 2kg T p 3 m 解 m s u 60 Dn 94 37 60 1450225 0 14 3 6326 0 94 37 24 1 1 u v tg 32 32 1 32 5220 12 Pa 43 88332 5232 322494 372 1 21 ctgctgctgctguvp aT 第二章第二章 思考题思考题 1 在泵与风机内有哪几种机械能损失 试分析损失的原因以及如何减小这些损失 答 1 机械损失 主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体 之间的圆盘摩擦损失两部分 轴端密封和轴承的摩擦损失与轴端密封和轴承的结构形式以及输送流体的密度有关 这项损失的功率约为轴功率的 1 5 大中型泵多采用机械密封 浮动密封等结构 P 轴端密封的摩擦损失就更小 圆盘摩擦损失是因为叶轮在壳体内的流体中旋转 叶轮两侧的流体 由于受离心力的 作用 形成回流运动 此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失 这项损失的功率 约为轴功率的 2 10 是机械损失的主要部分 提高转速 叶轮外径可以相应减小 则圆盘摩擦损失增加较小 甚至不增加 从而可 提 高叶轮机械效率 2 容积损失 泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙 当叶轮转动时 在 间隙两侧产生压力差 因而时部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄露 这种损失称容积损失或泄露损失 容积损失主要发生在叶轮人口与外壳密封环之间及平衡装置与外壳之间 如何减小 为了减少进口的容积损失 一般在进口都装有密封环 承磨环或口环 在 间 隙两侧压差相同的情况下 如间隙宽度减小 间隙长度 增加 或弯曲次数较多 则密bl 封效果较好 容积损失也较小 3 流动损失 流动损失发生在吸入室 叶轮流道 导叶与壳体中 流体和各部分流 道壁面摩擦会产生摩擦损失 流道断面变化 转弯等会使边界层分离 产生二次流而引起 扩散损失 由于工况改变 流量偏离设计流量时 入口流动角与叶片安装角不一致 会引 起冲击损失 如何减小 减小流量可减小摩擦及扩散损失 当流体相对速度沿叶片切线流入 则没 有冲击损失 总之 流动损失最小的点在设计流量的左边 2 为什么圆盘摩擦损失属于机械损失 答 因为叶轮在壳体内的流体中旋转 叶轮两侧的流体 由于受离心力的作用 形成回流 运动 此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失 由于这种损失直接损失了泵与风 机的轴功率 因此归属于机械损失 3 功率分为哪几种 它们之间有什么关系 答 常用功率分为原动机功率 轴功率和有效功率 g PP e P g P g g in P P tm g P e P P 4 离心式叶轮的理论 曲线及 曲线为直线形式 而实验所得的 及 V T q T H V T q T p V qH 关系为曲线形式 原因何在 V qp 答 对于有限叶片的叶轮 由于轴向涡流的影响使其产生的扬程降低 该叶轮的扬程 可用环流系数进行修正 TT KHH 环流系数 K 恒小于 1 且基本与流量 无关 因此 有限叶片叶轮的 曲 TV q T H 线 也是一条向下倾斜的直线 且位于无 限多叶片所对应的 曲线下方 TV q T H 如图中 b 线所示 考虑实际流体粘性的影 响 还要在曲线上减去因摩擦 Hq TV 扩散和冲击而损失的扬程 因为摩擦及扩 散损失随流量的平方增加 在减去各流量 下因摩擦及扩散而损失的扬程后即得图中的 c 线 冲击损失在设计工况下为零 在偏离设 计工况时则按抛物线增加 在对应流量下再从 c 曲线上减去因冲击而损失的扬程后即得 d 线 除此之外 还需考虑容积损失对性能曲线的影响 因此 还需在 d 线的各点减去相应 的泄漏量 q 即得到流量与扬程的实际性能曲线 如图中 e 线所示 HqV 对风机的 曲线分析与泵的 曲线分析相同 V qH V qH 5 为什么前弯式叶片的风机容易超载 在对前弯式叶片风机选择原动机时应注意什么问题 答 前弯式叶轮随流量的增加 功率急剧上升 原动机容易超载 所以 对前弯式叶轮的 风机在选择原动机时 容量富裕系数 K 值应取得大些 6 离心式和轴流式泵与风机在启动方式上有何不同 答 离心式泵与风机 在空载时 所需轴功率 空载功率 最小 一般为设计轴功率的 30 左 右 在这种状态下启动 可避免启动电流过大 原动机过载 所以离心式泵与风机要在阀 门全关的状态下启动 轴流式泵与风机 功率 P 在空转状态 0 时最大 随流量增加而减小 为避免 V q 原动机过载 对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动 7 轴流式泵与风机空载运行时 功率为什么不为零 答 由于存在机械损失和二次回流损失 8 轴流式泵与风机的性能曲线有何特点 其 及 曲线为什么出现拐点 V qH V qp 答 轴流式泵与风机的 V qH V qp 性能曲线具有如下特点 当在设计工况时 对应曲线上的 d 点 此时沿叶片各截面的 流线分布均匀 效率最高 当 时来 V q Vd q 流速度的流动角减小 冲角增大 由 翼型的空气动力特性可知 冲角增大时 翼型的升力系数也增加 因而扬程 全压 上升 当流量达到时冲角已增加到使翼型上产生附面层分离 出现失速现象 因而升力系数 Vc q 降低 扬程 全压 也随之下降 当流量减小到时 扬程 全压 最低 当 时 沿 Vb q V q Vb q 叶片各截面扬程 全压 不相等 出现二次回流 此时 由叶轮流出的流体一部分重新返回 叶轮 再次获得能量 从而扬程又开始升高 直到 0 时 扬程 全压 达到最大值 由于 V q 二次回流伴有较大的能量损失 因此 效率也随之下降 9 热力学法测效率是基于什么原理 有什么特点 答 原理 对于高温高压泵 由于不能忽略流体受到压缩而导致密度和比热的变化 因 此热力学原理奠定了热力学测试方法的基础 泵叶轮旋转对流体做功 除了使流体获得有 用功率之外 尚有各种损失转化为热能 使水温升高 同时流体从泵进口到出口的等熵压 缩过程 也会使水温升高 形成泵进出口的温差 因此只需测出泵进 出口的温度和压力 即可求得泵效率 特点 热力学法测效率 扬程越高 温差越大 其相对测量误差越小 测量精度很高 因而适用于 100m 以上的高扬程泵 并可在现场运行条件下进行测试 同时 不必测出水 泵的流量 即可求得泵效率 第二章第二章 2 1 有一叶轮外径为 460mm 的离心式风机 在转速为 1450r min 时 其流量为 5 1 s 试求风机的全压与有效功率 设空气径向流入叶轮 在叶轮出口处的 3 m 相对速度方向为半径方向 设其 0 85 1 2kg p T p 3 m 解 解 34 9 m s 2 u 2 60 D n 0 46 1450 60 叶轮出口处的相对速度为半径方向 90 2 2u V 2 u 1 2 34 9 34 9 1462 14 Pa T p 2 u 2u V 0 85 0 85 1462 1 1242 82 Pa p T p 6 34 kW e P 1000 v q P5 1 1242 8 1000 2 2 有一单级轴流式水泵 转速为 375r min 入口直径为 980mm 水以 4 01m s 的速度沿轴向流入叶轮 以 4 48m s 的速度由叶轮流出 总扬程 1 v 2 v 为 H 3 7m 求该水泵的流动效率 h 解 解 19 23 m s u 60 Dn 3 980 10375 60 水沿轴向流入 0 1 u V 4 01m s 1 V 1a V 2a V 1 998 m s 2u v 22 22a vv 22 4 484 01 m T H 9 30998 1 8 9 23 19 12 uu VV g u 0 949 94 9 h T H H 3 7 3 9 2 3 有一离心式水泵 转速为 480r min 总扬程为 136m 时 流量 5 7 s V q 3 m 轴功率为 9860KW 其容积效率与机械效率均为 92 求流动效率 设输入P 的水温度及密度为 t 20 1000kg 3 m 解 解 0 77 e P P1000 V gq H P 10005 7 136 1000 9860 g 又 h V m 0 91 91 h Vm 0 77 0 92 0 92 2 4 用一台水泵从吸水池液面向 50m 高的水池输送 0 3 s 的常温清水 V q 3 m t 20 1000kg 设水管的内径为 300mm 管道长度 300m 3 mdL 管道阻力系数 0 028 求泵所需的有效功率 解 解 根据伯努利方程 1 z 1 p g 2 1 2 v g H 2 z 2 p g 2 2 2 v g w h 由题知 50 0 1 z 2 z 1 p 2 p 1 v 2 v 4 246 m s 1 v 2 v 2 4 V q d 2 0 3 0 3 4 m w h l d 2 2 v g 76 25 8 92 246 4 3 0 300 028 0 2 代入方程得 75 76 m H kW e P 1000 V gq H 7 222 1000 76 753 08 91000 2 5 设一台水泵流量 25 s 出口压力表读数为 323730Pa 入口真空表读数 V qL 为 39240Pa 两表位差为 0 8m 压力表高 真空表低 吸水管和排水管直径 为 1000mm 和 750mm 电动机功率表读数为 12 5kW 电动机效率 0 95 求 g 轴功率 有效功率 泵的总功率 泵与电动机用联轴器直接连接 解 解 由题知 323730Pa 39240Pa 39240Pa 2e P 1v P 1e P 1v P 0 8m 1000mm 1m 750mm 0 75m 12 zz 1 d 2 d 12 5kW 0 95 0 98 g P g tm m s032 0 114 3 1000 2544 22 1 1 d q v v m s057 0 75 014 3 1000 2544 22 2 2 d q v v 得 1 z 1 p g 2 1 2 v g H 2 z 2 p g 2 2 2 v g 0 8 37 84mH 12 zz 21 pp g 22 21 2 vv g 323730 39240 1000 9 8 8 92 032 0 057 0 22 9 27 e P 1000 V gq H 3 1000 9 8 25 1037 84 1000 KW 12 5 0 98 0 95 11 64 P g P tm g KW 100 100 79 6 e P P 9 3 11 64 2 6 有一送风机 其全压是 1962Pa 时 产生 40 min 的风量 其全压效率 V q 3 m 为 50 试求其轴功率 解解 kW P 1000 V q p 62 2 5 0100060 196240 2 7 要选择一台多级锅炉给水泵 初选该泵转速 n 1441r min 叶轮外径 300mm 流动效率 0 92 流体出口绝对速度的圆周分速为出口圆周速 2 D h 度的 55 泵的总效率为 90 输送流体密度 961 要求满足扬程 3 kg m 176m 流量 81 6 h 试确定该泵所需要的级数和轴功率各为多少H V q 3 m 设流体径向流入 并不考虑轴向涡流的影响 解 解 22 62 m s 2 u 2 60 D n 0 3 1441 60 由题知 0 55 0 55 22 62 12 44 m s 2u v 2 u 28 7 m T H 22u u v g 22 62 12 44 9 8 m 42 2692 0 7 28 1 hT HH 级 766 6 42 26 176 1 H H i kW 7 41 9 036001000 176 6 818 9961 10001000 HgqP P Ve 2 8 一台 G4 73 型离心式风机 在工况 1 流量 70300 h 全压 V q 3 m 1441 6Pa 轴功率 33 6k 及工况 2 流量 37800 h 全压pPW V q 3 m 2038 4Pa 轴功率 25 4k 下运行 问该风机在哪种工况下运行较为经pPW 济 解 解 工况 1 100 83 78 1 e P P1000 V q p P 6 3336001000 6 144170300 工况 2 100 84 26 2 e P P1000 V q p P 4 2536001000 4 203837800 在工况 2 下运行更经济 2 1 第三章第三章 思考题思考题 1 两台几何相似的泵与风机 在相似条件下 其性能参数如何按比例关系变化 答 流量相似定律指出 几何相似的泵与风机 在相似工况下运行时 其流量之比与几何 尺寸之比的三次方成正比 与转速比的一次方成正比 与容积效率比的一次方成正比 扬程相似定律指出 几何相似的泵与风机 在相似工况下运行时 其扬程之比与几何 尺寸比的平方成正比 与转速比的平方成正比 与流动效率比的一次方成正比 功率相似定律指出 几何相似的泵与风机 在相似工况下运行时 其功率之比与几何 尺寸比的五次方成正比 与转速比的三次方成正比 与密度比的一次方成正比 与机械效 率比的一次方成正比 2 当一台泵的转速发生改变时 其扬程 流量 功率将如何变化 答 根据比例定律可知 流量 扬程 功率 Vp q Vm q p m n n p H m H 2 p m n n p P m P 3 p m n n 3 当某台风机所输送空气的温度变化时其全压 流量 功率将如何变化 答 温度变化导致密度变化 流量与密度无关 因而流量不变 全压 功率 m P m p p p m P m p P P 4 为什么说比转数是一个相似特征数 无因次比转数较有因次有何优点 答 比转数是由相似定律推导而得 因而它是一个相似准则数 优点 有因次比转数需要进行单位换算 5 为什么可以用比转数对泵与风机进行分类 答 比转数反映了泵与风机性能上及结构上的特点 如当转数不变 对于扬程 全压 高 流量小的泵与风机 其比转数小 反之 在流量增加 扬程 全压 减小时 比转数随之增 加 此时 叶轮的外缘直径及叶轮进出口直径的比值随之减小 而叶轮出口宽 2 D 02 DD 度则随之增加 当叶轮外径和减小到某一数值时 为了避免引起二次回流 2 b 2 D 02 DD 致使能量损失增加 为此 叶轮出口边需作成倾斜的 此时 流动形态从离心式过渡到混 流式 当减小到极限 1 时 则从混流式过渡到轴流式 由此可见 叶轮形式引 2 D 02 DD 起性能参数改变 从而导致比转数的改变 所以 可用比转数对泵与风机进行分类 6 随比转数增加 泵与风机性能曲线的变化规律怎样 答 在低比转数时 扬程随流量的增加 下降较为缓和 当比转数增大时 扬程曲线逐渐 变陡 因此轴流泵的扬程随流量减小而变得最陡 在低比转数时 产生压力 1 p 2 p 2 p 1 p 差 此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力 以符号表示 12 ppp 1 F 另外 液体在进入叶轮后流 动方向由轴向转为径向 由于流 动方向的改变 产生了动量 导 致流体对叶轮产生一个反冲力 2 F 反冲力的方向与轴向力的 2 F 1 F 方向相反 在泵正常工作时 反 冲力与轴向力相比数值很小 可以忽略不计 但在启动时 由于泵的正常压力还未 2 F 1 F 建立 所以反冲力的作用较为明显 启动时卧式泵转子后窜或立式泵转子上窜就是这个原 因 对于立式水泵 转子的重量是轴向的 也是轴向力的一部分 用表示 方向指向叶 3 F 轮入口 总的轴向力 F 为 321 FFFF 在这三部分轴向力中 是主要的 1 F 如何平衡 1 采用双吸叶轮或对称排列的方式平衡 2 采用平衡孔和平衡管平衡 3 采用平衡盘平衡 4 采用平衡鼓平衡 10 离心泵径向力是如何产生的 又如何平衡的 答 采用螺旋形压水室的水泵 在设计工况工作时 没有径向力 在变工况下工作时 会产生径向力 在设计流量时 压水室内液体流动的速度和方向与液体流出叶轮的速度和方向基本上 是一致的 因此从叶轮流出的液体能平顺地流入压水室 所以叶轮周围液体的速度和压力 分布是均匀的 此时没有径向力 在小于设计流量时 压水室内液体流动 的速度减小 但是 液体流出叶轮时的速度 却由增加到 如左图所示 2 v 2 v 2 v 2 v 并且方向也改变了 结果使流出叶轮的液体 撞击压水室中的液体 使流出叶轮的液体速 度减慢 动能减小 在压水室内液体的压力 则升高 液体从压水室的隔舌开始就受到冲击而 增加压力 以后沿压水室不断受到冲击 压力不 断增加 因此压水室的液体压力在隔舌处最小 到出口扩压管处压力处最大 由于这种压力分布 不均匀在叶轮上产生一个集中的径向力 其方R 向为自隔舌开始沿叶轮旋转方向转 90 的位置 此外 压水室中压力越小的地方 从叶轮中 流出的液体就越多 液体对叶轮的反冲力也越大 由此可见 反冲力的大小是隔舌处最大 扩压管 处最小 而反冲力引起的径向力是从开始向TR 叶轮旋转的反方向转 90 的方向 即指向隔舌的 方向 这是引起径向力的次要原因 于是 作用于叶轮上的总径向力为和的FRT 向量和 其指向如左图所示方向 当流量大于设计流量时 压水室内的液体压力 是从隔舌开始下降到扩压管处最小 径向力的方向是自隔舌开始沿叶轮旋转的反方向转R 90 的位置 如左图所示 而反冲力是隔舌处最小 扩压管处最大 由反冲力引起的径向 力的方向是从开始向叶轮旋转的反方向旋转 90 此时作用于叶轮上总的径向力TR 为和的向量和 其指向如左图所示 FRT 如何平衡 1 采用双层压水室平衡 2 采用两个压水室相差 180 度的布置方法平衡 第五章第五章 5 1 水泵在水泵在 n 1450r min 时的性能曲线绘于图时的性能曲线绘于图 5 48 中 问转速为多少时水泵供中 问转速为多少时水泵供 给管路中的流量为给管路中的流量为 Hc 10 17500qv2 qv单位以单位以 m3 s 计算 已知管路特性曲线计算 已知管路特性曲线 方程方程 Hc 10 8000qv2 qv单位以单位以 m3 s 计算 计算 解 根据 Hc 10 8000qv2取点如下表所示 绘制管路特性曲线 qv L s 01020304050 qv m3 s 00 010 020 030 040 05 Hc m 1010 813 217 222 830 管路特性曲线与泵并联前性能曲线交于 M 点 46L s 27m 同一水泵 且输送流体不变 则根据相似定律得 5 2 某水泵在管路上工作 管路特性曲线方程某水泵在管路上工作 管路特性曲线方程 Hc 20 2000qv2 qv单位以单位以 m3 s 计算 计算 水泵性能曲线如图 水泵性能曲线如图 5 49 所示 问水泵在管路中的供水量是多少 若再所示 问水泵在管路中的供水量是多少 若再 并联一台性能相同的水泵工作时 供水量如何变化 并联一台性能相同的水泵工作时 供水量如何变化 解 绘出泵联后性能曲线 根据 Hc 20 2000qv2取点如下表所示 绘制管路特性曲线 qv L s 0102030405060 qv m3 s 00 010 020 030 040 050 06 Hc m 2020 220 821 823 22527 2 管路特性曲线与泵并联前性能曲线交于 C 点 33L s 32m 管路特性曲线与泵并联后性能曲线交于 M 点 56L s 25m 5 3 为了增加管路中的送风量 将为了增加管路中的送风量 将 No 2 风机和风机和 No 1 风机并联工作 管路特性曲风机并联工作 管路特性曲 线方程为线方程为 p 4 qv2 qv单位以单位以 m3 s 计 计 p 以以 pa计 计 No 1 及及 No 2 风机的性能曲风机的性能曲 线绘于图线绘于图 5 50 中 问管路中的风量增加了多少 中 问管路中的风量增加了多少 解 根据 p 4 qv2取点如下表所示 绘制管路特性曲线 qv 103m3 h 0510152025 qv m3 s 01 42 84 25 67 p pa 07 8431 3670 56125 44196 管路特性曲线与 No 2 风机和 No 1 风机并联工作后性能曲线交于点 min r1142 46 145030 m m p m p v v v q n n q q M 33 103m3 h 700pa 于单独使用 No 1 风机相比增加了 33 103 25 103 8 m3 h 5 4 某锅炉引风机 叶轮外径为某锅炉引风机 叶轮外径为 1 6m qv p 性能曲线绘于图性能曲线绘于图 5 51 中 因锅炉提中 因锅炉提 高出力 需改风机在高出力 需改风机在 B 点 点 qv 1 4 104m3 h p 2452 5pa 工作 若采用加长 工作 若采用加长 叶片的方法达到此目的 问叶片应加长多少 叶片的方法达到此目的 问叶片应加长多少 解 锅炉引风机一般为离心式 可看作是低比转速 求切割直线 描点做切割直线 qv 104m3 h 2468101214 qv m3 s 5 5611 1116 6722 2227 7833 3638 89 p pa 350 6700 61051 21401