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泵与风机课后习题答案

泵与风机学习指导书

第一章练习题

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]

（5）

（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；

C.流动效率ηh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D2=22cm，转速n=2980r/min，叶轮出口安装角β2a=45°，出口处的径向速度v2r∞=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∞，若滑移系数K=0.8，叶轮流动效率ηh=0.9，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1.2kg/m3。

①试计算叶轮的理论静压pst∞、动压pd∞和全压pT∞；②试计算理论静压pst∞、动压pd∞占理论全压pT∞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pT∞为200mmH2O，进口空气密度为1.0kg/m3。

试计算风机的转速。

（4）已知某离心泵在抽送密度为1000kg/m3的水时，其叶轮的理论扬程为30m。

现用这台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？

泵来抽送密度为700kg/m3的汽油，

（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0.35MPa，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（）。

（3）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；

（4）B.C.D.在其它条件不变的情况下，泵叶轮进口处预旋总是会导致α1<90；o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；泵叶轮进口处的自由预旋总是会导致α1<90。

o

（5）（3）下列说法错误的是（）。

（6）A.滑移系数K总是小于1；B.叶片排挤系数Ψ总是大于1；进口水管的真空表读数为40kPa，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1000kg/m3。

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∑ξ1=6；排水管长度为40m，局部阻力系数之和为∑ξ2=12，吸水管和排水管的沿程C.效率和轴功率增大D.全压和效率增大（4）一般来说，随着比转速的增大（）。

A.圆盘摩擦损失和容积损失肯定较小B.圆盘摩擦损失和流动损失肯定较小C.容积损失和流动损失肯定较大D.圆盘摩擦损失和容积损失肯定较大7．简答题

（1）降低中、低比转速泵与风机圆盘摩擦损失的主要措施有哪些？

（2）为什么电厂循环水泵一般应选用具有陡降型的qV?

H曲线？

（3）为什么当泵与风机的流量发生变化时，其比转速是不变的？

（4）为什么低比转速的泵与风机其效率不会高？

（5）热力发电厂的除氧器为什么总是布置在给水泵的上方？

（6）为什么轴流泵发生汽蚀时其性能不会急剧下降？

8．计算题

（1）有一台双吸单级离心泵，设计工况为：

转速n=1450r/min，流量qV=340m3/h，扬程H=26m，轴功率P=32kW（输送水的密度为1000kg/m3）。

阻力系数均取λ=0.03。

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1.2kg/m3，叶片出口安装角为120°，叶片出口处绝对速度的圆周分速度v2u∞=1.5u2。

①试计算叶轮的理论全压pT∞；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pT∞下降多少？

第三章练习题练习题5．名词解释

（1）有效功率

（2）圆盘摩擦损失（3）容积效率（4）泵与风机的性能曲线（5）比例定律（6）通用性能曲线（7）无因次流量系数（8）汽蚀现象（9）有效汽蚀余量6．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）泵与风机的（）大小不影响流量和扬程。

A.容积损失B.机械损失C.流动损失D.冲击损失

（2）泵的（）不一定属于容积损失。

A.叶轮进口密封环处的泄漏B.轴封处的泄漏C.多级泵的级间泄漏D.平衡盘处的泄漏（3）对于一台后弯式离心风机，一般来说，当流量增大时（）。

A.全压和轴功率增大B.动压和轴功率增大①已知该泵此时的容积效率为0.92，机械效率为0.90，求泵的流动效率ηh；②求该泵的比转速ns。

（2）有一叶轮外径为460mm的离心风机，在转速为1450r/min时，其流量为5.1m3/s，且已知此时空气径向流入叶轮，在叶轮出口处的相对速度为半径方向，空气密度为1.2kg/m3，设p/pT∞=0.85。

试求风机的全压与有效功率。

全压1200Pa，（3）有一台离心风机，在某一工况时的参数为：

转速1450r/min，流量1.5m3/min，33进气密度为1.2kg/m；现有一工况与之相似，进气密度为0.9kg/m，全压为1200Pa，试计算后一工况的转速和流量。

（4）有一机号为№8的风机，进气密度为1kg/m3，当转速为1450r/min，流量为25200m3/h时，全压为1922Pa，效率为85％，试计算此时的流量系数qV、压力系数p和功率系数P。

（5）某电厂装有一台循环水泵，从铭牌上查得该泵的流量为54000m3/h，进口直径为1900mm，允许吸上真空高度为3m。

该泵吸水面的压头为9.7m，最高吸水温度为35℃（饱和压头为0.58m）。

已知吸入管的阻力损失为0.4m，试计算该泵的允许几何安装高度。

（6）有一供水系统如图3－12所示，泵的几何安装高度为3.7m，吸水面的绝对压力为98100Pa，水温为20℃，水的密度为1000kg/m3，20℃水的饱和压头为0.24m。

图3－13给出了该泵的汽蚀性能曲线qV?

?

hr和吸水管的流道阻力特性曲线qV?

hw。

试查图计算当流量大约增大到多少时泵正好开始发生汽蚀？

机在启动和调节方法上有何区别？

（4）轴流式泵与风机有哪几种基本结构型式？

各种型式有何优点？

（5）在相同转速和叶轮尺寸下，为什么离心式叶轮的扬程（或全压）比轴流式的高得多？

2．计算题

（1）有一单级轴流式水泵，当转速为375r/min时，在直径为980mm处，水以4m/s速度沿轴向流入叶轮，以v2=4.5m/s的速度流出叶轮。

试计算泵的理论扬程HT∞。

（2）有一单级轴流式水泵，当转速为300r/min，在直径为530mm处，水以4.05m/s速度沿轴向流入叶轮，在叶轮出口处，绝对速度的圆周分速度为3.85m/s。

试计算进出口处的叶片安装角β1e和β2e。

附录练习题参考答案图3－12计算题3－4－6附图1第四章练习题1．选择题

（1）在图4－5所示的立式凝结水泵结构图中，选择一个正确的标注序号填入（）中。

（a））是泵的进水口（（b））是泵的出水口（（c））是泵的首级叶轮（（d））是泵的末级叶轮（（e））是泵轴（（f））是泵的轴承（图4－516NL－280型立式凝结水泵结构图（见教材p86图4－10注：

应在原图中加上标注）应在原图中加上标注

（7）第一章2．简答题．

（8）（3）按照风机产生的全压大小，风机大致可分为：

通风机、鼓风机、压气机。

（9）（4）叶片泵大致可分为：

离心泵、轴流泵、混流泵和旋涡泵。

（10）

（2）在下列热力发电厂的泵与风机序号中选择至少两个正确序号填入下面各题的（）中。

（a）锅炉给水泵（b）汽轮机凝结水泵（c）循环水泵（d）送风机（e）引风机（f）排粉风机（g）烟气循环风机1）热力发电厂的泵与风机中（）可以采用轴流式；2）热力发电厂的泵与风机中（）应注意防磨、防积灰和防腐蚀；3）热力发电厂的泵与风机中（）输送的是饱和热水，应采取防汽蚀措施。

1．简答题

（1）简述电厂凝结水泵的作用、主要工作特点和结构特点。

（2）简述锅炉引风机的作用、主要工作特点和结构特点。

（3）离心泵产生轴向推力的原因主要有哪些？

（11）第五章练习题1．简答题

（1）轴流式泵与风机与其它类型的泵与风机相比有何特点？

（2）轴流式泵与风机的qV?

H曲线（或qV?

p曲线）与离心式的有何区别？

（3）轴流式泵与风机的qV?

P曲线与离心式的有何区别？

由此说明这两种类型的泵与风第二章2．选择题．

（1）B

（2）C（3）B3．简答题．

（1）答：

离心式泵与风机在原动机带动下，叶轮发生旋转，流过泵与风机的流体在叶轮中叶片的作用下也产生旋转，流体获得的能量主要是来自旋转时产生的离心力的作用。

流体是轴向流入叶轮，径向流出叶轮。

（2）答：

在离心式叶轮中，流体绝对运动是圆周运动和相对运动的合成，是一种复合运动。

其大小为描述圆周运动的速度称为圆周速度，符号为u，πDn60，方向为所在圆周的切线方向（指向旋转方）；描述相对运动的速度称为相对速度，符号为w，由于流体在叶轮中的相对运动非常复杂，在叶轮有无限多叶片且叶片为无限薄的假设条件下，相对速度的方向为所在处叶片切线方向（指向叶轮出口），同一半径处相对速度大小相等，与叶轮流量和流道形状有关；描述绝对运动的速度称为绝对速度，符号为v，其大小、方向是由圆周速度和相对速度的大小、方向共同决定。

（3）答：

在推导基本方程式时，作了如下假设：

①叶轮中的叶片数为无限多且叶片为无限薄；②流体为理想流体；③流体作定常运动；④流体是不可压缩的；⑤流体在叶轮内的流动是轴对称流动。

（4）答：

一般在设计工况下，α1∞等于或接近于90，叶轮理论扬程（或理论全压）主要与o

（2）①pst∞=562.9Pa，pd∞=1578.6Pa，pT∞=2141.5Pa②pst∞占26.3%，pd∞占73.7%（3）n=1068r/min（4）HT∞=30m（5）①H=42.5m，②排水池的水面比吸水池的水面高约4.6m。

提示：

两水面的高度差与吸水管路、出水管路的流动阻力损失之和等于泵的扬程。

（6）①pT∞=1233.7Pa，②pT∞下降822.5Pa提示：

画出两种出口安装角的速度三角形，通过对这两个三角形的分析，可以看出，安装角为60°时，绝对速度的圆周分速度为0.5u2。

叶轮出口速度有关。

提高叶轮理论扬程（或理论全压）的方法主要有：

增加转速、增大叶轮直径、减小叶轮出口宽度、增大叶片出口安装角等，一般来说增加转速更为有利。

，由基本方程式可知，（5）答：

叶轮进口预旋又分正预旋（α1<90o）和负预旋（α1>90o）在转速、流量等一定的情况下，正预旋会使叶轮扬程（或全压）减小，负预旋会使叶轮扬程（或全压）增大。

轴向旋涡运动使叶轮出口绝对速度的圆周分速度减小，因此，它会使叶轮的叶轮扬程（或全压）减小。

（6）答：

离心式泵与风机有后弯式、径向式和前弯式三种叶片型式。

后弯式叶片的优点是：

静压能较高，流动损失小、效率较高，运行比较平稳，应用广泛；前弯式叶片的优点是：

叶轮扬程（或全压）较大，几何尺寸较小；径向式叶片的优点是：

流道通畅，防磨、防结垢性能较好。

（7）答：

离心泵输送的介质是液体，液体的流动阻力损失比气体大得多，液体在输送过程中的流动阻力损失主要是靠离心泵的静扬程，因此，希望离心泵的静扬程较高，而后弯式离心泵具有静扬程较高、动扬程较低的特点，所以，离心泵都采用后弯式。

（8）答：

在其它条件不变的情况下，叶片出口安装角增大时，叶轮扬程（或全压）也随之增大，但叶轮静扬程（或静压）占扬程（或全压）的比例减小，即叶轮的静压能减小。

4．计算题．

（1）HT∞=107.5m，H=77.4m第三章2．选择题．

（1）B

（2）C（3）B（4）A3．简答题．

（1）答：

降低中、低比转速泵与风机圆盘摩擦损失的主要措施有：

减低叶轮盖板外表面和壳腔内表面的粗糙度、适当选择叶轮与壳体的间隙、选择合理的泵腔结构形式、提高转速。

（2）答：

循环水泵的主要作用是向凝汽器不间断地提供大量的循环水，以冷却汽轮机的排汽，使之凝结成凝结水，并在凝汽器中形成高度真空。

循环水的取水水位往往有较大变化，另外，由于循环水水质较差，循环水系统的管道和设备往往会发生部分堵塞和结垢，流动阻力损失变化较大。

而循环水的提升和流动阻力损失的克服依靠的是循环水泵的扬程，即循环水泵的扬程会有较大的变化。

为了保证机组安全经济运行，又必须保证要有充足、稳定的循环水量。

而陡降型qV?

H曲线的水泵正好具有扬程变化较大时，流量变化较小的特点，所以，电厂循环水泵一般应选用具有陡降型的qV?

H曲线。

（3）答：

由于比转速是泵与风机设计工况的综合性能参数，同时又是泵与风机的结构特征参数，尽管泵与风机的流量会发生变化，但其设计参数不会变化、结构不会变化，所以比转速是不变的。

（4）答：

低比转速的泵与风机，其叶轮的轮盘相对较大，所以，圆盘摩擦损失较高；其叶轮产生的流体压升较高，使得泄漏间隙两侧的压降较大，因而容积损失较高；另外，低比转速的泵与风机，其叶轮流道窄长而且弯曲度较大，因此流动损失也较大。

综合上述原因，低比转速的泵与风机的总损失较大，因此，其效率不会高。

（5）答：

除氧器中的给水是饱和状态的，根据泵的汽蚀原理，给水泵的允许几何安装高度为：

[Hg]=?

hw?

[?

h]，而hw和[?

h]均为正值，由此可见，[Hg]为负值，所以除氧器必须布置在给水泵的上方。

（6）答：

轴流泵由于叶片少、叶轮流道宽，汽蚀时汽泡只能占据其叶轮中的部分流道，不会出现汽蚀断裂工况，即性能曲线不会急剧下降。

4．计算题．

（1）①ηh=0.91；②ns=100

（2）p=1244Pa，Pe=6.34kW（3）n2=1674r/min，qV2=1.73m3/min（4）qV=0.229，p=0.521，P=0.1405（5）[Hg]=0.2m（6）当流量大约增大到100m3/h时泵开始发生汽蚀。

提示：

利用公式?

ha=p0p?

v?

Hg?

hw，在图中画出qV?

?

ha曲线，它与图中ρgρvgqV?

?

hr曲线的交点，就是开始发生汽蚀的工况点，再在图中查出该点的流量。

（2）1）（d）（c）（e）2）（e）（g）（c）（f）3）（b）（a）2．简答题．

（1）答：

凝结水泵的作用是把凝汽器热井中的凝结水抽出并升压到一定压力后，流经一些低压加热器，不间断地送往除氧器。

凝结水泵的主要工作特点是：

吸入环境是高度真空，抽吸的是饱和或接近饱和的温水，流量较大、扬程较高。

凝结水泵的主要结构特点是：

在结构型式上，凝结水泵采用离心式；由于吸入环境是高度真空，所以凝结水泵在结构上设置了一些水封机构；由于抽吸的是饱和或接近饱和的温水，要求它抗汽蚀能力强，首级叶轮前一般设置诱导轮，或者首级叶轮采用双吸叶轮等；由于凝汽器热井标高较低，为防止汽蚀，凝结水泵必须要倒灌，这样凝结水泵必须安装得较低，为了减少土建工程量，大型机组的凝结水泵多采用立式，以减少占地面积。

（2）答：

锅炉引风机的作用是不间断地从锅炉炉膛抽出燃烧产生的高温烟气，高温烟气在流经锅炉各受热面时放出热量，烟气温度不断下降，然后经过除尘器除去其中的绝大部分飞灰，再经过引风机升压排往烟囱，最终排放到大气中。

引风机的主要工作特点是：

流量大、全压较高，抽吸的烟气温度较高（一般在100~200℃范围内），而且烟气中含有少量很细的飞灰和一些腐蚀性气体。

引风机的主要结构特点是：

在结构型式上，中小机组常采用离心式，大型机组偏向采用轴流式；由于烟气中含有飞灰和腐蚀性气体，所以，引风机应考虑防磨、防积灰和防腐蚀；由于烟气温度较高，所以，引风机应考虑轴承冷却、机壳热膨胀和热变形等问题。

（3）答：

离心泵产生轴向推力的原因主要有：

由于离心式叶轮两侧液体压力分布不对称，会在叶轮上产生一个由后盖板指向叶轮进口的力，它是轴向推力的主要组成部分；由于液体是轴向流入，径向流出，根据动量定理，液体会在叶轮上产生一个由叶轮进口指向后盖板的力；对于立式泵，由于转子的重力（包括其中的液体重力）与轴平行，所以，此时转子的重力也属轴向推力，它的方向总是垂直向下。

第四章1．选择题．

（1）（a）11．简答题．

（1）答：

第五章（b）3（c）12（d）7（e）5（f）4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。

（2）答：

离心式qV?

H曲线（或qV?

p曲线）比较平坦，一般来说，扬程或全压随流量增大而连续减小；轴流式qV?

H曲线（或qV?

p曲线）则是一条陡降的或呈马鞍形的曲线。

离心式一般没有不稳定工作区，即使有，其不稳定工作区的范围也较小；而轴流式一般都有不稳定工作区，且不稳定工作区的范围较大。

（3）答：

离心式qV?

P曲线一般来说是一条连续上升的曲线，即轴功率随着流量的增加而增大，零流量时轴功率最小；轴流式qV?

P曲线是一条陡降的或呈马鞍形的曲线，零流量时泵与风机的轴功率最大，在稳定工作区，轴功率随着流量的增加而减小。

所以，离心式应零流量下启停（即关阀启停），可采用节流调节方法；轴流式应带负荷启停（即开阀启停），或者是将静叶（或动叶）安装角调至较小时关阀启停，轴流式不宜采用节流调节方法。

（4）答：

轴流式泵与风机有四种基本结构型式：

①只有单个叶轮，这种型式结构最简单；②单个叶轮并设有后置导叶，这种型式损失小、效率高，静压能较高，应用广泛；③单个叶轮并设有前置导叶，这种型式产生的全压较大，所以，在相同的全压下，采用这种型式的风机体积小、重量轻；④单个叶轮并设前置、后置导叶，这种型式损失小、效率高，而且具有较好的调节性能。

（5）答：

离心式叶轮的理论扬程HT∞（或全压pT∞）比轴流式的多一项离心力作用项，在一定的转速和叶轮尺寸下，理论扬程HT∞（或全压pT∞）的离心力作用项数值较大，所以，离心式叶轮的扬程（或全压）比轴流式的高得多。

2．计算题．

（1）HT∞=4m

（2）β1e≈26，β2e≈42oo第六章2．简答题．

（1）答：

①采用并联运行，可避免流量很大时采用一台大容量泵与风机所造成的制造困难、造价太高等问题；②当系统所需的流量变化很大时，为了经济运行，可以用增减并联运行泵或风机的台数，来适应系统流量变化的要求；③若工程分期进行，当机组扩建时，相应的流量增大，为充分利用原有的泵或风机，可增加泵或风机的台数，使其与原有的泵或风机并联运行，以满足扩建后系统流量增大的要求；④为了运行的安全可靠，使运行的泵或风机与备用的泵或风机以并联方式连接。

（2）答：

（图略）同性能泵（或风机）并联运行时，总流量是各台泵（或风机）的流量之和；总扬程（或静压）等于每台泵（或风机）的扬程（或静压）；总轴功率等于各台泵（或风机）的轴功率之和。

同性能泵（或风机）并联运行时，总流量大于一台泵（或风机）单独运行时的流量，但是流量增加的效果总是低于一台单独运行的两倍；总扬程大于一台泵（或风机）单独运行时的扬程（或静压），但是扬程（或静压）增大的效果总是低于一台单独运行的两倍。

（3）答：

变速调节时，泵与风机的性能曲线随转速发生变化，管路特性曲线不变，所以工作点沿着管路特性曲线变化，没有增加节流损失；另外，变速调节时，即使流量偏离设计流量较多，泵与风机仍有较高的效率。

所以，变速调节的经济性很高。

（4）答：

汽蚀调节时，泵的性能曲线随着汽蚀程度的不同而发生变化，在吸水面压力一定的情况下，泵汽蚀程度取决于吸水水面的水位。

当进入吸水容器的流量与泵输送的流量不同时，吸水水面的水位就会发生变化，使汽蚀程度改变，进而改变泵的性能曲线，管路特性曲线不变，这样工作点就会自动发生变化，直至使泵的流量等于进入吸水容器的流量。

由于汽蚀调节时，工作点沿着管路特性曲线变化，没有增加节流损失，虽然汽蚀时泵的效率有所降低，但仍能节约一定的轴功率，调节经济性较高。

（5）答：

防止泵与风机不稳定运行的主要措施有：

①避免选用具有驼峰型性能曲线的泵与风机；②如果已选用了具有驼峰型性能曲线的泵与风机，可以采用下列防范措施：

采用合适的调节方法；采用再循环系统；装设溢流管或放气阀；采用适当的管路布置。

（6）答：

叶轮外径车削或加长的作用主要有：

①当泵与风机的容量过小时，加长叶轮外径可以增大泵与风机的容量，以满足实际生产需要；②当泵与风机的容量过大时，车削叶轮可以减少节流损失，降低