泵与风机-华北电力大学

泵与风机课程自学辅导资料二○○八年十月1泵与风机课程自学进度表教材：泵与风机教材编者：安连锁出版社：中国电力出版社出版时间：2008年周次学习内容习题作业测验作业学时自学重点、难点、基本要求1§0.1-§0.3绪论1，3，4，5，7，10，122，6，8，115自学重点：基本性能参数的物理意义，能量方程、损失和效率、运行工况点、相似定律，汽蚀和轴向力问题，运行方式和调节方式的基本概念的理解，以及二者和安全经济运行的关系。自学难点：泵与风机的工作原理，工况点如何得出？如何变化？影响汽蚀因素和如何防止汽蚀发生；轴向力产生原因和平衡盘如何自动平衡轴向力。子午加速轴流风机的结构和性能曲线的认识、理解和分析，以及动叶可调轴流风机和子午加速轴流风机的性能对比分析。利用运行调节的基本理论解释一些平时实际工作中遇到的问题，即理论和实际的具体结合问题。基本要求：按时按量完成学习进度和作业，紧密联系实际思考解决问题。2§1.1-§1.2叶轮内流动分析和能量方程1，3，5，6，82，4，753§1.3-1.4安装角和叶片数对理论能头影响9，11，12，1510，13，14，1654§1.5损失和效率17，19，18，2055§1.6-§1.7性能曲线和工况点22，23，2521，2456§1.8-§1.10相似定律和比转速26，27，29，31，32，34，36，3828，30，33，35，3757§2.1泵内汽蚀1，3-6，8，9，11-13，15-21，2，7，10，14，22，2358§2.2-2.5泵结构和部件、轴向力轴端密封24，2524，2559§2.6泵性能实验710§3.1-§3.3，§3.5，§3.6通风机结构性能11511§3.4通风机性能实验712§4.1串联和并联1，2，17，18，，19，8，11，12，513§4.2节流调节、分流调节、入口导叶调节4，5，15，24，25，283，16，20，514§4.2动叶调节、汽蚀调节、变速调节10，21，309，23，29515§4.6失速与喘振713，14516§4.3-§4.5，§4.7泵与风机选择相关内容6，22，26，27，5注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。2泵与风机课程自学指导书第0章绪论一、本章的核心、重点及前后联系（一）本章的核心本章的核心问题是要求学生对泵与风机有一个初步认识，这个认识从三个角度：在火力发电厂中的重要作用；表征整体性能的基本性能参数；叶片泵的工作原理。（二）本章重点本章的重点是基本性能参数的物理意义。（三）本章前后联系通过本章的学习，使学生对泵与风机有一个初步了解，激发学习后续内容的兴趣，奠定学习后续内容的基础。二、本章的基本概念、难点及学习方法指导（一）本章的基本概念本章的基本概念是泵与风机的基本性能参数：流量、扬程、全压、轴功率、效率、转速。（二）本章难点及学习方法指导本章的难点是泵与风机的工作原理，可以通过网络搜索一些相关动画加深理解。三、典型例题分析通过自学例0-1，明白实际运行时的工作参数可能和额定参数不一致，造成这种情形的原因是管路系统的影响。该例题还为解决实际问题提供了分析思路。四、思考题、习题及习题解答（一）思考题、习题1.试述泵与风机在火力发电厂中的作用。2.简述泵与风机的定义及它们在热力发电厂中的地位?3.写出泵有效功率表达式，并解释式中各量的含义和单位。4.风机全压和静压的定义式是什么?5.试求输水量qv=50m3/h时离心泵所需的轴功率。设泵出口处压力计的读数为25.53×104Pa，泵入口处真空计的读数为33340Pa，压力计与真空计的标高差为△z=0.6m,吸水管与压水管管径相同,离心泵的总效率η=0.6。6.离心式风机的吸入风道及压出风道直径均为500mm，送风量qv=18500m3/h。试求风机产生的全压及风机入口、出口处的静压。设吸入风道的总阻力损失为700Pa，压出风道的总阻力损失为400Pa（未计压出风道出口的阻力损失），空气密度ρ=1.2kg/m3。7.有一普通用途的离心式风机，其全压p=2000Pa，流量qv=47100m3/h，全压效率η=0.76，如果风机轴和原动机轴采用弹性联轴器连接，试计算该风机的全压有效功率、轴功率，并选配电机。8.发电厂的锅炉车间装有五台锅炉，由压力计测得锅炉工作压力为3.9×106N/m2的情况下，每台锅炉的额定蒸发量为7.35×105kg/h。按照有关规定，供给锅炉的流量应不小于所有锅炉在额定蒸发量情况下的1.15倍，离心泵产生的扬程相当于锅炉的工作压力的1.25倍，若设置4台型号相同的给水泵，试求每台给水泵所配用电动机的功率。设电动机的容量安全系数为10%，泵的效率η=0.75，水泵和电动机轴弹性联轴器联接，给水密度ρ=909.44kg/m3。9.泵与风机有哪些主要性能参数？分别是怎样定义的？10.如何表示流体通过泵与风机后获得的能量？11.风机和水泵的流量定义有何区别？12.流体经泵与风机后所获得的机械能,为何泵用扬程而风机用全压表示?（二）习题解答（只解答难题）第6题考虑应用流体力学中的伯努力方程，第8题要求会将实际问题转化为《泵与风机》课程能解决的问题，即能用基本理论可以解决的问题。第12题解答：流体的机械能有压力能、动能和位能三种形式，压力能与位能、动能在一定条件下是可以相互转换的。扬程是把液体经泵后获得的机械能以位能形式表示，其物理意义是液柱高度。对输送水的水泵来说就是水柱高度。过去多数水泵是输送常温水的，并且使用的是工程单位制，在这种情况下，10米水柱高度就相当于一个工程大气压，所以水柱高度值直接表示了压力值，不仅直观而且易于换算，因而用扬程表示水经过水泵后获得的机械能是既直观又易于计算。而风机若也用扬程来表示，则其所对应的高度是气体柱高度，气体的密度即使在常温范围内也是变化较大的，即使是工程单位制，气柱高度与压力的关系也不能直观地反映出来，所以风机若用扬程表示气体经风机获得的机械能，既不形象直观，也不实用。还是用单位体积气体经风机后获得的机4械能——全压为实用、易于计算。应该指出的是：随着实施法定计量单位，且泵所输送的液体又不限于常温水，泵若仍采用扬程作为液体经泵后所获得的机械能，有时会产生一些不方便之处。因此，泵在输送高温水或其他液体时，亦可用全压代替扬程。5第一章叶片式泵与风机的基本理论一、本章的核心、重点及前后联系（一）本章的核心本章的核心问题是工况点，其实也是整本教材的核心。工况点如何得出？如何变化？这两个问题是整章为之要解决的问题。（二）本章重点本章重点是能量方程、损失和效率、运行工况点、相似定律。（三）本章前后联系本章是整本教材的理论基础，为后续章节提供理论支持。二、本章的基本概念、难点及学习方法指导（一）本章的基本概念本章基本概念有：流动分析假设、速度三角形、能量方程、动压头、静压头、轴向涡流、工况点、相似定律、比转速。（二）本章难点及学习方法指导本章的难点是工况点，工况点如何得出？如何变化？学习本章的时候，先按教材上的章节顺序学习，学完后，按照“工况点如何得出？如何变化？”的思路进行逻辑分析。工况点如何得出？是由泵或风机性能曲线和管路性能曲线交点得出；泵或风机性能曲线如何得出？影响因素？这就和能量方程、轴向涡流、损失和效率有关；管路性能曲线交点得出？影响因素？这就和管路特性方程有关。工况点如何变化？这部分就涉及到工况点的稳定性，影响工况点变化的因素，具体而言有三：其一、影响泵或风机性能曲线的因素，其二、影响管路性能曲线的因素，其三、相似定律，主要是变速调节。这样整章内容围绕工况点这个核心问题，关系到泵或风机性能曲线和管路性能曲线这两条线的形成和相关影响因素。三、典型例题分析例1-1：该例题虽然涉及内容比较全面，但只要求学生掌握第（1）、（2）、（4）部分。例1-3：要求学生学会画图解决相关实际问题。例1-5：在掌握该例题的基础上，进一步思考，如果是水泵的话，相似定律如何应用？进而引导学生学会做相似抛物线，找出相似工况点。6四、思考题、习题及习题解答（一）思考题、习题1.简述流体在叶轮内的流动分析假设。2.解释叶轮内流体的牵连运动、相对运动及绝对运动，并画出速度三角形。3.已知叶轮的几何条件及转速时，如何求圆周速度u和绝对速度的径向分速r？4.已知离心式水泵叶轮的直径D2=400mm，叶轮出口宽度b2=50mm，叶片厚度占出口面积的8%，流动角2=20，当转速n=2135r/min时，理论流量qVT=240L/s，求作叶轮出口速度三角形。5.已知某离心泵的叶轮直径D2=140mm，其叶轮出口宽度b2=27mm，叶片出口安装角β2y=23°，转速n=2900r/min时，经过叶轮的流量qvT=99.79m3/h，求此叶轮在无限多叶片假设下的出口速度三角形。6.为了提高流体从叶轮获得的能量，一般有哪些办法?它们各有什么利弊？7.有一叶轮外径D2=300mm的离心式风机，转速n=2980r/min时的无限多叶片叶轮的理论全压pT∝是多少？设叶轮入口气体径向流入，叶轮出口相对速度为半径方向，空气的密度ρ=1.2kg/m3。8.已知某离心泵工作叶轮直径D2=0.335m，圆周速度u2=52.3m/s，水流径向流入，出口速度的径向分速为2r=4.7m/s，叶片出口安装角2y=30，若泵的叶轮流量为5.33m3/min，设为理想流体并忽略一切摩擦力，试求泵轴上的转矩。9.某前向式离心风机、叶轮的外径D2=500mm，转速n=1000r/min，叶片出口安装角2y=120，叶片出口处空气的相对速度w2=20m/s。设空气以径向进入叶轮，空气的密度=1.2㎏/m3，试求该风机叶轮产生的理论全压。10.离心式泵与风机的叶片有哪几种型式?它们各有何优缺点?实际使用时采用什么型式,为什么？11.分别画出后弯式、径向式和前向式叶轮的出口速度三角形。12.简述叶片安装角和理论能头的关系。13.三种不同型式的叶轮,哪种效率高,为什么？14.某前弯离心风机，叶轮的外径D2=500mm，转速n=1000r/min，叶片出口安装角2y=120，叶片出口处空气的相对速度w2r=20m/s，设空气以径向进入叶轮，空气的密度=1.293kg/m3，试求该风机叶轮产生的理论全压pT。如叶轮尺寸、转速、空气密度7及出口相对速度均相同，且空气仍径向流入叶轮，但叶片型式改为后弯2y=60，问这时的理论全压将如何变化？15.试述轴向涡流理论，画图说明其对进出口速度三角形的影响。16.离心式水泵叶轮的外径D2=220mm，转速n=2980r/min，叶轮出口处液流绝对速度的径向速度2r=3.6m/s，2y=15，设液流径向进入叶轮，求离心泵的理论扬程并绘制出口速度三角形；若滑移系数K=0.8，则HT为多少？17.流体流经泵与风机时，有哪些损失？各发生在什么部位？18.若某泵或风机的机械效对率、容积效率、流动效率值均相等，即ηm=ηv=ηh时，试问其机械损失△Pm、容积损失△Pv、流动损失△Ph值也是否相等？为什么？19.有一输送冷水的离心泵，当转速为1450r/min时，流量为qV=1.24m3/s，扬程H=70m，此时所需的轴功率Psh=1100kW，容积损失q=0.093m3/s，机械效率ηm=0.94，求：该泵的有效功率、容积效率、流动效率和理论扬程各为多少?（已知水的密度ρ=1000kg/m3）。20.有一离心式水泵，转速为480r/min，扬程为136m时，流量为5.7m3/s，轴功率为9860kW，容积效率、机械效率均为92％，求流动效率（输送常温清水20℃）。21.离心泵启动时，出口阀门是全开还是全关？为什么？22.轴流泵（非叶可调）启动时，出口阀门是全开还是全关？为什么？23.什么是泵与风机的运行工况点?泵的扬程与泵的管路系统能头的区别和联系？24.对自江河、水库取水的电厂循环水泵而言，其流量-扬程性能曲线应怎样比较好？而对于