水力學與水泵習題(含答案)

1、水力學與水泵復習題復習提綱一、 名詞解釋（10分）絕對壓強：以無氣體分子存在的完全真空為零點起算的壓強相對壓強：以當?shù)赝叱痰拇髿鈮簭妏a為零點起算的壓強真空壓強：當液體中某點的絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮簭?，該點的相對壓強為負值，則稱該點存在真空。負值的絕對值稱為真空壓強。測壓管高度：液體中任意一點的相對壓強可以用測壓管內(nèi)的液柱高度來表示，此液柱高度稱為測壓管高度測壓管水頭：把任意一點的相對壓強高度與該點在基準面以上的位置之和，稱為測壓管水頭水泵：輸送和提升液體的機器，它把原動機的機械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的能量，使液體獲得動能或勢能葉片式水泵：它對液體的壓送是靠裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)而完成的。容積式

2、水泵：它對液體的壓送是靠泵體工作室容積的改變來完成的。流量：泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量揚程：單位重量液體通過泵后所獲得的能量軸功率：原動機或電動機傳給泵軸上的功率有效功率：單位時間內(nèi)流過泵的液體從泵那得到的能量效率：泵的有效功率與軸功率的比值允許吸上真空高度：泵在標準狀況下運轉(zhuǎn)時，泵所允許的最大的吸上真空高度汽蝕余量：泵入口處，單位重量液體所具有的超過飽和蒸氣壓力的富裕能量吸水地形高度：泵吸水井水面的測管水面至泵軸之間的垂直高度壓水地形高度：從泵軸至水塔的最高水位或密閉水箱液面的測管水面之間的垂直距離水泵靜揚程：泵吸水井的設(shè)計水面與水塔或密閉水箱最高水位之間的測管高差閉閘啟動：泵啟動前，壓

3、水管上閘閥是全閉的，待電動機運轉(zhuǎn)正常后，再逐步打開閘閥開閘啟動；閘閥全開情況下啟動電動機水泵工況點：該泵的實際工作能力水泵并聯(lián)工作：指兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管路輸送流體的工作方式水泵串聯(lián)工作：指前一臺泵的出口向另一臺泵的入口輸送流體的工作方式工作揚程：設(shè)計揚程：水頭損失：1、 絕對壓強、相對壓強、真空壓強的定義及它們之間的關(guān)系。絕對壓強p/：以無氣體分子存在的完全真空為零點起算的壓強相對壓強p：以當?shù)赝叱痰拇髿鈮簭妏a為零點起算的壓強p= p/ - pa真空壓強: 當液體中某點的絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮簭姡擖c的相對壓強為負值，則稱該點存在真空。負壓的絕對值稱為真空壓強。2、 掌握水泵的

4、分類？掌握離心泵的工作原理及工作過程。（簡答）（1）水泵按其作用原理可分為以下三類：葉片式水泵容積式水泵其它類型水泵（2）離心泵的工作原理離心泵在啟動之前，應(yīng)先用水灌滿泵殼和吸水管道，然后，驅(qū)動電機，使葉輪和水作高速旋轉(zhuǎn)運動，此時，水受到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)蝸形泵殼中的流道而流入水泵的壓水管道，由壓水管道而輸入管網(wǎng)中去。在這同時，水泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大氣壓力作用下，沿吸水管而源源不斷地流入葉輪吸水口，又受到高速轉(zhuǎn)動葉輪的作用，被甩出葉輪而輸入壓水管道。這樣，就形成了離心泵的連續(xù)輸水。（3）離心泵的工作過程：是一個能量的傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，它把電動機高速旋轉(zhuǎn)的

5、機械能轉(zhuǎn)化為被抽升液體的動能或勢能3、 離心泵主要零部件中的葉輪類型、軸封裝置、減漏環(huán)的作用，設(shè)置位置。（選擇）（1）葉輪葉輪一般可分為：單吸式葉輪、雙吸式葉輪、葉輪按其蓋板情況分：封閉式葉輪（單吸和雙吸屬這種）、敞開式葉輪、半開式葉輪（2） 軸封裝置設(shè)置位置：泵軸穿出泵殼時，在軸與殼之間存在著間隙，如不采取措施，間隙處就會有泄漏。為此，需在軸與殼之間的間隙處設(shè)置密封裝置。有填料密封和機械密封作用：起著阻水、阻氣的密封作用（3） 減漏環(huán)(承磨環(huán))設(shè)置位置：安裝于葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處作用：減少泵殼內(nèi)高壓水向吸水口的回流量起乘磨作用4、掌握離心泵的主要性能參數(shù)的意義及計算公式，水泵銘

6、牌上各參數(shù)的意義。（計算：揚程）（1）流量Q（m3/h，m3/s，l/s）：定義：水泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。（2）揚程H（m）：定義：單位重量液體通過水泵后所獲得的能量，又叫總揚程或總水頭。與Q、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和n有關(guān)。（3）軸功率N（kw）：定義：原動機或電動機傳給水泵泵軸上的功率。（4）效率：定義：水泵的有效功率與軸功率的比值。h<100%：容積損失，水力損失，機械損失。（水泵有效功率Nu：單位時間內(nèi)流過水泵的液體從水泵那得到的能量叫有效功率。）【-液體密度（）；g-重力加速度()；Q-流量()；H-揚程（m）】水泵運行電耗值計算：（5）轉(zhuǎn)速n（r/

7、min）：定義：水泵葉輪轉(zhuǎn)動速度，每分鐘轉(zhuǎn)動次數(shù)（6）允許吸上真空高度Hs和氣蝕余量Hsvl Hs：指水泵在標準狀況下運轉(zhuǎn)時，水泵所允許的最大的吸上真空高度，mH2O。反應(yīng)離心泵吸水性能。l Hsv：指水泵入口處，單位重量液體所具有的超過飽和蒸氣壓力的富裕能量。反應(yīng)軸流泵，鍋爐泵的吸水性能。(7) 水泵名牌上數(shù)值的意義表示水泵在設(shè)計流速下運轉(zhuǎn)，效率最高時的流量，揚程，軸功率及允許吸上真空高度或氣蝕余量值。反應(yīng)的是水泵效率最高點的各參數(shù)值。是該水泵設(shè)計工況下的參數(shù)值。實例見課本16頁）5、掌握離心泵的工作揚程與設(shè)計揚程的計算方法和計算公式，公式中各個參數(shù)的意義是什么Hss, Hsd, Hv, H

8、d, Hst等。（計算：揚程）水泵的總揚程基本計算方法：兩種（1）進出口壓力表表示（校核）H= Hd+HvHd：以水柱高度表示的壓力表讀數(shù)（m）Hv：以水柱高度表示的真空表讀數(shù)（m）因此，可以把正在運行中的水泵裝置的真空表和壓力表的讀數(shù)相加，就可得該水泵的工作揚程。（2）用揚升液體高度和水頭損失表示（設(shè)計揚程）H=Hst+h 也即：Hst=Hss+Hsd；Hst：水泵的靜揚程，即高位水池與吸水池測壓管自由水面之間的高差值；h：水泵裝置管路中水頭損失之總和Hss水泵的吸水地形高度 Hsd水泵的壓水地形高度6、離心泵特性曲線中：為什么離心泵要閉閘啟動；軸流泵要開閘啟動？為什么離心泵空載運行時間不能

9、過長；水泵QH曲線中高效段范圍；當重度和粘度發(fā)生變化時，特性曲線如何變化？（簡答）（1）為什么離心泵要閉閘啟動：在空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸功率(空載功率)最小，一般為設(shè)計軸功率的30左右，為避免啟動電流過大，原動機過載，所以離心式的泵與風機要在閥門全關(guān)的狀態(tài)下啟動，待運轉(zhuǎn)正常后，再開大出口管路上的調(diào)節(jié)閥門，使泵與風機投入正常的運行。軸流泵要開閘啟動：在空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，其軸功率No=1.21.4Nd，Nd為設(shè)計工況時的軸功率。為避免啟動電流過大，原動機過載，所以軸流泵應(yīng)開閘啟動。（2）為什么離心泵空載運行時間不能過長：當空載運行時，此時，功率主要消耗在泵的機械損失上，其結(jié)果將使泵殼內(nèi)水的溫度上升，泵殼、軸承會

10、發(fā)熱，嚴重時可能導致殼的熱力變形。因此，在實際運行中，只允許短時間的空載運行（3）水泵QH曲線中高效段范圍：在效率最高點左右大約10范圍內(nèi)； （4）當液體重度發(fā)生變化：QN曲線發(fā)生變化，其它曲線基本無變；當液體粘度發(fā)生變化：液體粘度愈大，泵內(nèi)部的能量損失愈大，H和Q減小，效率下降，而軸功率N增大，也即特性曲線發(fā)生改變。7、掌握離心泵定速工作時求工況點的圖解法作圖步驟方法及數(shù)解法計算過程。（計算題）圖解法：1、直接法；2、折引法 1、直接法步驟（1）繪水泵性能曲線QH；（2）繪管道系統(tǒng)特性曲線QH；（3）兩曲線相交點M稱為水泵裝置工況點(工作點），此時，M點對應(yīng)橫坐標QA和縱坐標HA分別為水泵裝

11、置的出水量和揚程。2、折引法步驟：（1）先在沿Q坐標軸下畫出管道損失特性曲線Qh在水泵特性曲線QH上減去相應(yīng)流量下的，得到（QH）曲線（2）（QH）為折引特性曲線，沿水塔作一水平線與（QH）曲線交于點MC.由M向上作垂線引申與（QH）交于M點，則M點縱坐標為水泵的工作揚程。 數(shù)解法（課本39頁）（參考計算實例，課本和課件(2.82.9）上有）計算題原理：擬合Q-H曲線，與管道系統(tǒng)特性曲線聯(lián)立求解工況點。8、離心泵裝置工況點變化后常用的人為調(diào)節(jié)方法有哪幾種？其調(diào)節(jié)的原理是什么？進行調(diào)節(jié)后，Q，H，N變化趨勢？（三種方法）閘閥調(diào)節(jié)：通過改變閘閥的開啟度，調(diào)節(jié)流量，使管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生變化，工況點

12、向左移動。利用消耗多余的能量的方法滿足工況點的要求變速調(diào)節(jié)：改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵的性能曲線改變，達到調(diào)節(jié)水泵工作點的目的。 調(diào)節(jié)過程 變徑調(diào)節(jié)：用車削的方法將水泵的外徑車小，達到改變水泵性能曲線和擴大使用范圍的目的， 調(diào)節(jié)過程 9、離心泵調(diào)速，變徑調(diào)節(jié)中要掌握：相似定律、比例律，切削律公式；根據(jù)書上例題及課堂上的練習題，掌握遇到兩類問題的圖解法步驟，數(shù)解法計算過程。（一定要記這三個公式，計算）（1）相似律公式（2）相似定律的特例比例律 相似定律應(yīng)用于以不同轉(zhuǎn)速運行的同一臺葉片泵，則可得到比例律： 比例律應(yīng)用的圖解方法比例律在泵站設(shè)計與運行中的應(yīng)用，最常遇到的情形有二種：1、 已知水泵轉(zhuǎn)速

13、為n1時的(QH)1曲線如圖所示，但所需的工況點，并不在該特性曲線上，而在坐標點A2(Q2，H2)處。求：如果需要水泵在d點工作，其轉(zhuǎn)速n2應(yīng)是多少?2、已知水泵n1時的(QH)1曲線，試用比例律翻畫轉(zhuǎn)速為n2時的(QH)2曲線。求出轉(zhuǎn)速n2后，再利用比例律，可翻畫出n2時的(QH) 曲線。比例律應(yīng)用的數(shù)解法（計算）第一種情況求n2數(shù)解法步驟 第二種情況畫特性曲線圖數(shù)解法步驟（3）切削律的應(yīng)用 （變徑計算） 實踐證明：在一定條件下，葉輪經(jīng)過切削后，其性能參數(shù)的變化與切削前后輪徑間存在下列關(guān)系：變徑計算：切削律的應(yīng)用（課件2.82.9節(jié)）第一類問題： 已知葉輪的切削量，求切削前后水泵特性曲線的變

14、化。也即；已知葉輪外徑D2的特性曲線，要求畫出切削后的葉輪外徑為D2時的水泵特性曲線(QH)曲線、(QN)曲線及(Q )曲線。解決這一類問題的方法歸納為“選點計算、立點、連線”四個步驟 。1、在已知的水泵(QH)曲結(jié)上進行“選點”；2、用切削律公式計算；3、 “立點”；4、光滑曲線進行連線。第二類問題：根據(jù)用戶需求，要水泵在B點工作，流量為QB，揚程為HB，B點位于該泵的(QH)曲線的下方如圖所示。，現(xiàn)使用切削方法，使水泵的新特性曲線通過B點，試問：切削后的葉輪直徑D2 是多少?需要切削百分之幾?是否超過切削限量?對于這類問題，已知的條件是：現(xiàn)有水泵的葉輪直徑D2及(QH)曲線和B點的坐標(Q

15、B，HB ）。 由切削律得H=KQ2“切削拋物線”方程，又稱等效率曲線方程。 求法： 1、將B點的QB 、HB ，代入“切削拋物線”方程，求出KB 2、繪“切削拋物線”曲線，與（QH）曲線交于A點（ QA，HA ），由（ QA，HA ）和(QB，HB ）代入切削律，求得D210、（不會出太復雜，重點看前3個模型）重點掌握求離心泵并聯(lián)工況點圖解法四個模型，記住求解步驟及作圖方法。數(shù)解法中要掌握同型號水泵并聯(lián)、不同型號水泵并聯(lián)工況點的求解方法及計算公式。（記結(jié)論）11、掌握氣蝕的發(fā)生條件；什么是氣穴現(xiàn)象？什么是氣蝕效應(yīng)？氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因？水泵最大安裝高度的計算公式；Hs的修正公式； 判斷氣蝕現(xiàn)象

16、發(fā)生的方法。（簡答+計算）氣蝕的發(fā)生條件：水泵中最低壓力Pk如果降低到被抽液體工作溫度下的飽和蒸汽壓力(即汽化壓力)Pva時，泵殼內(nèi)即發(fā)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象。氣穴現(xiàn)象：當葉輪進口低壓區(qū)的壓力Pk Pva時，水就大量汽化，同時，原先溶解在水里的氣體也自動逸出，出現(xiàn)“冷沸”現(xiàn)象，形成的氣泡中充滿蒸汽和逸出的氣體。氣泡隨水流帶入葉輪中壓力升高的區(qū)域時，氣泡突然被四周水壓壓破，水流因慣性以高速沖向氣泡中心，在氣泡閉合區(qū)內(nèi)產(chǎn)生強烈的局部水錘現(xiàn)象，其瞬間的局部壓力，可以達到幾十兆帕，此時，可以聽到汽泡沖破時炸裂的噪音，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。氣蝕現(xiàn)象：一般氣穴區(qū)域發(fā)生在葉片進口的壁面，金屬表面承受著局部水錘作用

17、，經(jīng)過一段時期后，金屬就產(chǎn)生疲勞，金屬表面開始呈蜂窩狀，隨之，應(yīng)力更加集中，葉片出現(xiàn)裂縫和剝落。在這同時，由于水和蜂窩表面間歇接觸之下，蜂窩的側(cè)壁與底之間產(chǎn)生電位差，引起電化腐蝕，使裂縫加寬，最后，幾條裂縫互相貫穿，達到完全蝕壞的程度。水泵葉輪進口端產(chǎn)生的這種效應(yīng)稱為“氣蝕”。汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：(考點)安裝高度太高；HSS增大，導致HV增大。此時HV可能大于HS。（能控制） 被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高； 吸入管路阻力或壓頭損失太高。 水泵本身的抗氣蝕性能； 大氣壓值過低；海拔高，大氣壓低，泵的HS值變小，此時HV可能大于HS。 吸水池水位過低水泵最大安裝高度（計算，看課本例題p82

18、）HS的修正公式：HS =HS-（10.33-ha）-（hva-0.24）12、（了解）軸流泵結(jié)構(gòu)中導葉的作用；為什么軸流泵需要開閘啟動？軸流泵的工況點調(diào)節(jié)方式；軸流泵葉輪類型。導葉的作用：把葉輪中向上流出的水流的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)檩S向運動。調(diào)節(jié)方式：Qh曲線呈駝峰形，即高效工作范圍很小，根據(jù)這一特點，只采取改變?nèi)~片裝置角的方法來改變其性能曲線，稱變角調(diào)節(jié)。軸流泵葉輪類型：固定式、半調(diào)式和全調(diào)式13、（學會判斷）射流泵的工作原理；往復泵性能特點；容積泵類型及工作原理。（1）射流泵的工作原理（課本112頁）（2）往復泵的性能特點l 高揚程、小流量；l 開閘啟動（與離心泵不同）l 不能用閘閥調(diào)節(jié)流量，常年開閘運行，流量一般恒定值l 具有自吸能力l 出水不均勻（3）容積泵的分類：容積式泵分為往復式和回轉(zhuǎn)式二大類，在輸送高粘度液體或液體粘度變化