2025年水泵和水泵站试题(卷)与答案解析

2025年水泵和水泵站试题(卷)与答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某离心泵铭牌标注流量Q=100m³/h，扬程H=50m，效率η=80%，则其轴功率（kW）为（）A.17.02B.21.28C.13.62D.19.452.水泵比转速ns的物理意义是（）A.水泵在最高效率点的转速B.与水泵几何相似的模型泵在流量0.075m³/s、扬程1m时的转速C.水泵实际运行中的额定转速D.反映水泵叶轮出口宽度与直径比值的参数3.下列关于气蚀余量的描述中，正确的是（）A.临界气蚀余量（NPSHr）是水泵本身抗气蚀的性能参数B.装置气蚀余量（NPSHa）越大，水泵越容易发生气蚀C.NPSHa=NPSHr时，水泵刚好不发生气蚀D.吸水池液面压强降低会导致NPSHa增大4.轴流泵的性能曲线特点是（）A.扬程随流量增大而上升，功率随流量增大而下降B.扬程随流量增大而下降，功率随流量增大而上升C.扬程随流量变化平缓，功率随流量增大而显著上升D.扬程随流量增大而急剧下降，功率随流量增大而先升后降5.水泵并联运行的主要目的是（）A.提高单泵扬程B.增加系统总流量C.降低运行能耗D.改善气蚀性能6.某泵站设计流量为Q=500m³/h，选用两台同型号水泵并联，单泵额定流量Q1=300m³/h，则并联后实际总流量Q总满足（）A.Q总=600m³/hB.500m³/h<Q总<600m³/hC.Q总=500m³/hD.Q总<500m³/h7.管路特性曲线方程H=Hst+SQ²中，Hst表示（）A.静扬程B.动扬程C.沿程水头损失D.局部水头损失8.水泵切割定律适用的前提条件是（）A.切割量不超过叶轮直径的15%B.水泵转速不变C.叶轮出口宽度不变D.流量与扬程呈线性关系9.离心泵启动前需要灌泵的主要原因是（）A.防止电机过载B.避免气缚现象C.提高启动效率D.降低启动电流10.下列关于泵站吸水井设计的要求中，错误的是（）A.吸水井流速应控制在0.3-0.5m/sB.吸水喇叭口直径应为吸水管直径的1.3-1.5倍C.喇叭口离井底距离应小于0.8倍喇叭口直径D.相邻喇叭口间距应大于1.5倍喇叭口直径二、填空题（每空1分，共20分）1.水泵的基本性能参数包括流量、扬程、功率、效率、转速和__________。2.有效功率计算公式为Pe=__________（单位kW，Q单位m³/s，H单位m）。3.相似定律中，流量比与转速比的__________次方成正比，扬程比与转速比的__________次方成正比。4.气蚀发生的根本原因是叶轮入口处局部压力__________液体的饱和蒸汽压。5.离心泵的理论扬程方程是Ht=__________（u2c2u-u1c1u）/g，其中c2u为叶轮出口绝对速度的__________分量。6.水泵装置的工况点是__________曲线与__________曲线的交点。7.泵站设计中，选泵的主要依据是__________和__________。8.轴流泵的调节方式主要有__________调节、__________调节和__________调节。9.吸水管路的水头损失包括__________损失和__________损失，设计时应尽量__________（增大/减小）该损失以提高装置气蚀余量。10.多台水泵串联运行时，总扬程等于各泵在同一流量下的扬程__________，总流量等于__________。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述离心泵的工作原理，并说明其与轴流泵在工作原理上的主要区别。2.解释气蚀的危害，并列举3项预防气蚀的主要措施。3.比较离心泵与轴流泵性能曲线（H-Q、P-Q、η-Q）的特点，并说明其对运行调节的影响。4.分析管路特性曲线的影响因素，并说明当管路中阀门关小时，特性曲线如何变化，对水泵工况点有何影响。5.简述泵站设计中确定水泵安装高度的步骤，并写出临界安装高度的计算公式（需标注各符号含义）。四、计算题（共20分）1.（8分）某单级单吸离心泵在转速n=1450r/min时，实测流量Q=60m³/h，扬程H=35m，轴功率P=7.5kW。求：（1）该工况下的效率η；（2）若将转速调节为n’=1200r/min，假设效率不变，求调节后的流量Q’、扬程H’和轴功率P’。2.（12分）某泵站采用一台离心泵从清水池抽水，已知清水池最低水位与水泵轴线高差为-2m（水泵轴线低于水池水位），吸水管路总水头损失h吸=0.8m，当地大气压为98kPa，水的饱和蒸汽压为3kPa（20℃），水泵的临界气蚀余量NPSHr=3.2m。（1）计算装置气蚀余量NPSHa；（2）判断该泵是否会发生气蚀；（3）若实际安装时水泵轴线比计算值抬高1m，是否仍能安全运行？答案与解析一、单项选择题1.答案：A解析：轴功率P=ρgQH/(1000η)，Q=100/3600≈0.0278m³/s，代入得P=1000×9.81×0.0278×50/(1000×0.8)≈17.02kW。2.答案：B解析：比转速ns是将水泵按相似律换算成流量0.075m³/s、扬程1m时的假想泵转速，反映叶轮的几何特征和性能。3.答案：A解析：NPSHr是水泵自身抗气蚀的参数（越小越好）；NPSHa=NPSHr时处于临界状态，实际需NPSHa≥1.1NPSHr；吸水池液面压强降低会减小NPSHa。4.答案：A解析：轴流泵为低扬程、大流量泵，其H-Q曲线呈陡降型（流量增大，扬程上升），P-Q曲线随流量增大而下降（需闭阀启动）。5.答案：B解析：并联运行通过增加泵的数量提高系统总流量（总流量小于各泵单独运行流量之和）。6.答案：B解析：两台300m³/h泵并联，总流量小于600m³/h（管路阻力增大），但需满足设计流量500m³/h，故实际流量在500-600之间。7.答案：A解析：Hst为静扬程（吸水池与压水池液面高差），S为管路阻抗（与管径、长度、粗糙系数有关）。8.答案：B解析：切割定律假设转速不变、叶轮几何相似（切割量≤10%-15%），此时Q∝D²，H∝D²，P∝D⁴。9.答案：B解析：离心泵无自吸能力，启动前需灌泵排尽空气，否则因空气密度小无法形成足够真空，导致无法吸水（气缚）。10.答案：C解析：吸水喇叭口离井底距离应≥0.8倍喇叭口直径，防止吸入泥沙；相邻间距≥1.5倍直径，避免水流干扰。二、填空题1.气蚀余量（或允许吸上真空高度）2.ρgQH/1000（或9.81QH）3.1；24.低于5.1/g；圆周（或切向）6.水泵性能（H-Q）；管路特性（H=Hst+SQ²）7.设计流量；设计扬程8.变角（叶片角度）；变速；变阀（节流）9.沿程；局部；减小10.之和；单泵流量三、简答题1.离心泵工作原理：叶轮高速旋转，叶片推动液体旋转，在离心力作用下液体从叶轮中心被甩向边缘，动能增加；液体进入蜗壳后速度降低，动能转化为压能，形成扬程。轴流泵工作原理：叶轮旋转时，叶片对液体产生升力，推动液体沿轴向流动，通过叶片与液体的相互作用增加液体的压能和动能。主要区别：离心泵靠离心力，液体径向流动；轴流泵靠升力，液体轴向流动。2.气蚀危害：①材料破坏（气泡溃灭产生高压冲击，导致叶轮表面点蚀甚至穿孔）；②性能下降（气蚀区堵塞流道，流量、扬程、效率降低）；③噪音与振动（气泡溃灭引发高频振动，可能引起机组共振）。预防措施：①合理选型（选择NPSHr小的泵）；②控制安装高度（降低泵轴标高，减小吸上真空度）；③改善吸入条件（缩短吸水管长度，增大管径以减小水头损失；设置前池或吸水井，避免吸入漩涡）；④采用抗气蚀材料（如不锈钢叶轮）。3.性能曲线特点：-离心泵H-Q曲线较平缓（流量变化时扬程变化小），P-Q曲线随流量增大而上升（需闭阀启动），η-Q曲线呈单峰型（高效区较宽）；-轴流泵H-Q曲线陡降（流量增大，扬程显著上升），P-Q曲线随流量增大而下降（需开阀启动），η-Q曲线峰窄（高效区较窄）。对调节的影响：离心泵常用节流调节（阀门调节），效率下降较小；轴流泵常用变角调节（改变叶片角度），可在高效区宽范围调节；离心泵不宜在小流量区运行（易过热），轴流泵不宜在大流量区运行（易过载）。4.管路特性曲线影响因素：①静扬程Hst（吸水池与压水池液面高差）；②管路阻抗S（与管径d⁵成反比，与管长L、沿程阻力系数λ成正比，与局部阻力系数Σξ成正比）。阀门关小时，局部阻力系数Σξ增大，S增大，特性曲线变陡（同一流量下扬程需求增加）。此时水泵工况点沿H-Q曲线向左上方移动，流量减小，扬程升高，轴功率可能降低（离心泵）或升高（轴流泵）。5.确定安装高度步骤：①计算装置气蚀余量NPSHa；②保证NPSHa≥[NPSH]（允许气蚀余量，一般取1.1-1.3倍NPSHr）；③根据NPSHa公式反推最大允许安装高度Hg。临界安装高度公式：Hg=(pa/ρg-pv/ρg)-NPSHr-h吸其中：pa为大气压（mH₂O），pv为饱和蒸汽压（mH₂O），h吸为吸水管水头损失（m），NPSHr为临界气蚀余量（m）。四、计算题1.（1）效率η=Pe/P=(ρgQH/1000)/P=(1000×9.81×(60/3600)×35/1000)/7.5≈(5.72)/7.5≈76.3%（2）根据相似定律：Q’=Q×(n’/n)=60×(1200/1450)≈49.66m³/hH’=H×(n’/n)²=35×(1200/1450)²≈35×0.689≈24.12mP’=P×(n’/n)³=7.5×(1200/1450)³≈7.5×0.523≈3.92kW2.（1）NPSHa=(pa-pv)/ρg-Hg-h吸注：Hg为水泵轴线与吸水池液面高差（本题中Hg=-2m，即水泵在液面下2m）pa=98kPa=98000Pa，pv=3kPa=3000