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课后习题答案


绪论
1. 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。 2. 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 3. 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。 4. 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。 5. 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。 第一章 思考题 1. 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。 2. 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 v1 (如图 a) m < v1m , ?1 <90°, ?1 < ?1 。 ' ' ' 当流量大于设计流量时:轴面速度 v1 (如图 b) m > v1m , ?1 >90°, ?1 > ?1 。

出口速度三角形

w2 v2

? w2
v2m ?m v2
? v2 u2

v 2u ?u v2

小于设计流量

? w2
? v2

w2
?m v2 v2m
v2

u2

?u v2

v 2u

大于设计流量 3. 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: HT ? =

1 (u2v2u? ? u1v1u? ) g

H T?

v ? v 21? u 2 ? u1 ? 21? ? ?2? ? 2? ? ? 2g 2g 2g
2 2 2

2

风机: p T? ? ? ?u 2 v2u? ? u1v1u? ? 因素:转速 n ;叶轮外径 D2 ;密度(影响全压) 、叶片出口安装角 ? 2 a ;进口绝对速度 角 ?1 。 4. 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:? 2 a <90°时, cot ? 2 a 为正值,? 2 a 越小, cot ? 2 a 越大,HT ? 则越小。 即随 ? 2 a 不断减小, H T? 亦不断下降。当 ? 2 a 减小到等于最小角 ? 2a,min 时, H T? ? 0 。 径向式: ? 2 a =90°时,cot ? 2 a =0, v2 u? = u2 。 H T? ?

u2 。 g

2

前弯式: ? 2 a >90°时,cot ? 2 a 为负值, ? 2 a 越大,cot ? 2 a 越小, HT ? 则越大即随 ? 2 a 不断增大, HT ? 亦不断增大。当 ? 2 a 增加到等于最大角 ? 2 a ,max 时, H T?

2u ? 2 。 g

2

以上分析表明,随叶片出口安装角 ? 2 a 的增加,流体从叶轮获得的能量越大。因此,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 ? 2 a 为 20°~30°。 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。 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: H T ? c y

b u w? sin ?? ? ? ? ? ? t va 2 g cos?
2 2

b u ?w? sin ?? ? ? ? ? 风机: PT ? c y ? t va 2 cos?
增加弦长 b ;增大叶栅中翼型的升力系数 c y ;减小栅距 t ;增大 ? ? ;增加升力角 ? 均 可提高泵与风机的扬程(全压) 。

1-1 有一离心式水泵,其叶轮尺寸如下: b1 =35mm, b2 =19mm, D1 =178mm,

D2 =381mm, ?1a =18°, ? 2 a =20°。设流体径向流入叶轮,如 n=1450r/min,试
画出出口速度三角形,并计算理论流量 qV ,T 和在该流量时的无限多叶片的理论扬 程 HT ? 。 解:由题知:流体径向流入叶轮 ∴ ?1 =90° 则:

u1 =

? D1n
60

=

? ?178 ?10?3 ?1450
60

=13.51 (m/s)

V1 = V1m = u1 tg ?1a =13.51 ? tg 18°=4.39 (m/s)
∵ q1V = ? D1 b1 V1m = ? ? 0.178 ? 4.39 ? 0.035=0.086 ( m3 /s) ∴ V2 m =
0.086 q1V = =3.78 (m/s) ? D2b2 ? ? 0.381? 0.019

? D 2 n ? ? 381?10?3 ?1450 = =28.91 (m/s) u2 = 60 60
V2u? = u 2 - V2 m ctg ? 2 a =28.91-3.78 ? ctg20°=18.52 (m/s) HT ? =
u2V2u? 28.91? 18.52 = =54.63 (m) 9.8 g

1-2 有一离心式水泵,其叶轮外径 D2 =220mm,转速 n=2980r/min,叶片出口安装 角 ? 2 a =45°,出口处的轴面速度 v2 m =3.6m/s。设流体径向流入叶轮,试按比例画 出出口速度三角形,并计算无限多叶片叶轮的理论扬程 HT ? ,又若环流系数 K=0.8,流动效率 ?h =0.9 时,泵的实际扬程 H 是多少?

解: u 2 =

? D 2 n ? ? 0.22 ? 2980 = =34.3 (m/s)
60 60

∵ V2 m =3.6 m/s ? 2 a =45°∴ w2 =

v2 m =5.09 (m/s) 画出出口速度三角形 sin ? 2 a

V2u? = u 2 - V2 m ctg ? 2 a =34.31-3.6 ? ctg45°=30.71 (m/s)
∵ ?1 =90° HT ? =
u2V2u? 34.31? 30.71 = =107.5 (m) 9.8 g

实际扬程 H=K H T =K ?h HT ? =0.8 ? 0.9 ? 107.5=77.41 (m) 1-3 有一离心式水泵,叶轮外径 D2 =360mm,出口过流断面面积 A2 =0.023 m 2 ,叶 片 出 口 安 装 角 ? 2 a =30 ° , 流 体 径 向 流 入 叶 轮, 求 转 速 n=1480r/min , 流 量

qV ,T =86.8L/s 时的理论扬程 H T 。设环流系数 K=0.82。
解:流体径向流入叶轮

?1 =90°

u2 =

? D 2 n ? ? 0.36 ?1480 = =27.88 (m/s)
60 60

v2 m =

qV ,T A

=

83.8 ? 10 ?3 =3.64 (m/s) 0.023

v2 u? = u 2 - v2 m ctg ?2a =27.88-3.64 ? 3 =21.58 (m/s) HT ? =
u2V2u? 27.88 ? 21.58 = =61.39 (m) 9.8 g

H T = K HT ? =0.82 ? 61.39=50.34 (m)
1-6 有一离心式水泵,在转速 n=1480r/min 时,流量 qV =89L/s,扬程 H=23m,水 以径向流入叶轮,叶轮内的轴面速度 v1m =3.6m/s。内、外径比 D1 / D2 =0.5,叶轮 出口宽度 b2 =0.12 D2 ,若不计叶轮内的损失和叶片厚度的影响,并设叶轮进口叶 片的宽度 b1 =200mm,求叶轮外径 D2 、出口宽度 b2 及叶片进、出口安装角 ?1a 和

?2a 。
解:由 qV = ? D1 b1 V1m 得 D1 =
qV 89 ?10?3 = =0.039(m)=39mm ? b1v1m ? 0.2 ? 3.6

由 D1 / D2 =0.5 得 D2 =2 D1 =2 ? 390=78(mm)

b2 =0.12 D2 =9.36mm

u1 =

? D1n
60

=

? ? 0.039 ?1480
60

=3.02(m/s)

tg ?1a =

v1m 3.6 = =1.192 u1 3.02
60

得 ?1a =50°

u2 =

? D 2 n ? ? 0.078 ?1480 = =6.04(m/s)
60

v2 m =

qV 89 ?10?3 = =38.8(m/s) ? D2b2 ? ? 0.078 ? 0.009
u2V2u? =23 得 V2u? =37.31(m/s) g

由 HT ? =

ctg? 2a ? ?u2 ? v2u? ? / v2m ? ?6.04 ? 37.31? / 38.8 ? ?0.806

? 2a ? 128.85? (数据有问题,离心泵出口安装角应是锐角,即后弯式叶片)
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 v1 =5.8m/s 的速度沿轴向流入叶轮,又以圆周分速 v2u =2.3m/s 从叶轮流出,试求 cy 少?设 ? =1°。 ? Dn 3.14 ? 0.7 ? 580 ? 21.25 (m/s) 解: u = = 60 60
b 为多 t

v1 ? wa ? va ? 5.8 (m/s)
由题知轴向进入 v1u ? 0 ,所以 w1u ? u 。 w2u ? u ? v2u ? 21.25 ? 2.3 ? 18.95 (m/s)

? ? ? arctg ? ?
cy

?

2v1 ? w1u ? w2u

? 2 ? 5 .8 ? ? ? ? ? ? 16 .09 ? ? arctg ? 21 . 25 ? 18 . 95 ? ? ?

b 2?v2u ? v1u ? sin ? ? 2 ? ?2.3 ? 0? sin 16.09? ? ? ? ? 0.207 t va 1 ? tg? / tg? ? 5.8 1 ? tg1? / tg16.09?

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

v1 =4.01m/s 轴向流入叶轮,在出口以 v2 =4.48m/s 的速度流出。试求叶轮进出口相
对速度的角度变化值( ?2 ? ?1 ) 。 解: u =

? Dn ? ? 0.98 ? 375 = =19.23(m/s) 60 60

水轴向流入 v1u =0

2 2 2 ? va ? v12 = 4.482 ? 4.012 ? 2 (m/s) = v2 v2u = v2

由速度三角形可知: tg ?1 = 由 tg ?2 =

va v1 4.01 = = =0.2085 19.23 u u

得 ?1 = 11.78? 得 ?2 = 13.10?

4.01 va v1 ? 0.2327 = = u ? v2u u ? v2u 19.23 ? 2

?2 ? ?1 = 13.10? ? 11.78? ? 1.32°
第二章 思考题 4.离心式叶轮的理论 qV ,T - HT ? 曲线及 qV ,T - p T ? 曲线为直线形式,而实验所得的 qV - H 及

qV - p 关系为曲线形式,原因何在?
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。

H T ? KH T?
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 qV ,T — H T 曲线, 也是一条向下倾斜的直线,且位于无限多叶 片所对应的 qV ,T — H T? 曲线下方。如图中 b 线所示。考虑实际流体粘性的影响,还要在

qV ,T ? H 曲线上减去因摩擦、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 qV ? H 性能曲线,如图中 e 线所示。 对风机的 qV — H 曲线分析与泵的 qV — H 曲线分析相同。 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( qV =0)时最大,随流量增加而减小,为避免原 动机过载,对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动。

2-2 有一单级轴流式水泵, 转速为 375r/min, 入口直径为 980mm, 水以 v1 =4.01m/s 的速度沿轴向流入叶轮,以 v2 =4.48m/s 的速度由叶轮流出,总扬程为 H=3.7m, 求该水泵的流动效率?h 。 解: u =

? Dn ? ? 980 ?10?3 ? 375 = =19.23(m/s) 60 60
∴ V1u ? 0

∵水沿轴向流入

V1 = V1a = V2 a =4.01m/s
2 2 2 2 ? v2 v2 u? = v2 a = 4.48 ? 4.01 =1.998(m/s)

HT =

u ?V2u ? V1u ? ? 19.23 ? ?1.998? 0? ? 3.9 m g 9.8

?h =

H 3.7 = =0.949=94.9% H T 3.9

2-3 有一离心式水泵,转速为 480r/min,总扬程为 136m 时,流量 qV =5.7 m3 /s, 轴功率为 P =9860KW,其容积效率与机械效率均为 92%,求流动效率。设输入 的水温度及密度为:t=20℃, ? =1000kg/ m3 。 解:? =
Pe ? gqV H 1000 ? g ? 5.7 ? 136 = = =0.77 P 1000 P 1000 ? 9860

又∵ ? =?h ?V ?m ∴?h =
0.77 ? = =0.91=91% ?V? m 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 qV =0.3 m3 /s 的常温清水 (t=20℃, ? =1000kg/ m3 ) ,设水管的内径为 d =300mm,管道长度 L =300m,管 道阻力系数 ? =0.028,求泵所需的有效功率。 解:根据伯努利方程 z1 +
p1 v12 p v2 + + H = z2 + 2 + 2 + hw ? g 2g ? g 2g

由题知: z1 ? z2 =50;

p1 = p2 =0; v1 = v2

v1 = v2 =

? 2 d 4

qV

=

?
4

0.3 ? 0.3
2

=4.246(m/s)

hw = ?

l v2 300 4.2462 ? ? 25.76 m = 0.028? d 2g 0.3 2 ? 9.8

代入方程得 H =75.76(m) ? gqV H 1000 ? 9.8 ? 0.3 ? 75.76 ? 222 .7 (kW) = Pe = 1000 1000 2-5 设一台水泵流量 qV =25 L /s,出口压力表读数为 323730Pa,入口真空表读数 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?g =0.95,求轴功 率、有效功率、泵的总功率(泵与电动机用联轴器直接连接) 。 解:由题知: P2 e =323730Pa, P 1v =39240Pa, P 1e = ? P 1v = ? 39240Pa

z 2 ? z1 =0.8m, d1 =1000mm=1m , d2 =750mm=0.75m

Pg' =12.5kW, ?g =0.95, ?tm =0.98
v1 ? 4qv 4 ? 25 ? ? 0.032 m/s 2 ?d1 1000? 3.14 ? 12 4qv 4 ? 25 ? ? 0.057 m/s 2 ?d 2 1000? 3.14 ? 0.752
得:

v2 ?

2 p1 v12 p 2 v2 H + + = z2 + + z1 + ? g 2g ? g 2g

H = z 2 ? z1 +

2 323730 ? ( ?39240) 0.0572 ? 0.0322 p2 ? p1 v2 ? v12 ? + =0.8+ =37.84m 1000 ? 9.8 2 ? 9.8 2g ?g

Pe =

? gqV H
1000

=

1000 ? 9.8 ? 25 ?10?3 ? 37.84 =9.27( KW ) 1000

P = Pg' ?tm ?g =12.5 ? 0.98 ? 0.95=11.64( KW )

Pe 9.3 ? 100%= ? 100%=79.6% 11.64 P 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

?=

D2 ? 300mm,流动效率?h =0.92,流体出口绝对速度的圆周分速为出口圆周速度
的 55% ,泵的总效率为 90% ,输送流体密度 ? =961 kg / m3 ,要求满足扬程

H =176m,流量 qV =81.6 m3 /h,试确定该泵所需要的级数和轴功率各为多少(设

流体径向流入,并不考虑轴向涡流的影响)? ? D2 n ? ? 0.3 ? 1441 解: u2 = = =22.62(m/s) 60 60 由题知: v2u =0.55 u2 =0.55 ? 22.62=12.44(m/s)

HT =

u 2 v2 u 22.62 ? 12.44 = =28.7(m) 9.8 g

H1 ? H T? h ? 28.7 ? 0.92 ? 26.42(m)
i? H 176 ? ? 6.66 ? 7 (级) H 1 26.42

P?

Pe ?gqV H 961? 9.8 ? 81.6 ? 176 ? ? ? 41.7 kW 1000 ? 1000 ? 1000? 3600? 0.9

第三章 思考题 1. 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 qVp = qVm

np nm

扬程 H p = H m (

np nm

)2

功率 Pp = P m (

np nm

)3

2. 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。 3. 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 D2 及叶轮进出口直径的比值 D2 D 0 随之减小, 而叶轮出口宽度 b2 则 随之增加。当叶轮外径 D2 和 D2 D 0 减小到某一数值时,为了避免引起二次回流,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

D2 减小到极限 D2 D 0 =1 时,则从混流式过渡到轴流式。由此可见,叶轮形式引起性能参
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( n s <200),功率随流量的增加而增加,功率曲线呈上升状。但随比转数 的增加( n s =400),曲线就变得比较平坦。当比转数再增加( n s =700),则功率随流量的增加

而减小,功率曲线呈下降状。所以,离心式泵的功率是随流量的增加而增加,而轴流式泵的 功率却是随流量的增加而减少。 比转数低时,效率曲线平坦,高效率区域较宽,比转数越大,效率曲线越陡,高效率 区域变得越窄, 这就是轴流式泵和风机的主要缺点。 为了克服功率变化急剧和高效率区窄的 缺点,轴流式泵和风机应采用可调叶片,使其在工况改变时,仍保持较高的效率。

3-2 有一泵转速 n=2900r/min,扬程 H=100m,流量 qV =0.17 m3 /s,若用和该泵相 似但叶轮外径 D2 为其 2 倍的泵,当转速 n=1450r/min 时,流量为多少? 解:由题知: D2m =2 D2 p ,由于两泵相似 根据流量相似关系 得: qVm =

qVp qVm

=(

D2 p D2 m

)3

1 2900 1 = ( )3 ? = 1450 4 nm 2

np

8 ?1450 ? 0.17 =0.68( m3 /s) 2900

3-3 有一泵转速 n=2900r/min ,其扬程 H=100m ,流量 qV =0.17 m3 /s ,轴功率
P =183.8 KW 。现用一出口直径为该泵 2 倍的泵,当转速 n=1450r/min 时,保持 运动状态相似,问其轴功率应是多少?

解:由于两泵相似

且 D2m =2 D2 p

根据功率相似关系:

Pp Pm

= (

D2 p D2 m

)5 (

1 2900 3 1 ) = )3 = ( ) 5 ( 4 2 1450 nm

np

得: Pm =4 Pp =4 ? 183.8=735.2( KW ) 3-8 已知某锅炉给水泵,最佳工况点参数为: qV =270 m3 / h , H =1490m ,

n =2980r/min, i =10 级。求其比转数 ns 。
3.65 ? 2980 ? 1490 3 4 ( ) 10 270 3600 =69.85

3.65n qV 解: ns = = H 34 ( ) i

3-9 某单级双吸泵的最佳工况点参数为 qV =18000 m3 / h , H =20m, n =375r/min。 求其比转数 ns 。 解:由于是单级双吸泵
3.65n (H ) qV
3 4

ns =

2 =

3.65 ? 375 ? (20)

18000 2 ? 3600 =228.83 3
4

第四章 思考题: 1. 何谓汽蚀现象?它对泵的工作有何危害? 答:汽泡的形成、发展和破裂以致材料受到破坏的全部过程,称为汽蚀现象。 危害: (1)材料破坏 (2)噪声和振动(3)性能下降 2. 何谓有效汽蚀余量 ?ha 和必需汽蚀余量 ?hr ,二者有何关系? 答:有效汽蚀余量 ?ha :指泵在吸入口处,单位重量液体所具有的超过汽化压力(饱和蒸汽 压力)的富余能量。 必需汽蚀余量:指液体在泵吸入口的能头对压力最低点处静压能头的富余能头。 二者关系:当( ?hr > ?ha )时,泵内发生汽蚀; 当( ?hr < ?ha =时,泵内不会发生汽蚀; 当( ?hr = ?ha = ?hc )时,处于临界状态。 3. 提高转速后,对泵的汽蚀性能有何影响? 答:对同一台泵来说,当转速变化时,汽蚀余量随转速的平方成正比关系变化,即当泵的转 速提高后,必需汽蚀余量成平方增加,泵的抗汽蚀性能大为恶化。 4. 为什么说汽蚀比转数也是一个相似特征数?使用无因次汽蚀比转数有何优点? 答: 因为汽蚀比转数是由流量相似定律和汽蚀相似定律推导而来的。 因此也是一个相似特征 数。 优点:不需要进行单位换算。 5. 提高泵的抗汽蚀性能可采用那些措施?基于什么原理? 答:一、提高泵本身的抗汽蚀性能 (1)降低叶轮入口部分流速。一般采用两种方法:①适当增大叶轮入口直径 D0 ;②增大 叶片入口边宽度 b1 。也有同时采用既增大 D0 又增大 b1 的方法。这些结构参数的改变,均应 有一定的限度,否则将影响泵效率。 (2)采用双吸式叶轮。双吸式叶轮的必需汽蚀余量是单吸式叶轮的 63%,因而提高了泵 的抗汽蚀性能。 (3)增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径。这样可以减小局部阻力损失。 (4)叶片进口边适当加长。即向吸人方向延伸,并作成扭曲形。 (5)首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料。如采用含镍铬的不锈钢、铝青铜、磷青铜等。 二、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量 ?ha 可以采取如下措施: (1)减小吸入管路的流动损失。即可适当加大吸入管直径,尽量减少管路附件,如弯头、 阀门等,并使吸人管长最短。 (2)合理确定两个高度。即几何安装高度及倒灌高度。 (3)采用诱导轮。主叶轮前装诱导轮,使液体通过诱导轮升压后流入主叶轮(多级泵为首 级叶轮),因而提高了主叶轮的有效汽蚀余量,改善了泵的汽蚀性能。

(4)采用双重翼叶轮。双重翼叶轮由前置叶轮和后置离心叶轮组成,与诱导轮相比,其 主要优点是轴向尺寸小,结构简单,且不存在诱导轮与主叶轮配合不好,而导致效率下降的 问题。所以,双重翼离心泵不会降低泵的性能,却使泵的抗汽蚀性能大为改善。 (5)采用超汽蚀泵。在主叶轮之前装一个类似轴流式的超汽蚀叶轮,其叶片采用了薄而 尖的超汽蚀翼型,使其诱发一种固定型的汽泡,覆盖整个翼型叶片背面,并扩展到后部,与 原来叶片的翼型和空穴组成了新的翼型。 其优点是汽泡保护了叶片, 避免汽蚀并在叶片后部 溃灭,因而不损坏叶片。 (6)设置前置泵。采用在给水泵前装置低速前置泵,使给水经前置泵升压后再进入给水 泵,从而提高了泵的有效汽蚀余量,改善了给水泵的汽蚀性能;同时除氧器的安装高度也大 为降低。这是防止给水泵产生汽蚀、简单而又可靠的一种方法。

4-2 有一台单级离心泵,在转速 n=1450r/min 时,流量为 2.6 m3 / min ,该泵的汽 蚀比转数 c=700。现将这台泵安装在地面上进行抽水,求吸水面在地面下多少米 时发生汽蚀。设:水面压力为 98066.5Pa ,水温为 80 ℃( 80 ℃时水的密度
? =971.4 kg / m3 ) ,吸水管内流动损失水头为 1m。
5.62 ?1450 ? 700 2.6 60 ) 4 3 =3.255(m)

解: c =

5.62n qV ( ?hr )
3 4

得 ?hr = (

5.62n qV 4 3 ) =( c

由于发生汽蚀条件为 ?ha = ?hr = ?hc ∴ ?ha = ?hr =3.255(m) 根据 t=80℃, ? =971.4 kg / m3 查表 4-2 知 HV =4.97m

Hg =

Pe 98066.5 ― HV ― ?ha ― hw = ―4.97―3.255―1=1.076(m) 971.4 ? 9.8 ?g

4-3 有一吸入口径为 600mm 的双吸单级泵,输送 20℃的清水时, qV =0.3 m3 / s ,

n =970r/min, H =47m,汽蚀比转数 c =900。试求:
⑴在吸水池液面压力为大气压力时,泵的允许吸上真空高度[ H s ]为多少? ⑵该泵如用于在海拔 1500m 的地方抽送 t =40℃的清水,泵的允许吸上真空高度 [ H s ]又为多少?

5.62n
解:⑴由题知:单级双吸泵

c=

(?hr )

qV 2 =900 得 ?h =3.12(m) r 3
4

?hc = ?hr =3.12

[ ?h ]= ?hc + K =3.12+0.3=3.42(m)

由 qV = Avs



vs =

qV A



?
4

0.3 ? 0.62

=1.06 (m/s)

查表 4-1 及 4-2 得 H amb =10.3(m) HV =0.238(m)
Pe ? Pv vs2 [ H s ]= + -[ ?h ]=10.3-0.238+0.057-3.42=6.7(m) ?g 2g

⑵海拔 1500m 查表 4-1 H amb =8.6

t =40℃ 查表 4-2 HV =0.752
[ H s ]' =[ H s ]-10.33+ H amb +0.24- HV
=6.7-10.33+8.6+0.24-0.752=4.46(m) 4-4 在泵吸水的情况下, 当泵的几何安装高度 H g 与吸入管路的阻力损失之和大于 6 ? 10 4 Pa 时, 发现泵刚开始汽化。 吸入液面的压力为 101.3 ? 103 Pa, 水温为 20℃, 试求水泵装置的有效汽蚀余量为多少? 解: ?ha = ?hc =
Pe ? Pv -( H g + hw ) ?g

?

101.3 ? 103 6 ? 104 ? 0.238 ? ? 3.976(m) 1000? 9.8 1000? 9.8

4-6 有一台吸入口径为 600mm 的双吸单级泵,输送常温水,其工作参数为:

qV =880 L / s ,允许吸上真空高度为 3.2m,吸水管路阻力损失为 0.4m,试问该泵
装在离吸水池液面高 2.8m 处时,是否能正常工作。 解: Vs ?
4qV 4 ? 880 ? ? 3.11 m/s 2 ?D 1000? 3.14 ? 0.6 2

2 Vs2 ?Hg? ? ?Hs? ? ? hw ? 3.2 ? 3.11 ? 0.4 ? 2.3m ? 2.8m 2g 2 ? 9.8

所以不能正常工作。
第五章 思考题 1. 如何绘制管路特性曲线? 答:由泵的管路特性曲线方程 H c ? H st ? ?qv 可知,当流量发生变化时,装置扬程 H c 也
2

随之发生变化。对于风机,因气体密度 ? 很小,H t 形成的气柱压力可以忽略不计,即 H t 为 零,又因引风机是将烟气排入大气,故该风 机的管路特性曲线方程可近似认为
2 pc ? ? ?qv

因此可以看出,管路特性曲线是一条二 次抛物线,此抛物线起点应在纵坐标静扬程

H st 处;风机为一条过原点的二次抛物线,
如图所示。 2.什么是泵与风机的运行工况点?泵(风机) 的扬程(全压)与泵(风机)装置扬程(装 置风压)区别是什么?两者又有什么联系? 答: 将泵本身的性能曲线与管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上, 则这两条曲线相交于 一点,这点即泵在管路中的工作点。 区别:泵(风机)的扬程:是提供能量的,随流量的增加扬程降低,曲线下降。 装置扬程:管路系统所消耗的能量,随流量的增加,扬程增加,曲线上升。 关系:当二者相等时,泵(风机)稳定工作。 3.试述泵与风机的串联工作和并联工作的特点? 答:并联特点:扬程彼此相等,总流量为每台泵(风机)输出流量之和。 串联特点:流量彼此相等,总扬程为每台泵(风机)扬程之和。 4.泵与风机并联工作的目的是什么?并联后流量和扬程 (或全压) 如何变化?并联后为什么 扬程会有所增加? 答: (1)泵与风机并联工作的目的是保证扬程相同时增加流量。 (2)两台泵并联后的流量等于各泵流量之和,与各泵单独工作时相比,两台泵并联后的 总流量小于各泵单独工作时流量的二倍, 而大于一台泵单独工作时的流量。 并联后每台泵工 作流量较单独工作时的较小。 (3)因为输送的管道仍是原有的,直径也没增大,而管道摩擦损失随流量的增加而增 大了,从而导致总阻力增大,这就需要每台泵都提高它的扬程来克服增加的阻力,故并联后 扬程大于并联前扬程。 2. 泵与风机串联工作的目的是什么?串联后流量和扬程(或全压)如何变化?串联后为什 么流量会有所增加? 答: (1)泵与风机串联工作的目的是提高扬程。 (2) 两台泵串联工作时所产生的总扬程小于泵单独工作时扬程的二倍, 而大于串联前单 独运行的扬程。 (3)因为扬程的增加大于管路阻力的增加,致使富裕的扬程促使流量增加。 6.为什么说单凭泵或风机最高效率值来衡量其运行经济性高低是不恰当的? 答:因为只有当泵与风机的工作点位于高效区时,经济性才高。因此单凭泵或风机最高效率 值来衡量其运行经济性高低是不恰当的。 7.泵与风机运行时有哪几种调节方式?其原理是什么?各有何优缺点? 答:变速调节:原理是在管路特性曲线不变时,用变转速改变泵与风机的性能曲线,从而改 变工况点。优点是大大减少附加的节流损失,在很大变工况范围内保持较高的效率。缺点是

投资昂贵。 节流调节:原理是在管路中装设节流部件,利用改变阀门开度,使管路的局部阻力发生 变化,来达到调节的目的。①出口端节流:只改变管路特性曲线。优点是方法可靠,简单易 行。缺点是调节方式不经济,而且只能在小于设计流量一方调节。②入口端节流:既改变管 路特性曲线,也改变风机本身的性能曲线。同一流量下,入口端节流损失小于出口端节流损 失,但由于入口端调节会使进口压力下降,对于泵有引起汽蚀的危险,只能适用于风机。 入口导流器调节:原理是改变风机本身性能曲线。优点是节省功率。只适用于风机。 汽蚀调节:原理是利用泵的汽蚀特性来调节流量,改变泵本身的性能曲线。优缺点:对 通流部件损坏并不严重,可使泵自动调节流量,减少运行人员,降低水泵耗电。如果汽轮机 负荷常变,特别是长期在底负荷下时采用汽蚀调节会使寿命大大降低。只适用于泵。 可动叶片调节:原理是动叶安装角可随不同工况而改变,通过改变泵与风机本身的性能 曲线来调节流量。 泵与风机在低负荷时的效率大大提高。 在较大流量范围内几乎可以保持高 效率,避免了采用阀门调节的节流损失。 变频调节: 通过改变电源频率来调节异步电动机的转速, 进而改变泵与风机的性能曲线, 从而改变它们的工作点。变频调速节能效果明显,且易于实现过程自动化。但变频调速器的 功率不能适应大型火力发电厂主要泵与风机的需要, 功率因素也不是非常高, 在实际应用中, 以中小型泵与风机的调节为主。

5-2 某水泵在管路上工作,管路特性曲线方程 Hc=20+2000qv2(qv 单位以 m3/s 计算) ,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) 0 10 20 30 40 50 60 qv(m3/s) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Hc(m) 20 20.2 20.8

21.8 23.2 25 27.2 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). 5-6 8BA-18 型水泵的叶轮直径为 268mm,车削后的 8BA-18a 型水泵的叶轮直径 为 250mm,设效率不变,按切割定律计算 qv、H、P。如果把 8BA-18a 型水泵 的转速减至 1200r/min,假设效率不变,其 qv、H、P 各为多少?8BA-18 型水 泵额定工况点的参数为: n=1450r/min, qv=7.9L/s, H=18m, P=16.6kW, η =84%。 【解】 根据公式得:

n qv 1450 7.9 ?10?3 ns ? 3 / 4 ? ? 22.64 H 183 / 4
可知该泵为低比转速,可用如下切割定律求出切割后的 qv、H、P,其值如下: ? ? qv D2 250 2 ? ? ( ) 2 ,qv ? ( ) ? 7.9 ? 7.3L/s qv D2 260 ? H? D2 250 2 ? ( ) 2 ,H ? ? ( ) ? 18 ? 16.64m H D2 260 ? P? D2 250 4 ? ( ) 4 ,P? ? ( ) ? 16.6 ? 15.35kW P D2 260 对 8BA-18a 型水泵只改变转速,可根据相似定律计算泵的 qv、H、P,其值如下:

qvp qvm Hp Hm Pp P m

?

np nm

,qvm ?

7.3 ? 1200 ? 6.04L / s 1450

? ( ? (

1200 2 2 ) ,H m ? ( ) ? 16.64 ? 11.4m nm 1450

np

1200 2 2 ) ,P ( ) ? 15.35 ? 10.51kW m ? nm 1450

np

5-8 n1=950r/min 时,水泵的特性曲线绘于图 5-53 上,试问当水泵转速减少到 n2=750r/min 时, 管路中的流量减少多少?管路特性曲线方程为 Hc=10+17500qv2 (qv 单位以 m3/s 计算) 。 【解】根据 Hc=10+17500qv2 取点如下表所示,绘制管路特性曲线: qv(L/s) 0 10 20 30 40 50 3 qv(m /s) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Hc(m) 10 11.75 17 25.75 38 53.75 管路特性曲线与泵性能曲线交于 M 点(39.8L/s,37m).

同一台泵,输送相同流体有

qv1 n 39.8 ? 750 ? 1 ,qv 2 ? ? 31.4 L / s qv 2 n2 950
减少量为:39.8-31.4=8.4(L/s) 5-9 在转速 n1=2900r/min 时,ISI25-100-135 型离心水泵的 qv-H 性能曲线绘于图


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