水泵与水泵站345章思考题与习题和总复习知识.docx
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水泵与水泵站345章思考题与习题和总复习知识
思考题与习题
3-1水泵的基本性能参数有哪几个？
它们是如何定义的？
3-2一离心泵装置，转速n=1450r/min，运行扬程H=25m，流量Q=180m3/h，泄露量q为5.2m3/h时，轴功率N=14.67kW，机械效率ηM=95.2%，试求：
①水泵的有效功率；②水泵效率η；③水泵的容积效率ηv；④水泵的水力效率ηh。
3-3简述高速旋转的叶轮叶槽内液流质点的运动情况。
3-4试讨论叶片泵基本方程式的物理意义。
3-5水泵效率包括那三种？
它们的意义是什么？
根据其能量损失的原因，试述提高水泵效率的途径。
3-6现有离心泵一台，量测其叶轮外径D2=280mm，宽度b2=40mm，出水角β2=30°。
假设此泵转速n=1450r/min，试绘制其QT～HT理论特性曲线。
3-7什么是泵的性能曲线？
轴流泵的性能曲线与离心泵的性能曲线相比有何差异？
使用时应注意什么问题？
3-8什么是工况相似泵，工况相似泵性能参数之间有何关系？
3-9试述比转数ns的物理意义和实用意义？
为什么它可以用来对泵进行分类？
计算ns时应遵循哪些规定？
3-10同一台泵，在运行中转速由n1变为n2，试问其比转数ns值是否发生相应的变化？
为什么？
1）不发生变化
2）比转速ns是水泵在高校段内的综合特征数，即有效功率Nu=735.6W，扬程Hm=1mH2O时，与它相似的模型泵转数，是由叶轮的形式尺寸所决定的，它只是描述水泵在高效段范围内其性能的特征数，因此不随转数变化而改变。
、
证明：
转速有n1变为n2，令：
，由比例律
3-11在产品的试制中，一台模型离心泵的尺寸为实际泵的1/4倍，并在转速n=730r/min时进行试验。
此时，量出模型泵的设计工况出水量Qm=11L/s，扬程Hm=0.8m。
如果模型泵与实际泵的效率相等。
试求：
实际泵在n=960r/min时的设计工况流量和扬程。
3-12试求12Sh离心泵的比转数ns=？
由该泵铭牌上已知，额定转速n=1450r/min，流量Q=684m3/h，扬程H=10m。
3-13清理仓库时，找出一台旧的BA泵从其模糊的铭牌上，可看出：
Q=32L/s，H=50m，n=2900r/min，N=22.9kW，η=68.5%。
试绘制其Q～H，Q～N，Q～η性能曲线。
比转数
思考题与习题
4-1泵站设计时如何计算总扬程？
4-2试在图4-36所示的诸水泵装置中标出水泵的静扬程，写出其设计扬程的表达式
图4-36水泵装置图
4-3如图4-37所示的泵装置。
泵从一个密闭水箱抽水，输入另一个密闭水箱，水箱内的水面与泵轴齐平，试问：
（1）该泵装置的静扬程HST=？
（m）
（2）泵的吸水地形高度Hss=？
（m）
（3）泵的压水地形高度Hsd=？
（m）
图4-37密闭式离心泵装置
HST=22mH2O
HSS=2mH2O
HST=20mH2O
4-4三台泵三种抽水装置如图4-38（a）、（b）、（c）所示。
三台泵的泵轴都在同一标高上，其中（b）、（c）装置的吸水箱是密闭的，（a）装置吸水井是敞开的。
图4-38三种抽水装置
要使三个泵的吸水地形高度相同
HA＝2m
Pc＝1.2atm
4-5什么叫水泵的工况点？
工况点与哪些因素有关？
当发生如下情况时，水泵的工况点如何变化？
（1）管道的直径变粗和变细时。
（2）当管路上闸阀的开度变小时。
（3）水源水位或出水池水位升高或降低时。
（4）水泵的转速增加或减少时。
（5）水泵减漏环严重磨损，叶片和减漏环间隙增大时。
（6）管路年久失修，严重锈蚀时。
4-6现有一台离心泵装置如图4-39所示，试证：
图4-39离心泵装置
该离心泵装置的扬程公式应为：
4-7一台输送清水的离心泵，现用来输送密度为水的1.3倍的液体，该液体的其他物理量性质可视为与水相同，泵装置均同。
试问：
（1）该泵在工作时，其流量与扬程的关系曲线有无改变？
在相同的工作情况下，泵所需的功率有无改变？
在相同工作情况下（理解为相同的水泵装置）所需功率为输水的1.3倍
（2）泵出口处的压力表读数（MPa）有无改变？
如果输送清水时，泵的压水地形高度Hsd=0.5MPa，此时压力表读数应为多少MPa？
（3）如果泵将液体输送往高地密闭水箱时，密闭水箱的压力为2atm，试问此时该泵的静扬程HST应为多少？
4-8某取水泵站从水源取水，将水输送至净水池。
已知水泵流量Q=1800m3/h，吸、压水管道均为钢管，吸水管长L1=15.5m，管径D1=500mm，压水管长L2=450m，管径D2=400mm。
局部水头损失按沿程水头损失的15%计算。
水源设计水位76.83m，蓄水池最高水位为89.45m，水泵泵轴标高为78.83m。
水泵的效率在Q=1800m3/h时为75%。
试计算该水泵装置所需扬程H及轴功率N。
4-9试从概念上区分水箱自由出流时，测压管水头线与管路水头损失特性曲线间的不同。
4-10在图4-40所示的泵装置上，在出水闸阀前后装A、B两只压力表，在进水口出装上一只真空表C，并均相应地接上测压管。
现问：
（1）闸阀全开时，A、B压力表的读数及A、B两根测压管的水面高度是否一样？
闸阀局部水头损失不可忽略，测压管高度A>B，压力表读数A>B
（2）闸阀逐渐关小时，A、B压力表的读数以及A、B两根测压管的水面高度有何变化？
闸阀关小，管阻增大，（H＝HST+SQ2）S增大，所以，水泵流量下降，H增加，A表读数增大，测压管上升。
水泵流量下降B点以上的管段水头损失减小，所以B表减小，B测压管下降。
（3）在闸阀逐渐关小时，真空表C的读数以及它的测压管内水面高度如何变化？
闸阀关小，流量变小，吸水管水头损失减小，所以真空度减小，比压管水面上升。
图4-40闸阀调节时的压力变化
4-11如图4-41所示，A点为该泵装置的极限工况点，其相应的效率为ηA。
当闸阀关小时，工作点由A点移至点B，相应的效率为ηB。
由图可知ηA＞ηB，现问：
（1）关小闸阀是否可以提高效率？
此现象如何解释？
（2）如何推求关小闸阀后该泵装置的效率变化公式？
图4-41闸阀调节时离心泵装置工况点的变化
4-12某泵站装有一台6Sh-9型泵，其性能参数见表4-9所示。
管道阻力系数S=1850.0s2/m5，静扬程HST=38.6m。
试用数解法求此时水泵的出水量、扬程、轴功率和效率。
表4-96Sh-9型泵的性能参数
流量（L/s）
扬程（m）
转速（r/min）
轴功率（kW）
效率（%）
36
52
2950
24.8
74
50
46
28.6
79
61
38
30.6
74
4-13什么叫工况调节？
在那些情况下需要进行工况调节？
工况调节的方法有那几种？
各适用于什么场合？
4-14在什么情况下需要两台或两台以上的水泵的并联运行？
水泵并联运行有什么优缺点？
是否水泵并联的台数越多，管路越省，运行越经济？
4-15某取水泵站，设置20Sh-28型泵3台（两用一备），20Sh-28型泵的性能参数见表4-10。
已知：
吸水井设计水位11.4m，出水池设计水位为20.30m，吸水管阻力系数S1=1.04s2/m5，压水管阻力系数S2=3.78s2/m5，并联节点前管道对称。
试用图解法和数解法求水泵并联工况点。
表4-1020Sh-28型泵的性能参数
流量Q（L/s）
扬程H（m）
转速n（r/min）
轴功率N（kW）
效率η（%）
450
27
970
148
80
560
22
148
82
650
15
137
70
4-16某水泵转速n1=970r/min时的（Q～H）1曲线高效段方程为H=45-4583Q2，管道系统特性曲线方程为H=12+17500Q，试求：
（1）该水泵装置的工况点；
（2）若需水泵的工况点流量减少10%，为节电，水泵转速应降为多少？
4-17某循环泵站，夏季为一台12Sh-9型泵工作D2=290mm，Q～H曲线高效段方程为H=28.33-184.6Q2，管道阻力系数S=225s2/m5，静扬程HST=15m，到了冬季需减少12%的供水量，为节电、拟将一备用叶轮切削后装上使用。
试问切削后叶轮外径应为多少？
切削百分之几？
4-18已知某离心泵的叶轮外径为D2==316mm、D1==160mm，该泵的基本性能如表4-11所示。
（1）试绘出该泵的基本性能曲线Q～H、Q～N、Q～η。
（2）转速恒定，叶轮外径切削使D2==285mm，换算叶轮切削后的性能曲线。
（3）求水泵的比转速ns。
表4-11离心泵性能试验数据（n=1450r/min）
流量Q（L/s）
0
20
40
60
80
100
120
扬程H（m）
32
33
33
32
28
24
17
轴功率N（kW）
12.1
14.39
18.50
23.84
27.80
32.92
38.52
思考题
5-1什么是水泵汽蚀？
有哪些危害？
如何采取措施进行防止？
5-2汽蚀余量与吸上真空度有何区别？
有什么关系？
5-3允许吸上真空高度受海拔和水温影响时，如何进行修正？
5-424sh-9型离心泵的铭牌上注明：
在抽升20℃水温的水时，Hs＝2.5mH2O。
试问：
（1）该泵在实际使用中，是否其吸入口的真空值表值Hv，只要不大于2.5mH2O，就能够保证该泵在运行中不产生汽蚀？
铭牌上标注的数值是在标准情况下的数据，若水温或当地大气压低于比标准条件，应先进行修正。
（2）铭牌上Hs＝2.5mH2O是否意味着该泵在叶轮中的绝对压力最低不能低于10.33mH2O－2.5mH2O＝7.83mH2O高，为什么？
不对，铭牌上的HS是指泵在最高效率流量下其吸入口处最大的允许吸上真空高度，由泵吸入口至叶轮内压力最低点还有压降。
另外，该数值指的是标准情况下的清水，温度改变，饱和蒸气压也改变。
叶轮中压力最低点不能低于当时水温下的饱和蒸汽压。
5-5一台泵吸入口径为200mm，流量为77.8L/s，样本给定Hs＝3.6mH2O，估计吸水管路损失为0.5m，分别求在标准状况下和在拉萨地区从
开式容器中抽送40℃清水时的安装高度。
水泵站：
有抽水机（水泵，动力机，传动设备），机房，管道，进出水构筑物，电力系统等所组成的多功能，多目标的综合水利枢纽。
泵按照工作原理可分为：
叶片式泵，容积式泵，其他类型泵
根据叶轮出水的水流方向（径向流，轴向流，斜向流）径向流的叶轮称为离心泵。
（轴向流的叶轮称为轴流泵；斜向流的叶轮称为混流泵,即受到离心力作用又受到轴向升力的作用）。
叶片泵按其叶片的弯曲形状可分为：
后弯式，前弯式，径向式。
大多采用后弯式。
离心泵的主要零件：
叶轮，泵轴，泵壳，吸水口，出水口，吸水管，压水管，底阀，压阀，泵座，灌水漏斗
叶轮材料：
铸铁，钢，青铜（机械强度强，耐磨和耐腐蚀性能好）；一般可分为：
单吸式叶轮，双吸式叶轮（吸水量较大）；按其盖板情况可分为：
封闭式叶轮（输送较洁净的液体），敞开式叶轮（输送含有一定悬浮物、杂质的液体），半开式叶轮；
泵轴材料：
碳素钢、不锈钢（要有足够的抗扭强度和刚度）；作用：
用来旋转叶轮；泵轴和叶轮的连接：
采用键连接，平键只能传递扭矩不能固定叶轮轴向位置；叶轮轴向位置的固定：
大中型泵常用轴套和并紧轴套的螺母来定位。
泵壳特点：
1蜗壳形（保持良好的水力条件，沿蜗壳断面的水流速度为常数），2锥形渐扩管（降低水流速度，速度水头转化为压力水头）
泵座，作用：
固定泵体，连接水泵与基础；3个孔：
1测压螺孔：
吸水管法兰上，安装真空表；压水椎管法兰上，安装压力表.2放水螺孔：
泵壳底部，作用为泵停车检修时放空积水。
3泄水螺孔：
泵座横向槽底，作用为排填料盒渗漏的水滴
轴封装置：
泵轴和泵壳的间隙处设置的密封装置；轴封装置应用较多的为填料密封和机械密封
其他泵
轴流泵的特点：
1.扬程随流量的减小而剧烈增大，Q-H曲线陡降，并没有转折点。
2.Q-N曲线也是陡降曲线，当Q=0（出水闸关闭）轴功率No=（1.2-1.4）Nd（设计工况轴功率），因此启动时，应当在闸阀全开情况下。
3.Q-η曲线呈驼峰形，高效率工作范围很小。
4.轴流泵的吸水性能用气蚀余量表示。
管道泵特点：
1.泵的体积小，重量轻，进出水口均在统一直线上，可以直接安装在管路上。
2.采用机械密封，密封性能好。
3.泵运行效率相对较高，耗电少，噪声低。
4.常用管道泵有G型,BG型
污水泵，杂质泵：
叶轮的叶片少，流道宽，泵壳上设有检查，清扫孔。
射流泵，基本结构：
喷嘴，吸入室，混合管，扩散管。
优点：
1.构造简单，重量轻，尺寸小，价格便宜。
2.便于就地加工，安装容易，维修简单。
3.无运动部件，启闭方便，断流时无危险。
4.可以抽升污泥或其他颗粒液体。
5.可以与离心泵联合串联工作从大口井或深井取水。
缺点：
效率低。
一般用于：
1.离心泵的抽气引水装置，2.抽取液氯和矾液。
3.运用在地下水除铁曝气的充氧工艺中，利用其作为带气，充气装置。
4.作为污泥消化池中搅拌和混合污泥用泵。
5.与离心泵联合工作以增加离心泵装置的吸水高度。
6用于井点来降低基坑的地下水位。
气升泵,基本构造：
扬水管，输气管，喷嘴，气水分离箱。
优点：
井孔内无运动部件，构造简单，工作可靠。
缺点：
效率很低
往复泵，基本结构：
泵缸，活塞（或柱塞），和吸，压水阀。
特点：
1扬程与流量无关，是高扬程小流量的容积式泵。
2必须开闸下启动。
3不能用闸阀调节流量。
4必须有调节流量的设施。
5具有自吸能力。
6出水不均匀，严重时可能造成运转中产生振动和冲击现象。
螺旋泵，构造：
电机，变速装置，泵轴，叶片，轴承座，泵外壳优点：
1提升流量大，省电。
2螺旋泵只要叶片接触到水面就能把水提升上来。
3不必设置集水井以及封闭管道，泵站设施简单。
4可直接提升污物。
5结构简单，制造容易。
6对绒絮破坏小。
缺点：
1扬程很小。
2出水量直接与进水水位有关。
3螺旋泵必须斜装，占地面积大。
一级泵站（取水泵站）：
（水源）-吸水井-一泵房-闸阀井-（净化厂）-Qr=a*Qd/T（m³/h）
二级泵站（送水泵站，清水泵站）：
（清水池）-吸水井-泵房-官网-水塔Qr=βQd/T（m³/h）
加压泵站。
循环泵站
（Qr设计流量，Qd供水对象最高日流量,a输水管漏损及净水构筑物自身用水而加的系数a=1.05-1.1，β给水系统中自身用水系数β=1.01-1.02，T一级泵站工作小时数）、
选泵要点：
1在满足最大工况要求条件下，应尽量减少能量的浪费。
2合理地利用各泵的高效段3尽可能的选用同型号泵，使型号整齐，互为备用。
4尽量选择大泵，但也按实际情况考虑大小兼顾5Σh之变化大时，则可选不同型号泵搭配运行6保证吸水条件，照顾基础平齐，减少泵站埋深。
7考虑必要的备用机组8进行消防用水时的校核9考虑泵站的发展，实行近远期相结合10选尽量选用当地成批生产的泵型。
备用泵的要点：
1再不允许减少供水量的情况下，2套备用泵。
2允许短时间减少供水量的，备用泵只保证供应事故用水量。
3允许短时间内中断供水时，可设1台备用泵。
负荷等级，根据用电设备对供电可靠性的要求：
一级负荷，突然停电将造成人身伤亡危险，或重大设备损坏且长期难以修复，因而给国民经济带来重大损失的电力负荷。
二级负荷，突然停电产生大量废品，大量原材料报废或将发生主要设备破坏事故，但采用适当措施后能够避免的电力负荷。
三级负荷，不属于一级二级的所有电力负荷。
泵机组的基础要求：
1坚实牢固，除能承受机组的静荷载外，还能承受机械振动荷载。
2要浇制在较坚实的地基上，不宜浇制在松软地基或新填土上，以免发生下沉或不均匀沉陷。
吸水管路的要求：
1不漏气2不积气3不吸气。
吸水管路应遵守：
1吸水管进口高于井底不小于0.8D。
2吸水管喇叭口边缘距离井壁不小于（0.75-1.0）D。
3在同一井中安装有几根吸水管时，吸水喇叭口之间的距离不小于（1.5-2.0）D。
5当泵从压水管路引水启动时，吸水管路上应装有底阀。
压水管路的要求：
坚固而不漏气，通常采用钢管，并尽量采用焊接接口，但为便于拆装与检修，在适当地点可设法兰接口。
一般在以下情况应设置止回阀：
1井群给水系统。
2输水管路较长，突然停电后，无法立即关闭操作闸阀的二级或一级泵站。
3吸入式启动的泵站，管道方空以后，再抽真空比较困难。
4遥控泵站无法关闸。
5多水源，多泵站系统。
6官网布置位置高于泵站，如无止回阀时，在官网内可能出现负压。
供水安全要求较高的泵站，布置压水管路时，必须满足：
1能使任何一台泵及闸阀停用检修而不影响其他泵的工作。
2每台泵能输水至任何一条输水管。
水锤：
在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。
停泵水锤是指泵机组因突然失电或其他原因，造成开阀停车时，在泵及管路中水流速度发生递变而引起的压力递变现象。
停泵水锤防护措施：
1防止水柱分离。
2防止升压过高的措施。
（1）设置水锤消除器
（2）设空气缸（3）采用缓闭阀（4）取消泵出口处的止回阀
工业噪音可分为空气动力性，机械性，电磁性噪声3种。
泵站中的噪音源有：
电机噪声，泵和液力噪声，风机噪声，阀件噪声，变压器噪声。
排水泵站基本组成包括：
机器间，集水池，格栅，辅助间，有时还附有变电所。
按排水性质可分为污水泵站，雨水泵站，合流泵站和污泥泵站。
按作用可分为：
中途泵站（避免排水干管埋设太深而设置），终点泵站（将整个城市的污水抽送到污水处理厂或将处理后的污水进行农田灌溉或直接排入水体）
水泵的6个基本性能参数：
1流量Q（m3/h或L/s）2扬程H（kg*m/kg或m;pa）3轴功率N（kw）4效率转速n（r/min）5允许吸上真空高度Hs（泵在标准状况下运转时，泵所允许的最大的吸上真空高度，单位mH2O。
用来反映离心泵的吸水性能）6气蚀余量Hsv（泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。
单位mH2O.反映轴流泵，锅炉给水泵的吸水性能）
对叶轮的构造和液流性质的3个假定：
1液流是恒定流；2叶槽中，也留均匀一致，叶轮半径处液流的同名速度相等；3液流为理想液体，业绩不显示黏滞性，不存在水头损失，这时扬程为理论扬程HT，而且密度不变。
理论扬程HT=1/g*（u2*C2u-u1C1u）;有效功率Nu=pgQH（w）;u2=（n*3.14*D2）/60;C2u=C2*cosa2;轴功率N=pgQH/（1000η）（kw）;效率η=Nu/N;电耗值W=（pgQH/1000η1*η2）*t;实际扬程H=ηh*（HT/（1+p）），H=Hd+Hv（真空表和压力表读书相加就是该泵的工作扬程，Hv=Hss+Σhs+v1²/2g-Δz/2Hd=Hsd+Σhd-v1²/2g-Δz/2）,H=HST+Σh（HST=Hss+Hsd，HST泵的静扬程，Hss泵吸水地形高度，Hsd泵压水地形高度）η=ηh*ηv*ηm（总效率=水力效率，容积效率，机械效率的积）
当泵最低压力pk降低到被抽液体工作温度下的饱和蒸汽压力Pva时，泵壳内出现气穴现象并引发气蚀现象。
（Pk/r=pa/r-hss-（co²-v1²）/2g–λwo²/2g）
基本方程推导：
1.使a1=90，a2<90，a2越小，泵理论扬程越大。
2.转速n,叶轮外径D2提高，可以提高扬程。
3.泵的扬程由势扬程和动扬程组成，动扬程H2占总扬程的比例越小，泵内部的水力损失越小，效率越高。
4.液体密度越大，泵消耗的功率越大，扬程不变。
泵的工况：
对应某一流量下泵的一组基本性能参数值。
泵的设计工况（额定工况）：
泵在效率最高时对应的一组基本性能参数值。
额定工况百分之十范围内为高校范围。
泵的极限工况：
泵在流量最大时对应的一组基本性能参数值。
决定工况点的因素：
1.泵自身型号。
2.泵运行的实际转速。
3.输配水管路系统的布置以及水池，水塔的水位值灯边界条件。
离心泵工况点的调节方法有：
变径，变速，变角，变阀。
临界转速nc：
泵产生共振时的转速。
调速泵安全运行的前提是调速后的转速不能与nc重合接近或成倍速。
性能曲线主要有基本性能曲线，相对性能曲线，通用性能曲线，全面性能曲线，综合（或系列）型谱。
泵并联工作的特点：
1.可以增加供水量，输水干管中的流量等于各台并联泵出水量之总和（一台泵单独工作室的流量，大于并联时的流量）；2.可以通过开停泵的台数来调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水的目的。
3.当并联工作的泵中有一台损坏时，其他几台泵仍可继续供水，提高了泵站运行调节的灵活性和供水的可靠性。
泵串联工作：
总扬程为各泵扬程之和。
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