泵与风机思考题

1．泵与风机有哪些主要的性能参数？铭牌上标出的是指哪个工况下的参数？答：泵与风机的主要性能参数有：流量、扬程（全压）、功率、转速、效率和汽蚀余量。在铭牌上标出的是：额定工况下的各参数2．水泵的扬程和风机的全压二者有何区别和联系？答：单位重量液体通过泵时所获得的能量增加值称为扬程；单位体积的气体通过风机时所获得的能量增加值称为全压联系：二者都反映了能量的增加值。区别：扬程是针对液体而言，以液柱高度表示能量，单位是m。全压是针对气体而言，以压力的形式表示能量，单位是Pa。真空泵：利用叶轮旋转产生的真空来输送流体。1．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？答：进口速度三角形的变化：当流量小于设计流量时：轴面速度'1mv＜1mv，'1＜90°，'1＜1。（如图a）当流量大于设计流量时：轴面速度'1mv＞1mv，'1＞90°，'1＞1。（如图b）出口速度三角形2．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901；2）提高转速n；3）加大叶轮外径2D；4）增大叶片出口安装角a2。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a2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。3．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？答：后弯式、径向式、前弯式后弯式：2a＜90°时，cot2a为正值，2a越小，cot2a越大，TH则越小。即随2a不断减小，TH亦不断下降。当a2减小到等于最小角min,2a时，0TH。径向式：2a=90°时，cot2a=0，2uv=2u。guHT22。前弯式：2a＞90°时，cot2a为负值，2a越大，cot2a越小，TH则越大即随2a不断增大，TH亦不断增大。当a2增加到等于最大角max,2a时，guHT222。以上分析表明，随叶片出口安装角a2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a2为20°～30°。9.轴流式泵与风机与离心式相比较，有何性能特点？使用于何种场合？答:轴流式泵与风机的性能特点是流量大，扬程低，比转数大，流体沿轴向流入、流出叶轮。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。答：（1）机械损失提高转速，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：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l增加，或弯曲次数较多，则密封效果较好，容积损失也较小。5．为什么前弯式叶片的风机容易超载？在对前弯式叶片风机选择原动机时应注意什么问题？答：前弯式叶轮随流量的增加，功率急剧上升，原动机容易超载。所以，对前弯式叶轮的风机在选择原动机时，容量富裕系数K值应取得大些。6．离心式和轴流式泵与风机在启动方式上有何不同？答：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（Vq=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。第三章思考题1．何谓有效汽蚀余量ah和必需汽蚀余量rh，二者有何关系？答：有效汽蚀余量ah：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（rh＞ah）时，泵内发生汽蚀；当（rh＜ah＝时，泵内不会发生汽蚀；当（rh＝ah＝ch）时，处于临界状态。2．为什么目前多采用汽蚀余量来表示泵的汽蚀性能，而较少用吸上真空高度来表示？答：因为使用汽蚀余量时不需要进行换算，特别对电厂的锅炉给水泵和凝结水泵，吸入液面都不是大气压力的情况下，尤为方便。同时汽蚀余量更能说明汽蚀的物理概念，因此，目前已较多使用汽蚀余量。3．提高转速后，对泵的汽蚀性能有何影响？答：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。4．提高泵的抗汽蚀性能可采用那些措施？基于什么原理？答：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0D；②增大叶片入口边宽度1b。也有同时采用既增大0D又增大1b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。第五章思考题1．如何绘制管路特性曲线？答：由泵的管路特性曲线方程2vstcqHH可知，当流量发生变化时，装置扬程cH也随之发生变化。对于风机，因气体密度很小，tH形成的气柱压力可以忽略不计，即tH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2vcqp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stH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？答：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？答：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？答：（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。2．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？答：（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。6．为什么说单凭泵或风机最高效率值来衡量其运行经济性高低是不恰当的？答：因为只有当泵与风机的工作点位于高效区时，经济性才高。因此单凭泵或风机最高效率值来衡量其运行经济性高低是不恰当的。7．泵与风机运行时有哪几种调节方式？其原理是什么？各有何优缺点？答：变速调节：原理是在管路特性曲线不变时，用变转速改变泵与风机的性能曲线，从而改变工况点。优点是大大减少附加的节流损失，在很大变工况范围内保持较高的效率。缺点是投资昂贵。节流调节：原理是在管路中装设节流部件，利用改变阀门开度，使管路的局部阻力发生变化，来达到调节的目的。①出口端节流：只改变管路特性曲线。优点是方法可靠，简单易行。缺点是调节方式不经济，而且只能在小于设计流量一方调节。②入口端节流：既改变管路特性曲线，也改变风机本身的性能曲线。同一流量下，入口端节流损失小于出口端节流损失，但由于入口端调节会使进口压力下降，对于泵有引起汽蚀的危险，只能适用于风机。入口导流器调节：原理是改变风机本身性能曲线。优点是节省功率。只适用于风机。汽蚀调节：原理是利用泵的汽蚀特性来调节流量，改变泵本身的性能曲线。优缺点：对通流部件损坏并不严重，可使泵自动调节流量，减少运行人员，降低水泵耗电。如果汽轮机负荷常变，特别是长期在底负荷下时采用汽蚀调节会使寿命大大降低。只适用于泵。可动叶片调节：原理是动叶安装角可随不同工况而改变，通过改变泵与风机本身的性能曲线来调节流量。泵与风机在低负荷时的效率大大提高。在较大流量范围内几乎可以保持高效率，避免了采用阀门调节的节流损失。变频调节：通过改变电源频率来调节异步电动机的转速，进而改变泵与风机的性能曲线，从而改变它们的工作点。变频调速节能效果明显，且易于实现过程自动化。但变频调速器的功率不能适应大型火力发电厂主要泵与风机的需要，功率因素也不是非常高，在实际应用中，以中小型泵与风机的调节为主。8.比较离心泵叶轮叶片的切割方式？答：叶轮外径的切割应使效率不致大幅度下降为原则。因此，对于不同的泵应采用不同的切割或加长方式。对于sn＜60的低比转数多级离心泵，只切割叶片而保留前后盖板，则能够保持叶轮外径与导叶之间的间隙不变，液流有较好的引导作用，但园盘摩擦损失仍保持未变而导致效率下降。因此是否同时切割前后盖板要视具体情况而定。对高比转数离心泵，则应当把前后盖板切成不同的直径，使流动更加平顺，前盖板的直径2D要大于后盖板处的直径2D，且平均直径为222222DDDdp9.离心泵轴向力是如何产生的？又如何平衡的？答：以单级叶轮为例，如图所示，由叶轮流出的液体，有一部分经间隙回流到了叶轮盖板的两侧。在密封环(直径wD处)以上，由于叶轮左右两侧腔室中的压力均为2p，方向相反而相互抵消，但在密封环以下，左侧压力为1p，右侧压力为2p，且户2p1p，产生压力差12ppp。此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力，以符号1F表示。另外，液体在进入叶轮后流动方向由轴向转为径向，由于流动方向的改变，产生了动量，导致流体对叶轮产生一个反冲力2F。反冲力2F的方向与轴向力1F的方向相反。在泵正常工作时，反冲力2F与轴向力1F相比数值很小，可以忽略不计。但在启动时，由于泵的正常压力还未建立，所以反冲力的作用较为明显。启动时卧式泵转子后窜或立式泵转子上窜就是这个原因。对于立式水泵，转子的重量是轴向的，也是轴向力的一部分，用3F表示，方向指向叶轮入口。总的轴向力F为321FFFF在这三部分轴向力中，1F是主要的。如何平衡：（1）采用双吸叶轮或对称排列的方式平衡（2）采用平衡孔和平衡管平衡（3）采用平衡盘平衡（4）采用平衡鼓平衡10．离心泵径向力是如何产生的？又如何平衡的？答：采用螺旋形压水室的水泵，在设计工况工作时，没有径向力。在变工况下工作时会产生径向力。在设计流量时，压水室内液体流动的速度和方向与液体流出叶轮的速度和方向基本上是一致的，因此从叶轮流出的液体能平顺地流入压水室，所以叶轮周围液体的速度和压力分布是均匀的，此时没有径向力。在小于设计流量时，压水室内液体流动的速度减小，但是，液体流出叶轮时的速度却由2v增加到2v，如左图所示。2v2v，并且