泵与风机-何川主编-第四版-课后习题-思考题答案

绪论思考题1．在火力发电厂中有那些主要的泵与风机？其各自的作用是什么？答：给水泵：向锅炉连续供给具有一定压力和温度的给水。循环水泵：从冷却水源取水后向汽轮机凝汽器、冷油器、发电机的空气冷却器供给冷却水。凝结水泵：抽出汽轮机凝汽器中的凝结水，经低压加热器将水送往除氧器。疏水泵：排送热力系统中各处疏水。补给水泵：补充管路系统的汽水损失。灰渣泵：将锅炉燃烧后排出的灰渣与水的混合物输送到贮灰场。送风机：向锅炉炉膛输送燃料燃烧所必需的空气量。引风机：把燃料燃烧后所生成的烟气从锅炉中抽出，并排入大气。2．泵与风机可分为哪几大类？发电厂主要采用哪种型式的泵与风机？为什么？答：泵按产生压力的大小分：低压泵、中压泵、高压泵风机按产生全压得大小分：通风机、鼓风机、压气机泵按工作原理分：叶片式：离心泵、轴流泵、斜流泵、旋涡泵容积式：往复泵、回转泵其他类型：真空泵、喷射泵、水锤泵风机按工作原理分：叶片式：离心式风机、轴流式风机容积式：往复式风机、回转式风机发电厂主要采用叶片式泵与风机。其中离心式泵与风机性能范围广、效率高、体积小、重量轻，能与高速原动机直联，所以应用最广泛。轴流式泵与风机与离心式相比，其流量大、压力小。故一般用于大流量低扬程的场合。目前，大容量机组多作为循环水泵及引送风机。3．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4．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。5．离心式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？答：离心泵叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。吸入室：以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。压出室：收集从叶轮流出的高速流体，然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮进口，同时还将液体的部分动能转变为压力能。导叶：汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下引入次级叶轮的进口或压出室，同时在导叶内把部分动能转化为压力能。密封装置：密封环：防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸入口。轴端密封：防止高压流体从泵内通过转动部件与静止部件之间的间隙泄漏到泵外。离心风机叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能蜗壳：汇集从叶轮流出的气体并引向风机的出口，同时将气体的部分动能转化为压力能。集流器：以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。进气箱：改善气流的进气条件，减少气流分布不均而引起的阻力损失。6．轴流式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？答：叶轮：把原动机的机械能转化为流体的压力能和动能的主要部件。导叶：使通过叶轮的前后的流体具有一定的流动方向，并使其阻力损失最小。吸入室（泵）：以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。集流器（风机）：以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。扩压筒：将后导叶流出气流的动能转化为压力能。7．轴端密封的方式有几种？各有何特点？用在哪种场合？答：填料密封：结构简单，工作可靠，但使用寿命短，广泛应用于中低压水泵上。机械密封：使用寿命长，密封效果好，摩擦耗功小，但其结构复杂，制造精度与安装技术要求高，造价贵。适用于高温高压泵。浮动环密封：相对与机械密封结构较简单，运行可靠，密封效果好，多用于高温高压锅炉给水泵上。8．目前火力发电厂对大容量、高参数机组的引、送风机一般都采用轴流式风机，循环水泵也越来越多采用斜流式（混流式）泵，为什么？答：轴流式泵与风机与离心式相比，其流量大、压力小。故一般用于大容量低扬程的场合。因此，目前大容量机组的引、送风机一般都采用轴流式风机。斜流式又称混流式，是介于轴流式和离心式之间的一种叶片泵，斜流泵部分利用了离心力，部分利用了升力，在两种力的共同作用下，输送流体，并提高其压力，流体轴向进入叶轮后，沿圆锥面方向流出。可作为大容量机组的循环水泵。9．试简述活塞泵、齿轮泵及真空泵、喷射泵的作用原理？答：活塞泵：利用工作容积周期性的改变来输送液体，并提高其压力。齿轮泵：利用一对或几个特殊形状的回转体如齿轮、螺杆或其他形状的转子。在壳体内作旋转运动来输送流体并提高其压力。喷射泵：利用高速射流的抽吸作用来输送流体。真空泵：利用叶轮旋转产生的真空来输送流体。第一章思考题1．试简述离心式与轴流式泵与风机的工作原理。答：离心式：叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。流体沿轴向流入叶轮并沿径向流出。轴流式：利用旋转叶轮、叶片对流体作用的升力来输送流体，并提高其压力。流体沿轴向流入叶轮并沿轴向流出。2．流体在旋转的叶轮内是如何运动的？各用什么速度表示？其速度矢量可组成怎样的图形？答：当叶轮旋转时，叶轮中某一流体质点将随叶轮一起做旋转运动。同时该质点在离心力的作用下，又沿叶轮流道向外缘流出。因此，流体在叶轮中的运动是一种复合运动。叶轮带动流体的旋转运动，称牵连运动，其速度用圆周速度u表示；流体相对于叶轮的运动称相对运动，其速度用相对速度w表示；流体相对于静止机壳的运动称绝对运动，其速度用绝对速度v表示。以上三个速度矢量组成的矢量图，称为速度三角形。3．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2uuv2uv22w2vmv2mv22w2v小于设计流量2uuv2uv22w2vmv2mv22w2v大于设计流量4．离心式泵与风机当实际流量在有限叶片叶轮中流动时，对扬程（全压）有何影响？如何修正？答：在有限叶片叶轮流道中，由于流体惯性出现了轴向涡流，使叶轮出口处流体的相对速度产生滑移，导致扬程(全压)下降。一般采用环流系数k或滑移系数σ来修正。5．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。6．泵与风机的能量方程式有哪几种形式？并分析影响理论扬程（全压）的因素有哪些？答：泵：TH=1g2211()uuuvuvgguugvvHT222221221221222风机：uuvuvu1122Tp因素：转速n；叶轮外径2D；密度（影响全压）、叶片出口安装角a2；进口绝对速度角1。7．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°。8.轴流叶轮进、出口速度三角形如何绘制？w、如何确定？有何意义？答：速度三角形一般只需已知三个条件即可画出，一般求出圆周速度u、轴向速度av、圆周分速uv即可按比例画出三角形。轴流式和离心式泵与风机速度三角形相比，具有以下特点：一是流面进、出口处的圆周速度相同；二是流面进、出口的轴向速度也相同，即2u=1u=u；uv1=uv2=av因此，为研究方便起见，可以把叶栅进、出口速度三角形绘在一起。如图所示。w是叶栅前后相对速度1w和2w的几何平均值，其大小和方向由叶栅进、出口速度三角形的几何关系来确定。w=2212()2uua；=arctgauww=arctg122auu意义：由于流体对孤立翼型的绕流，并不影响来流速度的大小和方向，而对叶栅翼型的绕流，则将影响来流速度的大小和方向，所以在绕流叶栅的流动中，取叶栅的前后相对速度1w和2w的几何平均值w作为无限远处的来流速度。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。目前国内外大型电站普遍采用轴流式风机作为锅炉的送引风机、轴流式水泵作为循环水泵。10.轴流式泵与风机的扬程（全压）为什么远低于离心式？答：因为轴流式泵与风机的能量方程式是：TH=22212vvg＋22122wwg⑴离心式泵与风机的能量方程式是:TH=22212vvg＋22212uug＋22122wwg⑵因为⑴式中1u=2u=u故流体在轴流式叶轮中获得的总能量远小于离心式。11.轴流式泵与风机的翼型、叶栅的几何尺寸、形状对流体获得的理论扬程（全压）有何影响？并分析提高其扬程（全压）的方法？答：泵：cossin22gwvutbcHayT风机：cossin22wvutbcPayT增加弦长b；增大叶栅中翼型的升力系数yc；减小栅距t；增大；增加升力角均可提高泵与风机的扬程（全压）。泵与风机（课后习题答案）第一章1-1有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下：1b=35mm,2b=19mm,1D=178mm,2D=381mm,1a=18°，2a=20°。设流体径向流入叶轮，如n=1450r/min，试画出出口速度三角形，并计算理论流量,VTq和在该流量时的无限多叶片的理论扬程TH。解：由题知：流体径向流入叶轮∴1=90°则：1u=1n60D=317810145060=13.51（m/s）1V=1mV=1utg1a=13.51tg18°=4.39（m/s）∵1Vq=1D1b1mV=0.1784.390.035=0.086（3m/s）∴2mV=122VqDb=0.0860.3810.019=3.78（m/s）2u=2D60n=338110145060=28.91（m/s）2uV=2u-2mVctg2a=28.91-3.78ctg20°=18.52（m/s）TH=22uuVg=28.9118.529.8=54.63（m）1-2有一离心式水泵，其叶轮外径2D=220mm,转速n=2980r/min，叶片出口安装角2a=45°，出口处的轴面速度2mv=3.6m/s。设流体径向流入叶轮，试按比例画出出口速度三角形，并计算无限多叶片叶轮的理论扬程TH，又若环流系数K=0.8，流动效率h=0.9时，泵的实际扬程H是多少？解：2u=2D60n=0.2