化工机器与设备思考题及答案

化工及其与设备思考题及答案教材：化工机器与设备、匡照忠主编．－北京：化学工业出版社，２００６．４答案编者：徐朝中（新疆哈密技校外聘教师）第一章泵1-1按工作原理的不同，泵可以分为几类？各类泵的工作原理是什么？答：各种泵及其工作原理如下：（1）容积泵依靠泵内工作室（泵壳或缸）容积大小的周期性变化来实现液体的升压输送。（2）叶片泵也叫速度泵，依靠泵内高速旋转地叶轮把能量传递给液体，从而实现液体输送。（3）其他类型泵除叶片泵和容积泵以外的特殊泵。属于这一类的有流体动力作用泵、电磁泵等。流体动力作用泵是依靠另一种流体的静压能或动能来输送液体。1-2简述化工生产对泵的特殊要求。答：化工生产对泵的特殊要求主要有以下几点：（1）能满足化工工艺要求；（2）耐高温、低温；（3）耐腐蚀；（4）耐磨损；（5）无泄漏或少泄露；（6）能输送临界状态的液体；（7）运行可靠。1-3试说明离心泵的工作原理。答：电机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的叶片驱使液体一起旋转，在离心力作用下，叶轮中的液体沿叶片流到被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送到排出管。在叶轮中的液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低压，在吸液池和叶轮中心处的液体之间就产生了压差，吸液池中的液体在该压力差作用下，便不断地经吸液管路及泵的吸入室进入叶轮中。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入液体，一面不断地给予吸入液体一定的能量，将液体排出。离心泵便如此连续不断地工作。1-4为什么离心泵启动之前，要进行预灌？泵吸入管末端为什么要安装单向底阀？答：预灌的目的是为了排净泵内的气体，防止“气缚”现象的发生。安装单向底阀的目的是保证泵体及吸入管路能够灌满液体，并在停泵后防止杂物进入泵内堵塞流道。（名词解释：气缚——泵内进入空气或其他气体，密度比液体小得多，在叶轮旋转时产生的离心作用很小，不能将空气或其他气体排出，使吸液室不能形成足够的真空，离心泵便没有抽吸液体的能力。）1-5离心泵的分类。答：（1）按叶轮吸入方式分为：单吸式和双吸式，指吸入口的多少；（2）按级数分为：单级和多级，指工作室的个数。1-6离心泵型号的表示方法。答：离心泵型号编制如下：Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+ⅣⅠ：代表泵的吸入口直径，使用mm为单位的阿拉伯数字表示，有的用“英寸”表示，1in=25mm；Ⅱ：代表泵的基本结构、特征、用途及材料等，用汉语拼音字母的字首标注；Ⅲ：代表泵的扬程及级数，是用以mH2O为单位的阿拉伯数字表示；Ⅳ：代表泵的变形产品，用大写汉语拼音字母A、B、C三个字母表示。IS系列的泵的型号编制不同，方法如下：Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+ⅤⅠ：代表泵的名称，用符号IS表示；Ⅱ：代表吸入口直径，以mm为单位，用阿拉伯数字表示；Ⅲ：代表泵的排出口直径，以mm为单位，用阿拉伯数字表示；Ⅳ：代表泵的叶轮名义直径，以mm为单位，用阿拉伯数字表示；Ⅴ：代表泵的变形产品，用A、B、C三个字母表示。1-7试说明以下各型号意义。（1）2B19；（2）100S90A；（3）50D8×6；（4）IS50-32-125A。答：2B19——吸入口直径为2in（50mm），扬程为19m的单级单吸悬臂式离心泵；100S90A——吸入口直径为100mm，扬程为90m，叶轮经第一次切割的单级双吸式离心泵；50D8×6——吸入口直径为50mm，单级扬程为8m，总扬程为48m的6级分段式离心泵；IS50-32-125A——吸入口直径50mm，排出口直径32mm，叶轮名义直径125mm,叶轮经第一次切割的单级单吸悬臂式离心泵。1-8屏蔽泵的结构特点？答：屏蔽泵的结构特点是泵的叶轮与电动机的转子在同一根轴上，装在同一个密封的壳体内，没有联轴器和轴封装置，从根本上消除了液体的外漏。为了防止输送液体与电气部分接触，电机的定子和转子分别用金属薄壁圆筒（屏蔽套）与液体隔离。1-9离心泵主要由那些零件组成？答：主要由叶轮、泵轴、轴套、轴承、轴封、密封环、蜗壳或导轮、轴向力平衡装置等组成。1-10离心泵叶轮的形式有几种？各适用于什么介质？答：按结构形式，叶轮的分类及适用情况如下：闭式叶轮——适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体开式叶轮——适用于输送含较多固体悬浮物或带纤维的液体半开式叶轮——适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体1-11简述蜗壳与导轮的作用。答：蜗壳与导轮的作用，一是汇集叶轮出口处的液体，引入到下一级叶轮入口或泵的出口；二是将叶轮出口的高速液体的部分动能转化为静压能。1-12离心泵密封环的形式及特点。答：离心泵密封环主要由三种形式，平环式、直角式和迷宫式。各自结构特点参见教材p17图1-22。1-13轴封装置的分类及特点。答：常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料变形，并和轴（轴套）的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。其密封性可用调节填料压盖的松紧程度加以控制；机械密封是依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成密封，具有密封性能好，尺寸紧凑，使用寿命长，功耗小等优点。1-14机械密封的基本组成元件是什么？为什么要对机械密封进行冷却和冲洗？答：机械密封的基本组成元件有动环、静环、动环密封圈和弹簧。对机械密封进行冲洗和冷却的原因在于动静环的端面在工作中相互摩擦，不断产生摩擦热，是端面温度升高，严重时会使摩擦副间的液膜汽化，造成干摩擦，使摩擦副严重磨损，温度升高还使辅助密封圈老化，失去弹性，动静环产生变形。1-15机械密封有哪几种结构形式？各有何特点？答：机械密封的主要结构形式及特点如下：①内装式和外装式——内装式是弹簧置于被密封介质之内，外装式是弹簧置于被密封介质外部；②非平衡型和平衡型——非平衡型的载荷系数K≥1，部分平衡型的载荷系数0＜K＜1，完全平衡型的载荷系数K≤0；③单端面与双端面机械密——单端面机械密封只有一对摩擦副，双端面机械密封有两对摩擦副。1-16离心泵轴向力产生的原因是什么？轴向力有什么危害？常用平衡轴向力的方法有哪些？各有何特点？答：（一）轴向力产生的原因：叶轮两侧液体压力分布不均匀。（二）轴向力的危害：由于轴向力的存在，使泵的整个转子发生向叶轮吸入口的窜动，引起泵的振动，轴承发热，并使叶轮入口外缘与密封环产生摩擦，严重时使泵不能正常工作，甚至损坏机件。（三）平衡轴向力的方法及各自特点（1）单级泵的方法①叶轮上开平衡孔——少部分轴向力不能完全平衡，并且是泵的效率有所降低，但结构简单；②泵体上装平衡管——将叶轮背面的液体通过平衡管与泵入口处的液体相通，不干扰泵入口液体的流动，效率相对较高；③采用双吸叶轮——双吸叶轮的外形和液体流动方向均为左右对称，所以理论上不会产生轴向力；④采用平衡叶片——有两个作用：一是可以平衡轴向力，一是可以减轻轴封的负荷。（2）多级泵的轴向力平衡方法①叶轮对称布置——将离心泵的每两个叶轮以相反方向对称地安装在同一泵轴上，使每两个叶轮产生的轴向力相互抵消。不能完全平衡，需要辅助平衡装置；②安装平衡盘装置——具有自动平衡轴向力的特点。1-17试述平衡盘的平衡过程。答：略，参见教材21-22页。1-18离心泵的基本性能参数及意义。答：离心泵的基本性能参数及意义如下：流量——单位时间内所输出的液体量；扬程——单位重量液体，通过泵后所获得的能量，又称离心泵的压头；转速——离心泵叶轮每分钟的转数；轴功率——单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功率；效率——有效功率（单位时间内泵对输出液体所做的功）与轴功率之比；允许吸上真空度——是为了避免泵在汽蚀情况下工作而规定的一个参数，是由泵进口试验中测出的最大真空度减去0.3m的安全量之后的值；允许汽蚀余量——泵刚刚发生汽蚀时的最小汽蚀余量加上0.3m的安全量之后的值。1-19为什么不能将泵的扬程理解为泵的升扬高度？答：原因是，泵运转时，升扬高度值总是小于扬程。扬程=泵提供给液体的位能（升扬高度）+动能+静压能+克服摩擦阻力的能量1-20离心泵的气蚀现象及其危害。答：液体汽化、凝结形成高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥落和电化学腐蚀的综合现象统称为气蚀现象。主要危害：材料在冲击力作用下发生波坏，同时泵体因受到冲击而振动，并发出噪声，泵的性能下降，严重时甚至无法工作。1-21离心泵性能曲线的组成及各曲线的含义。答：离心泵性能曲线由流量-扬程（Q-H）曲线、流量-功率（Q-N）曲线、流量-效率（Q-η）曲线组成，各自代表的含义如下：流量-扬程曲线——表示离心泵流量与扬程之间的关系；流量-功率曲线——表示离心泵流量与功率之间的关系；流量-效率曲线——表示离心泵流量与效率之间的关系。1-22离心泵扬程与流量曲线有几种形状？各种形状的特点及应用有哪些？答：离心泵Q-H曲线的三种不同形状及各自特点和应用如下：（1）平坦性能曲线——扬程随流量的增加而缓慢下降，适用于压头变动不大而流量有较宽变动范围的场合；（2）陡降性能曲线——扬程随流量的增加而迅速下降，适用于流量变化不大而压头变化较大的系统中，或在压头有波动时，要求流量变化不大的系统中；（3）驼峰性能曲线——有一初始的上升阶段，当流量达到一定值是，扬程有一对应的最大值，然后曲线逐渐下降。1-23为什么离心泵启动时要关闭排出阀？答：由离心泵的Q-N曲线可以得出，当流量为零时，轴功率最小。启动离心泵时关闭排出阀，使流量为零，启动功率最小，可以防止电动机因过载而烧坏。1-24转速、叶轮外径和液体黏度如何影响性能参数？答：转速、叶轮外径和液体物性是影响离心泵性能曲线的主要因素。影响情况如下：（1）转速——n：1122QnQn，21122()HnHn，31122()NnNn；（2）叶轮外径——D：1122QDQD，21122()HDHD，31122()NDND；（3）液体黏度——当液体黏度增大时，扬程、流量减小，轴功率增大。1-25什么叫做离心泵的工作点？此点为什么是稳定工作点？答：离心泵的H-Q曲线和HC-Q曲线的交点叫做离心泵的工作点；因为当流量小于工作点时的流量时，泵的扬程大于所需要的扬程，多余的扬程会使管路中流量加大，泵的工作点沿着H-Q曲线移动到工作点；反之亦然。1-26离心泵流量调节的实质是什么？有哪几种方法？答：实质是改变离心泵的工作点，可以通过改变H-Q和HC-Q两条曲线来改变流量，主要有以下几种方法：①在出口管路上安装调节阀；②旁路调节；③改变泵的工作转速；④切割叶轮外径。1-27离心泵串并联工作的目的？答：并联工作的目的是在扬程不变的情况下增大流量，串联工作的目的是在流量不变的情况下增大扬程。1-28试述离心泵在运行和停车时的维护。答：（一）运行中的维护①经常检查润滑油的质量，必要时及时更换或添加；②注意异常振动和异常声响，辨明原因后处理，必要时停车处理；③注意观察轴封的泄露情况，若发现泄漏，应及时更换密封件；④注意轴承温度，当轴承温升过快，温升稳定后温度过高，可能是轴承制造或安装质量方面的问题，也可能是轴承润滑油（脂）的质量、数量或润滑方式不当，根据不同原因作相应处理。（二）停车时的维护①处于停车状态的泵，必须经常检查润滑情况和防腐情况，确保能在开车时有良好的运行状态，及时更换或添加润滑油，对油漆脱落等情况要及时修复；②对于备用泵和长期不用的泵应当定期盘车，防止转子因自重而弯曲和轴与轴承黏连的现象发生；③在冬季，对于长期不用的泵应当卸下底部的堵丝，放净泵内液体，防止泵被冻坏。1-29至1-39属于了解部分内容，此处不再解答。