第一章 泵与风机叶轮理论
用途：机械加工制造，引进设备国产化。简化后：
2．流动分析假设
（1）叶轮中的叶片为无限多无限薄，流体微团的运动轨迹完全与叶片型线相重合。
（2）流体为理想流体，即不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的流动损失。
（3）流体是不可压缩的。
（4）流动为定常的，即流动不随时间变化。 （5）流体在叶轮内的流动是轴对称的流动。 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形 2．速度三角形的计算
（1）圆周速度u 为：
u
60
Dn
π
2．流动分析假设
除可以采用研究离心式泵与风机时所采用的方法外，常做如下假设：（1）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行十分相似，可采
3、动量矩定理及其分析
在稳定流动中，∑M=?K。且，单位时间内流出、流进控制体的流体对转轴的动量矩K 分别为：
K2=ρq VTυ2∞l2=ρq VTυ2∞r2cosα2∞，K1=ρq VTυ1∞l1=ρq VTυ1∞r1cosα
作用在控制体内流体上的外力有质量力和表面力。其对转轴的力矩
设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流体的力矩。则
后弯式（β2y∞＜90?）径向式（β2y∞＝90?）前弯式（β2y∞＞90?）二、β2a∞对H T∞的影响
为提高理论扬程H T∞，设计上使α1≈90?。则在转速n、流量q V 叶片一定的情况下，有：
泵与风机 杨诗成 第四版 简答题及答案
2-1试述离心泵与风机的工作原理。 通过入口管道将流体引入泵与风机叶轮入口，然后在叶轮旋转力的作用下， 流体随叶轮一同旋转，由此就产生了离心力，使流体沿着叶轮流道不断前进，同时使其压力能和动能均有所提高，到达叶轮出口以后，再由泵壳将液体汇集起来并接到压出管中，完成流体的输送，这就是离心泵与风机的工作原理。 2-2离心泵启动前为何一定要将液体先灌入泵内？ 离心泵是靠叶轮旋转产生离心力工作的，如启动前不向泵内灌满液体，则叶轮只能带动空气旋转。而空气的质量约是液体（水）质量的千分之一，它所形成的真空不足以吸入比它重700多倍的液体（水），所以，离心泵启动前一定要将液体先灌入泵内。 2-3提高锅炉给水泵的转速，有什么优缺点？ 泵与风机的转速越高： （1）它们所输送的流量、扬程、全压亦越大； （2）转速增高可使叶轮级数减少，泵轴长度缩短。 （3）泵转速的增加还可以使叶轮的直径相对地减小，能使泵的质量、体积大为降低。 所以国内、外普遍使用高转速的锅护给水泵。 但高转速受到材料强度、泵汽蚀、泵效率等因素的制约。 2-4如何绘制速度三角形？预旋与轴向旋涡对速度三角形有什么影响？ 1.如何绘制速度三角形？ 速度三角形一般只需已知三个条件即可画出： （1）圆周速度u （2）轴向速度v m （3）叶轮结构角βg角 即可按比例画出三角形。 （1）计算圆周速度u 在已知和叶轮转速n和叶轮直径D（计算出口圆周速度u2时，使用出口直径，反之，使用入口直径，以此类推）以后，即可以求出圆周速度u； （2）叶轮结构角βg 通常是已知的值，因为它是叶轮的结构角，分为入口和出口。 （3）轴向速度v m
因为过流断面面积(m2)与轴向速度v m（m/s）的乘积，就是从叶轮流过的流体的体积流量（m3/s），因此，只要已知体积流量，并计算出过流断面的面积，即可得出轴向速度v m(m/s),由此既可以绘制出速度三角形。 2.预旋与轴向旋涡对速度三角形有什么影响？ (1)预旋对速度三角形的影响？ 流体在实际流动中，由于在进入叶轮之前在吸入管中已经存在一个旋转运动，这个预先的旋转运动称为预旋。当流体进入叶轮前的绝对速度与圆周速度间的夹角是锐角，且绝对速度的圆周分速与圆周速度同向，此时的预旋称为正预旋；反之，流体进入叶轮前的绝对速度与圆周速度间的夹角是钝角，则绝对速度的圆周分速与圆周速度异向，此时的预旋称为负预旋。 由此可见，当无预旋时，流体流入角α1为90o，此时叶轮进口速度三角形为直角三角形，如图1所示；当正预旋时，流体流入角α1<90o，此时叶轮进口速度三角形为锐角三角形，如图2所示；当负预旋时，流体流入角α1>90o，此时叶轮进口速度三角形为钝角三角形，如图3所示。 (2)轴向漩涡对速度三角形的影响？ 如图4所示，叶轮内流体从进口流向出口、同时在流道内一产生一个与叶轮转向相反的轴向旋涡，当叶轮内流体从进口流向出口时，流道内均匀的相对速度受到轴向旋涡的破坏。在叶片，工作面附近，相对速度的方向与轴向旋涡形成的流动速度方向相反，两个速度叠加的结果，使合成的相对速度减小。而在叶片非工作面附近，两种速度的方向相同，速度叠加的结果使合成的相对流速增加。 叶片数有限多时,出流角度从β2g降低至β2后，v2u∞就减小成v2u了，如图5所示。这就是相对速度产生滑移，造成流体出口的旋转不足。 2-5 H T∞、H T及之间有何区别？为什么H 泵与风机考试试题 一、简答题（每小题5分，共30分） 1、离心泵、轴流泵在启动时有何不同，为什么？ 2、试用公式说明为什么电厂中的凝结水泵要采用倒灌高度。 3、简述泵汽蚀的危害。 4、定性图示两台同性能泵串联时的工作点、串联时每台泵的工作点、仅有 一台泵运行时的工作点 5、泵是否可采用进口端节流调节，为什么？ 6、简述风机发生喘振的条件。 二、计算题（每小题15分，共60分） 1、已知离心式水泵叶轮的直径D2=400mm，叶轮出口宽度b2＝50mm，叶片 厚度占出口面积的8％，流动角β2＝20?，当转速n＝2135r/min时，理论 流量q VT＝240L/s，求作叶轮出口速度三角形。 2、某电厂水泵采用节流调节后流量为740t/h，阀门前后压强差为980700Pa, 此时泵运行效率η=75%，若水的密度ρ=1000kg/m3，每度电费0.4元，求：（1）节流损失的轴功率?P sh； （2）因节流调节每年多耗的电费(1年=365日) 3、20sh-13型离心泵，吸水管直径d1＝500mm，样本上给出的允许吸上真空 高度[H s]＝4m。吸水管的长度l1＝6m，局部阻力的当量长度l e＝4m，设 沿程阻力系数λ＝0.025，试问当泵的流量q v＝2000m3/h，泵的几何安装高 度H g＝3m时，该泵是否能正常工作。 （当地海拔高度为800m，大气压强p a＝9.21×104Pa；水温为30℃，对应饱 和蒸汽压强p v＝4.2365kPa，密度ρ＝995.6kg/m3） 4、火力发电厂中的DG520-230型锅炉给水泵，共有8级叶轮，当转速为n ＝5050r/min，扬程H＝2523m，流量q V＝576m3/h，试计算该泵的比转 速。 第二节泵与风机的叶轮理论 一、离心式泵与风机的叶轮理论 离心式泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片就对流体做功，从而使流体获得压能及动能。因此，叶轮是实现机械能转换为流体能量的主要部件。 (1) 离心式叶轮叶片型式对HT∞的影响 一般叶片的型式有以下三种： 叶片的弯曲方向与叶抡的旋转方向相反，称为后弯式叶片。 叶片的出口方向为径向，称径向叶片。 叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相同，称为前弯式叶片。 前弯式叶片产生的能头最大，径向式次之，后弯式最小。 对流体所获得的能量中动能和压能所占比例的大小比较可知：后弯式叶片时，流体所获得的能量中，压能所占的比例大于动能；径向式叶片做功时，压能和动能各占总能的一般；前弯式叶片做功时,总能量中动能所占的比例大于压能。 那么，对离心泵而言，为什么一般均采用后弯式叶片，而对风机则可根据不同情况采用三种不同的叶片形式，其原因如下： 在转速n、叶轮外径、流量及入口条件均相同的条件下，前弯式叶片产生的绝对速度比后弯式叶片大，而液体的流动损失与速度的平方成正比。因此，当流体流过叶轮及导叶或蜗壳时，其能量损失比后弯叶片大。同时为把部分动能转换为压能，在能量转换过程中，必然又伴随较大的能量损失，因而其效率远低于后弯式叶片。反之，前弯式叶片有以下优点：当其和后弯式叶片的转速、流量及产生的能头相同时，可以减小叶轮外径。因此，可以减小风机的尺寸，缩小体积，减轻质量。又因风机输送的流体为气体，气体的密度远小于液体，且摩擦阻力正比于密度，所以风机损失的能量远小于泵。鉴于以上原因，在低压风机中可采用前弯式叶片。 二、轴流式泵与风机的叶轮理论 （一）、概述 轴流式和离心式的泵与风机同属叶片式，但从性能及结构上两者有所不同。轴流式泵与风机的性能特点是流量大，扬程(全压)低，比转数大，流体沿轴向流入、流出叶轮。其结构特点是：结构简单，重量相对较轻。因有较大的轮毂动叶片角度可以作成可调的。动叶片可调的轴流式泵与风机，由于动叶片角度可随外界负荷变化而改变，因而变工况时调节性能好，可保持较宽的高效工作区。鉴于以上特点，目前国外大型制冷系统中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。今后随着容量的提高，其应用范围将会日益广泛。 (二)、轴流式泵与风机的叶轮理论 1、翼型和叶栅的概念 由于轴流式泵与风机的叶轮没有前后盖板，流体在叶轮中的流动，类似飞机飞行时，机翼与空气的作用。因此，对轴流式泵与风机在研究叶片与流体之间的能量转换关系时，采用了机翼理论。为此下面介绍翼型，叶栅及其主要的几何参数。 翼型机翼型叶片的横截面称为翼型，它具有一定的几何型线，和一定的空气动力特性。翼型见图： 泵与风机学习指导书 第一章练习题 1． 名词解释 （1）泵 （2）泵的扬程 （3）风机的全压 （4）轴功率 2． 简答题 （1）简述热力发电厂锅炉给水泵的作用和工作特点。 （2）简述热力发电厂锅炉引风机的作用和工作特点。 （3）按照风机产生的全压大小，风机大致可分为哪几类 （4）叶片泵大致可分为哪几类 第二章练习题 1． 名词解释 （1）排挤系数 （2）基本方程式 （3）轴向旋涡运动 （4）反作用度 2． 选择题[请在四个备选的答案中选择一个正确答案 填至（ ）内] （1）由于叶轮中某点的绝对速度是相对速度和圆周速度的向量合成，所以（ ）。 A. 绝对速度总是最大的； B. 绝对速度的径向分速度总是等于相对速度的径向分速度； C. 绝对速度流动角α总是大于相对速度流动角 β； D. 绝对速度圆周分速度的大小总是不等于圆周速度的大小。 （2）下列说法正确的是（ ）。 A. 在其它条件不变的情况下，泵叶轮进口处预旋总是会导致叶轮扬程较低； B. 在其它条件不变的情况下，泵叶轮进口处预旋总是会导致ο 901<α； C. 在其它条件不变的情况下，轴向旋涡运动总是会导致叶轮的理论扬程较低； D. 泵叶轮进口处的自由预旋总是会导致ο 901<α。 （3）下列说法错误的是（ ）。 A. 滑移系数K 总是小于1； B. 叶片排挤系数Ψ总是大于1； C. 流动效率h η总是小于1； D. 有实际意义的叶轮，其反作用度τ总是小于1。 3． 简答题 （1）简述离心式泵与风机的工作原理。 （2）简述流体在离心式叶轮中的运动合成。 （3）在推导基本方程式时采用了哪些假设 （4）有哪些方法可以提高叶轮的理论扬程（或理论全压） （5）叶轮进口预旋和轴向旋涡运动会对叶轮扬程（或全压）产生如何影响 （6）离心式泵与风机有哪几种叶片型式各有何优点 （7）为什么离心泵都采用后弯式叶片 （8）在其它条件不变的情况下，叶片出口安装角对叶轮扬程（或全压）有何影响 4． 计算题 （1）有一离心式水泵，其叶轮的外径D 2=22cm ，转速n=2980r/min ，叶轮出口安装角a 2β=45°，出口处的径向速 度=∞r v 2s 。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∞T H ，若滑移系数 K=，叶轮流动效率h η=，叶轮的实际扬程为多少 （2）某离心式风机的转速为1500r/min ，叶轮外径为 600mm ，内径为480mm ，设叶轮有无限多叶片且叶片厚度为无限薄，叶片进、出口处的安装角分别为60°、120°，进、出口处空气的相对速度分别为25m/s 、22m/s ，空气密度为m 3。 ①试计算叶轮的理论静压∞st p 、动压∞d p 和全压∞T p ； ②试计算理论静压∞st p 、动压∞d p 占理论全压∞T p 的百 分比； ③试计算叶轮的反作用度τ。 （3）某离心式风机的叶轮外径为800mm ，空气无预旋地流进叶轮，叶轮出口处的相对速度为16m/s ，叶片出口安装角为90°，叶轮的理论全压∞T p 为200mmH 2O ，进口空气密 度为m 3。试计算风机的转速。 （4）已知某离心泵在抽送密度为1000 kg/m 3的水时，其 叶轮的理论扬程为30m 。现用这台泵来抽送密度为700 kg/m 3的汽油，转速和理论体积流量都不变，问这时叶轮的理论扬 程为多少 （5）已知一台水泵进、出口标高相同，流量为25L/s ，泵出口水管的压力表读数为，进口水管的真空表读数为40kP a ，真空表与泵进口标高相同，压力表装在泵出口上方2m 的地 方，进口水管和出口水管的半径分别为50mm 和40mm ，水的密度为1000 kg/m 3。 ①试计算泵的扬程H ； ②已知吸水池和排水池的水面压力均为大气压，吸水管 长度为5m ，局部阻力系数之和为∑1 ξ =6；排水管长 度为40m ，局部阻力系数之和为 ∑2 ξ =12，吸水管和 排水管的沿程阻力系数均取λ=。试计算排水池的水面比吸水池的水面高多少 （6）某离心风机的转速为1000r/min ，叶轮外径为 500mm ，空气径向流入叶轮，空气密度为m 3，叶片出口安装角为120°，叶片出口处绝对速度的圆周分速度225.1u v u =∞。 ①试计算叶轮的理论全压∞T p ； ②如叶轮流量、转速、尺寸均不变，且空气仍径向流入叶轮，但将叶片出口安装角改为60°，问叶轮的理论全压∞T p 下降多少 扬程：单位重量液体从泵进口截面到泵出口截面所获得的机械能。 流量qv ：单位时间内通过风机进口的气体的体积。 全压p ：单位体积气体从风机进口截面到风机出口截面所获得的机械能。 轴向涡流的定义：容器转了一周，流体微团相对于容器也转了一周，其旋转角速度和容器的旋转角速度大小相等而方向相反，这种旋转运动就称轴向涡流。影响：使流线发生偏移从而使进出口速度三角形发生变化。使出口圆周速度减小。 叶片式泵与风机的损失：（一）机械损失：指叶轮旋转时，轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率。（二）容积损失：部分已经从叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧流动造成能量损失。泵的叶轮入口处的容积损失，为了减小这部分损失，一般在入口处都装有密封环。（三），流动损失：流体和流道壁面生摸差，流道的几何形状改变使流体产生旋涡，以及冲击等所造成的损失。多发部位：吸入室，叶轮流道，压出室。 如何降低叶轮圆盘的摩擦损失：1、适当选取n 和D2的搭配。2、降低叶轮盖板外表面和壳腔内表面的粗糙度可以降低△Pm2。3、适当选取叶轮和壳体的间隙。 轴流式泵与风机应在全开阀门的情况下启动，而离心式泵与风机应在关闭阀门的情况下启动。 泵与风机（课后习题答案） 第一章 1-1有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下：1b =35mm, 2b =19mm, 1D =178mm, 2D =381mm, 1a β=18°，2a β=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,V T q 和在该流量时的无限多叶片的理论扬程T H ∞。 解：由题知：流体径向流入叶轮 ∴1α=90° 则： 1u = 1n 60 D π= 3 17810 1450 60 π-???=13.51 （m/s ） 1V =1m V =1u tg 1a β=13.51?tg 18°=4.39 （m/s ） ∵1V q =π1D 1b 1m V =π?0.178?4.39?0.035=0.086 （3m /s ） ∴2m V = 122 V q D b π= 0.086 0.3810.019 π??=3.78 （m/s ） 2u = 2D 60 n π= 3 38110 1450 60 π-???=28.91 （m/s ） 2u V ∞=2u -2m V ctg 2a β=28.91-3.78?ctg20°=18.52 （m/s ） 泵与风机（思考题答案） 绪论 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 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。 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 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； 第八章叶片式泵与风机的理论 第一节离心式泵与风机的叶轮理论 离心式泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片就对流体做功，从而使流体获得压能及动能。因此，叶轮是实现机械能转换为流体能量的主要部件。 一、离心式泵与风机的工作原理 泵与风机的工作过程可以用图2—l 来说明。先在叶轮内充满流体，并在叶轮不同方向 上取A、B、C、D 几块流体，当叶轮旋转时，各块流体也被叶轮带动一起旋转起来。这时每块流体必然受到离心力的作用，从而使流体的压能提高，这时流体从叶轮中心被甩向叶轮外缘，，于是叶轮中心O处就形成真空。界流体在大气压力作用下，源源不断地沿着吸人管 向O 处补充，而已从叶轮获得能量的流体则流人蜗壳内，并将一部分动能转变为压能，然后沿压出管道排出。由于叶轮连续转动，就形成了泵与风机的连续工作过程。 流体在封闭的叶轮中所获得的能（静压能）： 上式指出：流体在封闭的叶轮内作旋转运动时,叶轮 进出口的压力差与叶轮转动角速度的平方成正比关系变 化；与进出口直径有关，内径越小，外径越大则压力差 越大，但进出口直径均受一定条件的限制；且与密度成 正比关系变化，密度大的流体压力差也越大。 二、流体在叶轮内的运动及速度三角形 为讨论叶轮与流体相互作用的能量转换关系，首先 越大，但进出口直径均受一定条件的限制；且与密度成 正比关系变化，密度大的流体压力差也越大。 二、流体在叶轮内的运动及速度三角形 为讨论叶轮与流体相互作用的能量转换关系，首先 要了解流体在叶轮内的运动，由于流体在叶轮内的运动比较复杂，为此作如下假设：①叶轮中叶片数为无限多且无限薄，即流体质点严格地沿叶片型线流动，也就是流体质点的运动轨迹与叶片的外形曲线相重合；②为理想流体，即无粘性的流体，暂不考虑由粘性产生的能量损失；③流体作定常流动。 流体在叶轮中除作旋转运动外，同时还从叶轮进口向出口流动，因此流体在叶轮中的运动为复合运动。 当叶轮带动流体作旋转运动时，流体具有圆周运动(牵连运动)，如图2—3(a)所示。其运 动速度称为圆周速度，用符号u表示，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径及转速有关。流体沿叶轮流道的运动，称相对运动，如图2—3(b)所示，其运动速度称相对速度，符号w表示，其方向为叶片的切线方向、大小与流量及流道形状有关。流体相对静止机壳的运动，称绝对运动，如图2—3(c)所示，其运动速度称绝对速度，用符号V表示，由这三个速度向量组成的向量图，称为速度三角形，如图2—4 所示。速度三角形是研究流体在叶轮中运动的重要工具。绝对速度u可以分解为两个相互垂直的分量：即绝对速度圆周方向的 分量和绝对速度在轴面(通过泵与风机轴心线所作的平面)上的分量。绝对速度v与圆周速度u之间的夹角用α表示，称绝对速度角；相对速度与圆周速度反方向的夹角用β表示，称为流动角。叶片切线与圆周速度反方向的夹角，称为叶片安装角用β表示。流体沿叶片型线运动时，流动角β等于安装角βa。用下标l 和 2 表示叶片进口和出口处的参数，∞表 南京师范大学《泵与风机》试题 一、填空题(每空1分，共10分) 1.泵与风机的输出功率称为_______。 2.绝对速度和圆周速度之间的夹角称为_______。 3.离心式泵与风机的叶片型式有_______、_______和_______三种。 4.为保证流体的流动相似，必须满足_______、_______和_______三个条件。 5.节流调节有_______节流调节和_______节流调节两种。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一 个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共10分) 1.风机的全压是指( )通过风机后获得的能量。 A.单位重量的气体 B.单位质量的 气体 C.单位时间内流入风机的气体 D.单位体积的气体 2.低压轴流通风机的全压为( ) A. 1～3kPa B. 0.5kPa以下 C. 3～15kPa D. 15～340kPa 3.单位重量的液体从泵的吸入口到叶片入口压力最低处的总压降称为( ) A.流动损失 B.必需汽蚀余量 C.有效汽蚀余量 D.摩擦损失 4.关于冲击损失，下列说法中正确的是( ) A.当流量小于设计流量时，无冲击损失 B.当流量大于设计流量时，冲击发生在工作面上 C.当流量小于设计流量时，冲击发生在非工作面上 D.当流量小于设计流量时，冲击发生在工作面上 5.下列哪个参数与泵的有效汽蚀余量无关?( ) A.泵的几何安装高度 B.流体温度 C.流体压力 D.泵的转速 6.关于离心泵轴向推力的大小，下列说法中不正确的是( ) A.与叶轮前后盖板的面积有关 B.与泵的级数无关 C.与叶轮前后盖板外侧的压力分布有关 D.与流量大小有关 7.两台泵并联运行时，为提高并联后增加流量的效果，下列说法中正确的是( ) A.管路特性曲线应平坦一些，泵的性能曲线应陡一些 B.管路特性曲线应平坦一些，泵的性能曲线应平坦 思考题答案 绪论 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。 第一章 1-1有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下：1b =35mm, 2b =19mm, 1D =178mm, 2D =381mm, 1a β=18°，2a β=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,V T q 和在该流量时的无限多叶片的理论扬程T H ∞。 解：由题知：流体径向流入叶轮 ∴1α=90° 则： 1u = 1n 60 D π= 3178101450 60 π-???=13.51 （m/s ） 1V =1m V =1u tg 1a β=13.51?tg 18°=4.39 （m/s ） ∵1V q =π1D 1b 1m V =π?0.178?4.39?0.035=0.086 （3 m /s ） ∴2m V = 122V q D b π=0.086 0.3810.019 π??=3.78 （m/s ） 2u = 2D 60 n π= 3381101450 60 π-???=28.91 （m/s ） 2u V ∞=2u -2m V ctg 2a β=28.91-3.78?ctg20°=18.52 （m/s ） T H ∞= 22u u V g ∞=28.9118.52 9.8 ?=54.63 （m ） 1-2有一离心式水泵，其叶轮外径2D =220mm,转速n=2980r/min ，叶片出口安装角2a β=45°，出口处的轴面速度2m v =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T H ∞，又若环流系数K=0.8，流动效率h η=0.9时，泵的实际扬程H 是多少？ 解：2u = 2D 60 n π= 0.22298060 π??=34.3 （m/s ） ∵2m V =3.6 m/s 2a β=45°∴2w = 22sin m a v β=5.09 （m/s ） 画出出口速度三角形 2u V ∞=2u -2m V ctg 2a β=34.31-3.6?ctg45°=30.71 （m/s ） ∵1α=90°T H ∞= 22u u V g ∞=34.3130.71 9.8 ?=107.5 (m) 第一节 1.试述泵与风机在火力发电厂中的作用. 2.简述泵与风机的定义及它们在热力发电厂中的地位? 第二节 1.写出泵有效功率表达式,并解释式中各量的含义和单位. 2.风机全压和静压的定义式是什么? 3.试求输水量qv=50m3/h时离心泵所需的轴功率.设泵出口处压力计的读数为25.5×104Pa,泵入口处真空计的读数为33340Pa,压力计与真空计的标高差为△z=0.6m,吸水管与压水管管径相同,离心泵的总效率η=0.6 4.离心式风机的吸入风道及压出风道直径均为500mm,送风量qv=18500m3/h.试求风机产生的全压及风机入口、出口处的静压.设吸入风道的总阻力损失为700Pa,压出风道的总阻力损失为400Pa(未计压出风道出口的阻力损失),空气密度ρ=1.2kg/m3. 5.有一普通用途的离心式风机,其全压p=2000Pa,流量qv=47100m3/h,全压效率η=0.76,如果风机轴和原动机轴采用弹性联轴器连接,试计算该风机的全压有效功率、轴功率，并选配电机. 6.发电厂的锅炉车间装有五台锅炉,由压力计测得锅炉工作压力为3.9×106N/m2的情况下,每台锅炉的额定蒸发量为 7.35×105kg/h.按照有关规定,供给锅炉的流量应不小于所有锅炉在额定蒸发量情况下的1.15倍,离心泵产生的扬程相当于锅炉的工作压力的1.25倍.若设置4台型号相同的给水泵,试求每台给水泵所配用电动机的功率.设电动机的容量安全系数为10%,泵的效率η=0.75,水泵和电动机轴弹性联轴器联接.给水密度ρ=909.44kg/m3. 7.有一离心泵,装设在标高为4m的平台上.该泵从水面水位2m的蓄水池中吸水,并送往另一水位标高14m、自由表面上绝对压力p3= 1.2×105N/m2的压力水箱中.当地大气压pa=105N/m2. (1)试确定离心泵的流量及扬程.设安装在离心泵出口的压力表的读数pg= 2.5×105N/m2,吸入管道长l1=6m,直径d1=100mm,d2=80mm,沿程阻力系数λ1=0.025,λ2=0.028.吸水滤网的局部阻力系数ξ1=7,阀门的阻力系数ξ2=8,每个90°弯管的阻力系数为0.5。 (2)试确定原动机功率.若离心泵的效率η=0.7,原动机容量的功率按安全系数k=1.2,原动机轴和泵轴的传动机械效率ηtm=0.95。 8.水泵将吸水池的水送往水塔,若泵的吸水高度H1=3m,水泵出口到水塔水面的高度为H2=30m.水泵进口处的真空值为6.57×104N/m2,吸入管道的局部阻力系数之和∑ξ=9.0,吸入管道的直径d1=300mm,长度l1=8m,压出管道直径d2=250mm,长度l2=60m.吸入管道和压出管道的沿程阻力系数均取为λ=0.035.压出管道的局部阻力系数之和∑ξ=16. 试求水泵的流量及泵出口压力表的读数pg. 9.泵与风机有哪些主要性能参数?分别是怎样定义的? 10.如何表示流体通过泵与风机后获得的能量? 绪论综合习题 1.试述泵与风机在火力发电厂中的作用. 2.泵与风机的主要性能参数有哪些?转速与效率的高、低对泵及风机的影响如何? 3.风机和水泵的流量定义有何区别? 4.流体经泵与风机后所获得的机械能,为何泵用扬程而风机用全压表示? 5.习题册简答题的第一章的第1-1和1-2题. 6.习题册计算题的第一章的1-12、1-13、1-15. 7.泵与风机按其工作原理可以分为哪几类?它们的工作原理有什么不同? 第一章 第三章离心式泵与风机的性能 对泵与风机性能的掌握是至关重要的，因为泵与风机性能的好坏直接影响着它能否满足生产过程的需要，以及生产过程的安全性、可靠性和经济性。性能参数和性能曲线是泵与风机性能的具体体现。本章讨论的是离心式泵与风机的性能。 一、重点、难点提示 1．重点 （1）功率、效率和损失 （2）性能曲线 （3）相似定律和比例定律 （4）比转速 （5）汽蚀 2．难点 （1）三种损失的产生原因、影响因素和减少损失的主要措施 （2）如何由理论流量与理论扬程（或理论全压）性能曲线定性分析得到实际性能曲线（3）相似定律（特别是比例定律）的应用 （4）比转速的概念和计算 （5）汽蚀性能参数之间的关系和计算 3．考核目标 （1）熟知有效功率、轴功率和原动机功率的概念及计算公式，能熟练进行计算。 （2）能画出泵与风机能量平衡图，并能标示出各损失、相应效率和功率。 （3）理解三种损失产生的原因，知道各损失的大小主要与哪些因素有关，知道提高各相应效率的主要措施。 （4）知道离心式泵与风机性能曲线的典型形状和特点，知道热力发电厂主要的泵对q ~曲线形状的要求。 H V （5）知道三个相似条件的含义，熟记相似定律公式，明确相似定律的使用条件，能熟练地应用比例定律进行计算，能正确地画出不同转速下的性能曲线，知道通用性能曲线的绘制方法和示意形状。 （6）理解比转速的含义，熟记比转速的计算公式，记住对比转速计算的几点说明，了解比转速的主要用途。 （7）了解风机无因次性能曲线的作用，掌握风机无因次性能参数与有因次性能参数之间的转换关系，掌握风机无因次性能曲线与有因次性能曲线之间的转换关系，能根据风机无因次性能曲线计算、选择风机的型号。 （8）理解泵发生汽蚀的主要原因，掌握泵发生汽蚀时的主要特征与危害，掌握有关汽蚀性能参数的基本概念、计算关系式，能根据泵的汽蚀性能参数计算确定泵的几何安装高度，记住泵发生汽蚀的判别式，能根据泵的汽蚀性能参数和泵的运行情况计算判断是否发生汽蚀，熟悉热力发电厂中主要泵的抗汽蚀措施。 二、知识点精析 1．功率、效率和损失 （1）功率 功率是比较熟悉的物理参数，泵与风机的功率分有效功率、轴功率、原动机功率等，没有明确指明时，泵与风机的功率一般是指泵与风机的轴功率。 第一章泵与风机综述 第一节泵与风机的分类和型号编制 一、泵与风机的分类 泵与风机是利用外加能旦输送流体的流体机械。它们大量地应用于燃气及供热与通风专业。根据泵与风机的工作原理，通常可以将它们分类如下： (一)容积式 容积式泵与风机在运转时，机械内部的工作容积不断发生变化，从而吸入或排出流体。按其结构不同，又可再分为； 1．往复式 这种机械借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体，如活塞泵(piston pump)等； 2．回转式 机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体，如齿轮泵(gear pump)、螺杆泵(screw pump)等。 (二)叶片式 叶片式泵与风机的主要结构是可旋转的、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮的旋转对流体作功，从而使流体获得能量。 根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种： 1．离心式泵与风机； 2．轴流式泵与风机； 3．混流式泵与风机，这种风机是前两种的混合体。 4．贯流式风机。 (三)其它类型的泵与风机 如喷射泵（jet pump）、旋涡泵(scroll pump)、真空泵(vacuum pump)等。 本篇介绍和研讨制冷专业常用的泵与风机的理论、性能、运行、调节和选用方法等知识。由于制冷专业常用泵是以不可压缩的流体为工作对象的。而风机的增压程度不高(通常只有9807Pa或1000mmH2O以下)，所以本篇内容都按不可压缩流体进行论述。 二、泵与风机的型号编制 （一）、泵的型号编制 除上述基本型号表示泵的名称外，还有一系列补充型号表示该泵的性能参数或结构特点。根据泵的用途和要求不同，其型号的编制方法也不同，现以下列示例说明。 （二）（二）、风机的型号编制 1、1、离心式风机的型号编制 离心式风机的名称包括：名称、型号、机号、传动方式、旋转方向和风口位置等六部分。 (1)名称包括用途、作用原理和在管网中的作用三部分，多数产品第三部分不作表示，在型号前冠以用途代号，如锅炉离心风机G，锅炉离心引风机Y,冷冻用风机LD,空调用风机KT等名称表示。 (2)型号由基本型号和补充型号组成，其形式如下： 简答题 第一章简答题 1-1．写出泵有效功率表达式，并解释式中各量的含义及单位。 1-2．风机全压及静压的定义式什么？ 1-3．简述流体在叶轮内的流动分析假设。 1-4．解释叶轮内流体的牵连运动、相对运动及绝对运动，并画出速度三角形。 1-5．已知叶轮的几何条件及转速时，如何求圆周速度u和绝对速度的径向分速υr. 1-6．流体在轴流式叶轮内流动的速度三角形有什么特点？ 1-7．试写出叶片式（离心式和轴流式）泵与风机的能量方程式的两种形式。 1-8．为了提高叶片式泵与风机的理论能头，可以采取那些措施？ 1-9．为了提高叶片式泵与风机的理论能头，采用加大叶轮外径D2的方法与提高转速n的方法对泵与风机各有什么影响？ 1-10．分别画出后弯式、径向式和前弯式叶轮的出口速度三角形。 1-11．简述叶片安装角与理论能头的关系。 1-12．简述叶片安装角与反作用度的关系。 1-13．三种不同型式的叶轮那种效率高，为什么？ 1-14．流体流经泵与风机时存在那几种形式的损失？ 1-15．有人说：“叶轮叶片数有限时，其理论能头有所下降是由于流体在叶轮内的流动损失引起”，你认为如何？ 1-16．圆盘摩擦损失属于哪种形式的损失？它与那些因素有关？ 1-17．什么是冲击损失，它是怎样产生的？ 1-18．机械效率、容积效率和流动效率的定义式是什么，三者与总效率的关系如何？ 1-19．简述H、H T、H T∞三者的关系。 1-20．泵启动时，为避免启动电流过大，离心式泵和轴流式泵的出口阀门状态如何？为什么？ 1-21．对自江河、水库取水的电厂循环水泵而言，其H-q V性能曲线应怎样比较好；而对于电厂的给水泵、凝结水泵，其H-q V性能曲线应怎样比较好，为什么？ 1-22．试解释火力发电厂凝结泵和给水泵启动时要开启旁路阀的原因。 1-23．简述正、负预旋对泵与风机能头的影响。 1-24．简述正预旋对泵汽蚀性能的影响。 第四章 轴流式泵与风机 轴流泵广泛地用于热力发电厂的循环水泵，随着热力发电机组容量的不断增大，轴流风机用作锅炉送风机、引风机日益广泛，因此有必要掌握轴流式泵与风机的工作原理、特点和性能。 一、重点、难点提示 1． 重点 （1）速度三角形 （2）基本方程式 （3）性能曲线 2． 难点 （1）四种基本型式的特点 （2）轴流式泵与风机性能曲线的特点与分析 3． 考核目标 （1）能简述轴流式泵与风机的工作原理及特点。 （2）能正确画出叶轮进、出口处的速度三角形，并能对其进行正确标示。 （3）掌握轴流式泵与风机的叶轮基本方程式，并能进行分析。 （4）知道轴流式泵与风机的四种基本型式及其特点。 （5）熟记轴流式泵与风机主要性能曲线的形状特征，理解运行中应注意哪些问题，分析比较与离心式有何区别。 （6）知道热力发电厂哪些泵与风机可采用轴流式。 二、知识点精析 1．轴流式泵与风机的工作原理 （1）工作原理 轴流式泵与风机的工作原理可简述为：原动机带动叶轮旋转，流体在旋转叶轮中叶片的推动作用下产生流动并获得能量，流体是轴向流入叶轮，轴向流出叶轮。 （2）轴流式泵与风机的特点 轴流式泵与风机与其它类型的相比，具有以下特点： 1）流量大、扬程（或全压）低； 2）结构简单、体积小、重量轻； 3）其动叶片可以设计成可调式的，这样，轴流式泵与风机在很大的流量范围内能保持较高的效率； 4）轴流式风机的耐磨性较差，噪音较高； 5）立式轴流泵电动机位置较高，没有被水淹没的危险，这样其叶轮可以布置得更低，淹没到水中，启动时可无需灌水或抽真空吸水。 （3）流体在叶轮内的流动—速度三角形 流体在轴流式叶轮内的流动是一个复杂的三维空间运动，为了简化分析，常忽略流体的径向分速度，这样流体质点在流经轴流式叶轮时，它始终在同一个圆柱面上，即它所在的半径保持不变，三维空间运动简化为二维运动。 图5－1所示的是一个轴流式叶轮示意图，如果沿着半径为r 和半径为r+dr 的两个圆周，来切取一个厚度为dr 的环形切片，再将该切片拉直且使dr 趋近于零，则会形成如图5－2所示的平面直列叶栅，图中u 为圆周速度，t 为叶栅的栅距，也就是两相邻叶片各对应点在半径为r 上的圆周距离，设叶片数为z ，则zt r =π2，b 为翼弦长，a β为叶片安装角，即翼 一元流体动力学基础 1.直径为150mm 的给水管道，输水量为h kN /7.980，试求断面平均流速。 解：由流量公式vA Q ρ= 注意：()vA Q s kg h kN ρ=?→// A Q v ρ= 得：s m v /57.1= 2.断面为300mm ×400mm 的矩形风道,风量为2700m 3 /h,求平均流速.如风道出口处断面收缩为150mm ×400mm,求该断面的平均流速 解：由流量公式vA Q = 得： A Q v = 由连续性方程知2211A v A v = 得：s m v /5.122= 3.水从水箱流经直径d 1=10cm,d 2=5cm,d 3=2.5cm 的管道流入大气中. 当出口流速10m/ 时,求(1)容积流量及质量流量;(2)1d 及2d 管段的流速 解：(1)由s m A v Q /0049.03 33== 质量流量s kg Q /9.4=ρ (2)由连续性方程： 33223311,A v A v A v A v == 得：s m v s m v /5.2,/625.021== 4.设计输水量为h kg /294210的给水管道，流速限制在9.0∽s m /4.1之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速。直径应是mm 50的倍数。 解：vA Q ρ= 将9.0=v ∽s m /4.1代入得343.0=d ∽m 275.0 ∵直径是mm 50的倍数，所以取m d 3.0= 代入vA Q ρ= 得m v 18.1= 5.圆形风道，流量是10000m 3 /h,，流速不超过20 m/s 。试设计直径，根据所定直径求流速。直径规定为50 mm 的倍数。 解：vA Q = 将s m v /20≤代入得：mm d 5.420≥ 取mm d 450= 代入vA Q = 得：s m v /5.17= 6.在直径为d 圆形风道断面上，用下法选定五个点，以测局部风速。设想用和管轴同心但不同半径的圆周，将全部断面分为中间是圆，其他是圆环的五个面积相等的部分。测点即位于等分此部分面积的圆周上，这样测得的流速代表相应断面的平均流速。（1）试计算各测点到管心的距离，表为直径的倍数。（2）若各点流速为 《泵与风机 》第三章思考题 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Vp q ＝Vm q p m n n 扬程p H ＝m H 2()p m n n 功率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 m P m p p p ρρ= 功率 m P m p P P ρρ= 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2D 及叶轮进出口直径的比值02D D 随之减小，而叶轮出口宽度2b 则随之增加。当叶轮外径2D 和02D D 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2D 减小到极限02D D =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(s n <200)，功率随流量的增加而增加，功率曲线呈上升状。但随泵与风机考试试题,习题及复习资料
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