泵与风机部分思考题及习题答案何川郭立君第四版培训资料Word格式.docx
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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；
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。
3•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？
进口速度三角形的变化：
当流量小于设计流量时：
轴面速度VmVVim,1V90°
1v1。
（如图a）
当流量大于设计流量时：
轴面速度v；
m>
V,m,1>
90°
1>
i。
（如图b）
小于设计流量
V2m
w2
V2
V2u
大于设计流量
5.为了提高流体从叶轮获得的能量，一般有哪几种方法？
最常采用哪种方法？
为什么？
答:
1）径向进入，即i90；
2）提高转速n；
3）加大叶轮外径D2；
4）增大叶片出口安装角2a。
提高转速最有利，因为加大叶轮外径将使损失增加，降低泵的效率；
提高转速则受汽蚀
的限制，对风机则受噪声的限制。
增大叶片出口安装角2a将使动能头显著增加，降低泵与风机的效率。
比较之下，用提高转速n来提高理论能头，仍是当前普遍采用的主要方法。
6.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？
泵：
Ht=
g
（U2V2u
UiViu）
22
Ht
V1
U2U1
i2
2g
风机：
Pt
U2V2U
UiViU
因素：
转速n；
叶轮外径D2；
密度（影响全压）、叶片出口安装角2a；
进口
绝对速度角1。
7.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？
后弯式、径向式、前弯式
后弯式：
2aV90°
时，COt2a为正值，2a越小，COt2a越大，昉贝U越
小。
即随2a不断减小，Ht亦不断下降。
当2a减小到等于最小角2a,min时,
Ht0。
2
径向式：
2a=90°
时，COt2a=°
，V2u=匕。
HT。
前弯式：
2a>
时，cot2a为负值，2a越大，cot2a越小，Ht则越大
即随2a不断增大，Ht亦不断增大。
当2a增加到等于最大角2a,max时，
2u2g
以上分析表明，随叶片出口安装角2a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2a为20。
〜
30°
。
第二章思考题
1•在泵与风机内有哪几种机械能损失？
试分析损失的原因以及如何减小这些损失。
（1）机械损失：
主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。
轴端密圭寸和轴承的摩擦损失与轴端密圭寸和轴承的结构形式以及输送流体的密度有关。
这项损失的功率P约为轴功率的1%—5%，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。
圆盘摩擦损失是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的作用，形成回流运动，此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失。
这项损失的功率约为轴功率的2%-10%，是机械损失的主要部分。
提高转速，叶轮外径可以相应减小，则圆盘摩擦损失增加较小，甚至不增加，
从而可提
高叶轮机械效率。
（2）容积损失：
泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而时部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄露，这种损失称容积损失或泄露损失。
容积损失主要发生在叶轮人口与外壳密封环之间及平衡装置与外壳之间。
如何减小：
为了减少进口的容积损失，一般在进口都装有密封环（承磨环或口环），在间
隙两侧压差相同的情况下，如间隙宽度b减小，间隙长度I增加，或弯曲次数较多，则密封效果较好，容积损失也较小。
（3）流动损失：
流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶与壳体中。
流体和各部分流道壁面摩擦会产生摩擦损失；
流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起扩散损失；
由于工况改变，流量偏离设计流量时，入口流动角与叶片安装角不一致，会引起冲击损失。
减小流量可减小摩擦及扩散损失，当流体相对速度沿叶片切线流入，则没有冲击损失，总之，流动损失最小的点在设计流量的左边。
2．为什么圆盘摩擦损失属于机械损失？
因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的作用，形成回流运动，此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失。
由于这种损失直接损失了泵与风机的轴功率，因此归属于机械损失。
3．功率分为哪几种？
它们之间有什么关系？
P=
tmPg
常用功率分为原动机功率Fg、轴功率P和有效功率Pe
Pe=P6．离心式和轴流式泵与风机在启动方式上有何不同？
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。
第三章
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？
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，其功率之仅供学习与参考
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？
根据比例定律可知：
流量qVp=qvm匕扬程Hp=Hm（」）2功率Pp=
Rmnm
np3
Pm（丄）3
Rm
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?
温度变化导致密度变化，流量与密度无关，因而流量不变。
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？
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？
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D2D0随
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，
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°
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D2D0=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。
第四章
1•何谓汽蚀现象？
它对泵的工作有何危害？
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•为什么泵要求有一定的几何安装高度？
在什么情况下出现倒灌高度？
提高吸水性能，使泵在设计工况下工作时不发生汽蚀。
当吸水池液面压力等于该温度下液体所对应的饱和压力Pv时，出现倒灌高
度。
4•何谓有效汽蚀余量ha和必需汽蚀余量hr，二者有何关系？
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（hrVha二时，泵内不会发生汽蚀；
当（hr=ha=九）时，处于临界状态。
7.提高转速后，对泵的汽蚀性能有何影响？
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。
9.提高泵的抗汽蚀性能可采用那些措施？
基于什么原理？
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
Do:
②增大叶片入口边宽度bi。
也有同时采用既增大Do又增大bi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。
第五章
1．如何绘制管路特性曲线？
由泵的管路特性曲线方程HcHstqv2可知，当流量发生变化时，装置扬
程He也随之发生变化。
对于风机，因气体密度很小，Ht形成的气柱压力可以
忽略不计，即Ht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Pcq：
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Hst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？
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？
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？
（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。
5.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？
（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。
泵与风机（课后习题答案）
第一早
1-1有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下：
b=35mm,b2=19mm.Di=178mm,
D2=381mm,怙=18°
2a=20°
设流体径向流入叶轮，女口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:
V1=V1m=U1tg1a=13.51tg18°
=4.39（m/s）
Tq1V=D1b如=0.1784.390.035=0.086（m/s）
0086=3.78（m/s）
0.3810.019
V2U=U2-V2mCtg2a=28.91-3.78ctg20°
=18.52（m/s）
,U2V2U28.9118.52-2z、
Ht===54.63（m）
g9.8
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2a=45°
出口处的轴面速度V2m=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
解:
U2=
D2n_
60=
◎型=34.3
60
（m/s）
K=0.8，流动效率h=0.9时，泵的实际扬程H是多少?
•••V2m=3.6m/s2a=45°
.・.W2=-V2J」=5.09（m/s）画出出口速度三角形
sin2a
V2u=U2-V2mCtg
2a=34.31-3.6ctg45°
=30.71（m/s）
1=90
9.8
=107.5（m）
=34.3130.71
实际扬程H=KHt=KhHt=0.80.9107.5=77.41（m）
1-6有一离心式水泵，在转速n=1480r/min时，流量中=89L/s，扬程H=23m，水
以径向流入叶轮，叶轮内的轴面速度v）m=3.6m/s。
内、外径比D1/D2=0.5，叶轮出口宽度b>
=0.12D2，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b=200mm,求叶轮外径D?
、出口宽度b?
及叶片进、出口安装角1a和
2a
t/口qV8910
b1v1m
由qv=D1biV1m得D1=—==0.039（m）=39mm
0.23.6
由Ht
U2V2u
=23得V2u=37.31（m/s）g
d=0.12D2=9.36mm
由D1/D2=0.5得D2=2D1=2390=78（mm）
tg『汁釜九192得A50
ctg2au2v2u/v2m6.0437.31/38.80.806
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）
1-7
有一离心式风机，叶轮外径D2=600mm,叶轮出口宽度b2=150mm，叶片出
口安装角2a=30°
，转速n=1450r/min。
设空气在叶轮进口处无预旋，空气密度
=1.2kg/m3，试求:
（1）当理论流量qVT=10000m3/h时，叶轮出口的相对速度w和绝对速度V；
（2）叶片无限多时的理论全压Pt；
（3）叶片无限多时的反作用度;
（4）
=9.83
sin30
=19.66（m/s）
环流系数K和有限叶片理论全压Pt（设叶片数z=12）
/八D?
n0.61450—,、
（1）u2=—==45.53（m/s）
6060
由qVT=D2b2V2m得V2m===9.83（m/s）
D2b>
36000.60.15
V2=w；
u；
2w2u2cos2a=.19.66245.53219.6645.53cos30
=30.15（m/s）
（2）vu2=45.53m/sV2m=9.83m/s
二V2u=U2VzmCtg2a=45.53-9.83ctg30°
=28.5（m/s）
Pt=U2V2U=1.245.5328.5=1557.3（Pa）
（3）=1汇=1285=0.687
45.53
12（45.53
36000
sin30
10000、
0.60.15tg30
=0.79
2u2245.53
二Pt=KPt=0.791557.3=1230.3（Pa）
第二早
2-3有一离心式水泵，转速为480r/min，总扬程为136m时，流量qV=5.7m3/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=20C,=1000kg/m3。
Pe二gqVH=1000g5.7136=°
口P=1000P=10009860=.
又•••
2-4用一台水泵从吸水池液面向50m高的水池输送qv=0.3m3/s的常温清水
（t=20C,=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。
根据伯努利方程乙+旦+H+H=Z2+^+里+hw
g2gg2g
Z1Z2=50;
p1=P2=0;
V1=V2
v,=v2=qv=一03=4.246（m/s）
d20.32
44
代入方程得H=75.76（m）
222.7（kW）
p=gqvH=10009.80.375.76e=1000=1000
2-5设一台水泵流量qv=25L/s，出口压力表读数为323730Pa入口真空表读数为39240PQ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）。
P2e=323730PaPv=39240PaPe=Pv=39240Pa
z2z1=0.8m,d1=1000mm=1m,d2=750mm=0.75m
Fg=12.5kW,g=0.95,tm=0.98
V1徑42520.032m/s
4qv
d；
425
10003.140.75
0.057m/s
d110003.141
v2
-2P1v^P2v?
/曰
N+-+-+H=Z2+-+-得:
g2gg2g
P=Pgtmg=12.50.980.95=11.64（KW）
P93
=e100%=100%=79.6%
P11.64
第三章相似理论
3-2有一泵转速n=2900r/min，扬程H=100m，流量qV=0.17m3/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？
D2m=2D2p，由于两泵相似
根据流量相似关系坐=（理）3巴=（丄）3垄°
°
=1
qVmD2mnm214504
81450
得：
q
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