泵與風(fēng)機(jī)復(fù)習(xí)題及參考答案

《泵與風(fēng)機(jī)》復(fù)習(xí)題一、填空題1泵與風(fēng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換分析中，軸功率Psh，有效功率Pe，內(nèi)功率Pi和原動(dòng)機(jī)功率Pg的大小關(guān)系為：Pg＞Psh＞Pi＞Pe。2風(fēng)機(jī)按照所產(chǎn)生的全壓高低可分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)三類。3葉片式泵與風(fēng)機(jī)按照葉片對流體做功的原理不同，可以分為離心式、軸流式和混流式三種。4對于單級(jí)單吸離心式葉輪，進(jìn)口圓周速度u1和出口圓周速度u2的大小關(guān)系為：u2＞u1。5有限多葉片數(shù)時(shí)的理論能頭HT與無限多葉片數(shù)時(shí)的理論能頭的大小關(guān)系為：HT＞HT∞。6葉片式泵中應(yīng)用最廣的是離心泵，通常按照以下三種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類，按照工作葉輪的數(shù)量分為單級(jí)泵和多級(jí)泵；按照葉輪吸進(jìn)液體的方式分為單吸泵和多吸泵；按照泵軸的布置方向分為臥式泵和立式泵。7離心通風(fēng)機(jī)的葉片一般有6～64個(gè)，葉片按其結(jié)構(gòu)形式可分為平板型、圓弧型和機(jī)翼型三種。8離心式通風(fēng)機(jī)葉輪前盤的型式主要有直前盤、錐形前盤和弧形前盤三種。9離心式通風(fēng)機(jī)的葉輪按葉片出口角可分為：前向式葉輪、徑向式葉輪和后向式葉輪三種。10同一臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)在相同的工況下，其全壓效率和全壓內(nèi)效率的大小關(guān)系為：全壓內(nèi)效率＞全壓效率11泵吸入室位于葉輪進(jìn)口前，其作用是把液體按一定要求引入葉輪，吸水室主要類型有圓錐管吸入室、圓環(huán)形吸入室和半螺旋形吸入室三種。12葉輪是離心式通風(fēng)機(jī)的心臟部分，它的尺寸和幾何形狀對通風(fēng)機(jī)的特性有著重大影響。通常分為封閉式和開式兩種，封閉式葉輪一般由前盤、后盤（中盤）、葉片和輪轂等組成。13單位重量液體從泵進(jìn)口截面到泵出口截面所獲得的機(jī)械能稱為揚(yáng)程（能頭）。14離心式泵的主要過流部件是吸入式、葉輪和壓出室。15風(fēng)機(jī)的全壓減去風(fēng)機(jī)出口截面處的動(dòng)壓是風(fēng)機(jī)的靜壓。二、問答題（包括簡答題）1畫圖說明泵揚(yáng)程的計(jì)算公式，并說明各字母表示的意義。2簡述離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理。3簡述軸流式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理。4簡述混流式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理。5泵與風(fēng)機(jī)機(jī)械損失產(chǎn)生的原因及機(jī)械效率計(jì)算公式。6泵與風(fēng)機(jī)容積損失產(chǎn)生的原因及容積效率計(jì)算公式。7泵與風(fēng)機(jī)流動(dòng)損失產(chǎn)生的原因及流動(dòng)效率計(jì)算公式。8何謂汽蝕現(xiàn)象？它對泵的工作有何危害？9提高泵的抗汽蝕性能可采用那些措施？10通風(fēng)機(jī)的無因次參數(shù)流量系數(shù)、全壓系數(shù)和功率系數(shù)的如何表示？11什么是泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)？試畫圖分析當(dāng)流量變化時(shí)運(yùn)行工況點(diǎn)的穩(wěn)定性。12畫圖分析兩臺(tái)同性能的泵并聯(lián)工作的原理，并聯(lián)后流量和揚(yáng)程如何變化？并聯(lián)后為什么揚(yáng)程會(huì)有所增加？13畫圖分析兩臺(tái)同性能的泵串聯(lián)工作的原理，串聯(lián)后流量和揚(yáng)程如何變化？串聯(lián)后為什么流量會(huì)有所增加？三、計(jì)算題例0-1水泵在如右圖所示的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，若吸水池液面的壓強(qiáng)為pe1，壓水池液面的壓強(qiáng)為pe2，且兩水池液面的高度差為HZ，吸水管和壓水管的流動(dòng)損失之和為hw，試推導(dǎo)在這種情況下，泵揚(yáng)程的表達(dá)式。解：設(shè)泵的揚(yáng)程為H，在如圖0-5所示的1-1、2-2截面上，應(yīng)用粘性流體總流的伯努利方程得：（2分）即由已知可得：(Ze2－Ze1)=HZ，Ve1≈0，Ve2≈0。（2分）將其代入上式，即可得該情況下泵揚(yáng)程的表達(dá)式為：（2分）上式表明：泵的揚(yáng)程可由它的實(shí)際工作參數(shù)求出。此時(shí)，揚(yáng)程H不一定是額定參數(shù)，其值會(huì)隨著工作條件的改變而變化。例1-1某離心泵葉輪內(nèi)徑為D1=110mm，外徑D2=220mm，葉輪出口寬度b2=10mm，葉片出口安裝角β2y=22o，轉(zhuǎn)速n=2900r/min，理論流量qVT=0.025m3/s。設(shè)流體徑向流入葉輪，求：（1）u2、w2∞、v2∞及α2；（2）無限多葉片葉輪的理論能頭；（3）設(shè)葉片數(shù)為z=8，用斯托道拉方法計(jì)算葉片數(shù)有限時(shí)的理論能頭HT；（4）繪制葉片出口速度三角形；（5）流體在葉輪出口的偏轉(zhuǎn)角。解：（1）由余弦定理得：（2）因?yàn)榱黧w徑向流入，所以：（3）由公式可得按斯托道拉方法計(jì)算的葉片數(shù)有限時(shí)的理論能頭為：(4)根據(jù)u2、β2y、v2∞可以做出無限多葉片時(shí)的出口速度三角形。如圖所示。為了做出有限葉片數(shù)時(shí)的速度三角形，先計(jì)算v2u。根據(jù)公式當(dāng)時(shí)，有則：當(dāng)忽略葉片厚度的影響時(shí)，在無限多葉片出口速度三角形的u2邊上截取v2u=19.50m/s，則可得到有限葉片時(shí)的出口速度三角形。（5）由圖可得：由于有限葉片數(shù)的影響，使得液流在出口處的偏轉(zhuǎn)角為：例1-2有一輸送冷水的離心泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，流量為qV=1.24m3/s，揚(yáng)程H=70m，此時(shí)所需的軸功率Psh=1100kW，容積效率hV=0.93，機(jī)械效率hm=0.94，求流動(dòng)效率為多少?（已知水的密度ρ=1000kg/m3）。【解】由已知，泵的有效功率為：P=ρgqVH/1000=1000×9.81×1.24×70/1000=851.51（kW）所以，h=Pe/Psh=851.51/1100=0.7741=77.41%hh=h/(hVhm)=0.7741/(0.93×0.94)=0.8855=88.55%例1-6如右圖所示，某臺(tái)可變速運(yùn)行的離心泵在轉(zhuǎn)速n0下的運(yùn)行工況點(diǎn)為M(qVM，HM)，當(dāng)降轉(zhuǎn)速后，流量減小到qVA，試確定這時(shí)的轉(zhuǎn)速?！窘狻竣伲_定變速后的運(yùn)行工況點(diǎn)A(qVA，HA)；②．將qVA、HA代入下式以確定相似拋物線的k值；③．過A點(diǎn)作相似拋物線，求A點(diǎn)對應(yīng)的相似工況點(diǎn)B；④．利用比例定律對A、B兩點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行換算，以確定滿足要求的轉(zhuǎn)速：工況點(diǎn)在一定轉(zhuǎn)速下，每一個(gè)流量對應(yīng)著一定的揚(yáng)程（全壓）、軸功率及效率，這一組參數(shù)反映了泵與風(fēng)機(jī)的某種工作狀態(tài)，簡稱工況；泵與風(fēng)機(jī)是按照需要的一組參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由這組參數(shù)組成的工況稱為設(shè)計(jì)工況，而對應(yīng)與最佳效率點(diǎn)的工況為最佳工況。泵與風(fēng)機(jī)性能曲線上的每一點(diǎn)都表示泵與風(fēng)機(jī)的一個(gè)工況點(diǎn)。將管路性能曲線和泵與風(fēng)機(jī)本身的性能曲線用同樣的比例尺畫在同一張圖上，兩條曲線的交點(diǎn)即為泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)，即工況點(diǎn)。在同一條相似拋物線上的點(diǎn)為相似工況點(diǎn)；相似工況點(diǎn)與不相似工況點(diǎn)在同一條相似拋物線上的點(diǎn)為相似工況點(diǎn)；反之則不存在相似關(guān)系，不能用比例定律進(jìn)行相似換算。把握這一點(diǎn)（對正確地確定泵與風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行工況點(diǎn)及其性能參數(shù)的換算）非常重要。MM相似工況點(diǎn)和不相似工況點(diǎn)的區(qū)分A和B點(diǎn)（表征了泵在同一轉(zhuǎn)速下的不同工況點(diǎn)）不是相似工況點(diǎn)；A和M點(diǎn)【位于同一條管路性能曲線（其頂點(diǎn)未位于坐標(biāo)原點(diǎn)）上，它們表示了泵變速運(yùn)行時(shí)的不同運(yùn)行工況點(diǎn)】亦不是相似工況點(diǎn)；只有M和B點(diǎn)才是相似工況點(diǎn)。6有一離心式水泵，轉(zhuǎn)速為480r/min，總揚(yáng)程為136m時(shí)，流量為5.7m3/s，軸功率為9860kＷ，容積效率、機(jī)械效率均為92%，求流動(dòng)效率、理論流量和理論揚(yáng)程？（已知：水溫為t=20℃時(shí)，水的密度為ρ=998.2kg/m3）實(shí)際流量除以理論流量就是容積效率；實(shí)際揚(yáng)程除以理論揚(yáng)程就是流動(dòng)效率。解：由題意可得該泵的有效功率為：效率為：流動(dòng)效率為：理論流量為：理論揚(yáng)程為：1、在其它條件相同的情況下，為什么軸流式泵與風(fēng)機(jī)的能頭低于離心式?在同一半徑上，u1=u2=u2、在制造時(shí)，為什么將軸流式泵與風(fēng)機(jī)葉輪葉片進(jìn)口處稍稍加厚，做成翼形斷面（b2y￥＞b1y￥）?為了提高靜能頭，必須設(shè)法提高入口相對速度，因此，使葉片進(jìn)口面積小于其出口面積，時(shí)間中常將軸流式葉輪葉片進(jìn)口處稍稍加厚，做成翼型斷面。0-1、試求輸水量qV=50m3/h時(shí)離心泵所需的軸功率。設(shè)泵出口壓力表讀數(shù)為255000Pa，泵入口真空表讀數(shù)為33340Pa，表位差為0.6m，吸水管與壓水管管徑相同，離心泵的總效率h=0.62。解：由于吸水管與壓水管管徑相同，因此該泵的揚(yáng)程為：（m）軸功率(kW)注意問題：真空0-2、離心風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)道及壓出風(fēng)道直徑均為500mm，送風(fēng)量qV=18500m3/h。試求風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的全壓及風(fēng)機(jī)入口、出口處的靜壓，設(shè)吸入風(fēng)道的總壓力損失為700Pa，壓出風(fēng)道的總阻力損失為400Pa。（未計(jì)壓出風(fēng)道出口的阻力損失），空氣密度r=1.2kg/m3。提示：000112233pw1=700Papw2=400Pa風(fēng)機(jī)全壓：單位體積氣體從風(fēng)機(jī)進(jìn)口截面經(jīng)葉輪到風(fēng)機(jī)出口截面所獲得的機(jī)械能；風(fēng)機(jī)的靜壓：風(fēng)機(jī)的全壓減去風(fēng)機(jī)出口截面處的動(dòng)壓（通常將風(fēng)機(jī)出口截面處的動(dòng)壓作為風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓）稱為風(fēng)機(jī)的靜壓。解：取距風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)道無窮遠(yuǎn)處為0－0截面，風(fēng)機(jī)入口、出口處分別為1－1、2－2截面，風(fēng)機(jī)的壓出風(fēng)道出口為3－3截面，設(shè)風(fēng)機(jī)的全壓為1）列0－0及3－3截面的伯努利方程其中p0＝0，v0＝0，p3＝0，壓出風(fēng)道出口速度為：則風(fēng)機(jī)的全壓為：解法2：1）列0－0及1－1截面的伯努利方程得：列2－2及3－3截面的伯努利方程得：則風(fēng)機(jī)的全壓為：2）由于風(fēng)機(jī)的吸入管道和壓出管道直徑均為500mm，因此風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口處的速度分別為：風(fēng)機(jī)入口處和出口處的動(dòng)壓為:列0－0及1－1截面的伯努利方程得：則風(fēng)機(jī)入口處的靜壓為：列2－2及3－3截面的伯努利方程得：則風(fēng)機(jī)出口處的靜壓為：0-3、有一臺(tái)可把15℃冷空氣加熱到170℃的空氣預(yù)熱器，當(dāng)其流量為2.957×103kg/h時(shí)，預(yù)熱器及管道系統(tǒng)的全部阻力損失為150Pa，如果在該系統(tǒng)中裝一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，設(shè)風(fēng)機(jī)效率h=70%。試問：為降低風(fēng)機(jī)能耗，應(yīng)如何布置風(fēng)機(jī)與預(yù)熱器的順序？解：由于風(fēng)機(jī)的全壓用來克服預(yù)熱器及管道系統(tǒng)的全部阻力損失，因此全壓p＝150kPa風(fēng)機(jī)的軸功率為：查表得在1atm下，15℃時(shí)空氣密度為kg/m3170℃時(shí)空氣密度為kg/m3測量流量時(shí)，對風(fēng)機(jī)以進(jìn)口流量計(jì)算，因此當(dāng)風(fēng)機(jī)裝在預(yù)熱器前時(shí)：（kW）當(dāng)風(fēng)機(jī)裝在預(yù)熱器后時(shí)：（kW）由于Psh2>Psh1，即風(fēng)機(jī)裝在預(yù)熱器后時(shí)消耗的軸功率大，所以應(yīng)將風(fēng)機(jī)裝在預(yù)熱器前。1-1、已知離心式水泵葉輪的直徑D2=400mm，葉輪出口寬度b2＝50mm，葉片厚度占出口面積的8％，流動(dòng)角b2＝20°，當(dāng)轉(zhuǎn)速n＝2135r/min時(shí)，理論流量qvT=240L/s，試作出葉輪出口速度三角形。解：出口圓周速度u2為：出口絕對速度的徑向分速v2r為：由徑向分速度、圓周速度及流動(dòng)角可作出速度三角形：絕對速度與圓周速度夾角為進(jìn)流角；相對速度與圓周速度的反方向夾角為流動(dòng)角，葉片切線與圓周速度反方向夾角為葉片安裝角。1-2某軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，理論全壓PT=866Pa（PT=ρuv2u），在葉輪半徑r2=380mm處，空氣以33.5m/s的速度沿軸向流入葉輪，若空氣密度=1.2kg/，求該處的幾何平均相對速度。解：==（m/s）=33.5（m/s）＝=（m/s）由題知軸向進(jìn)入，則，所以。(m/s)m/s1-3已知某離心泵工作葉輪D2=0.335m，圓周速度u2=52.3m/s，水流經(jīng)向流入，出口速度的徑向分速為v2r∞=4.7m/s，葉片出口安裝角β2y∞=30o，若泵的葉輪流量為5.33m3/min，設(shè)流體為理想流體，試求泵軸上的轉(zhuǎn)矩。解：原動(dòng)機(jī)傳給葉輪的轉(zhuǎn)矩M為：M=rqVT(u2￥r2cosa2￥-u1￥r1cosa1￥)由于水流經(jīng)向流入，所以a1￥=90o，則：cosa1￥=0所以：1-4某前向式離心風(fēng)機(jī)葉輪的外徑D2＝500mm，轉(zhuǎn)速n＝1000r/min，葉片出口安裝角b2y＝120°，葉片出口處空氣的相對速度w2￥＝20m/s。設(shè)空氣以徑向進(jìn)入葉輪，空氣的密度r＝1.2kg/m3，試求該風(fēng)機(jī)葉輪產(chǎn)生的理論全壓。解：由題意得：圓周速度絕對速度的周向分速度速度三角形如圖所示：uu2w22理論全壓為：pT＝ru2u2u￥＝1.2×26.18×36.18＝1136.63（Pa）1-5有一離心式送風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速1450r/min時(shí)，流量qV＝15m3/min，全壓p＝1177Pa（空氣的密度r＝1.2kg/m3）。今用同一送風(fēng)機(jī)輸送r＝0.9kg/m3煙氣，全壓與輸送空氣時(shí)相同，此時(shí)的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少，其流量是多少？解：當(dāng)風(fēng)機(jī)輸送煙氣時(shí)，由全壓定律得：則輸送煙氣時(shí)的轉(zhuǎn)速為：按照現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的檔次，取n＝1670r/min由流量定律得：1-6已知某離心泵在轉(zhuǎn)速為n＝1450r/min時(shí)的參數(shù)見表1-10。表1-10參數(shù)表qV（m3/h）07.214.421.628.83643.250.4H(m)11.010.810.510.09.28.47.46.0h（％）015304560655530將此泵安裝在靜能頭Hst＝6m的管路系統(tǒng)中，已知管路系統(tǒng)的綜合阻力系數(shù)j＝0.00185h2/m5，試用圖解法求運(yùn)行工況點(diǎn)的參數(shù)。如果流量降低20％，試確定這時(shí)的水泵轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？設(shè)綜合阻力系數(shù)不變。解：1）管路系統(tǒng)能頭Hc＝Hst＋，由題意可求出各流量點(diǎn)對應(yīng)的管路系統(tǒng)能頭如下表所示：qV（m3/h）07.214.421.628.83643.250.4Hc(m)66.0966.3846.8637.5348.3989.45310.699由以上數(shù)據(jù)可作出該泵的H－qV和Hc－qV曲線如下圖所示：MMqVHHc－qVH－qV圖中Hc－qV曲線與H－qV曲線的交點(diǎn)M即為泵的運(yùn)行工況點(diǎn)。從圖中可以讀出：qVM=36m3/h，HM=8.4m2）流量降低20％后，qVB＝（1－20％）qV＝28.8（m3/h），此時(shí)的運(yùn)行工況點(diǎn)位于Hc－qV上流量為28.8m3/h這一點(diǎn)，即圖中的B點(diǎn)，從圖中可讀出該點(diǎn)的揚(yáng)程為：HB=7.534m。但M點(diǎn)與B點(diǎn)不是相似工況點(diǎn)，需利用相似拋物線找出B點(diǎn)的相似工況點(diǎn)A。相似拋物線方程為