流體輸配管網(wǎng)習(xí)題集第五章.doc

第5章 泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)5-1 離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？每部分的基本功能是什么？答：（1）離心式風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成及其基本功能：1）葉輪。一般由前盤、中（后）盤、葉片、軸盤組成，其基本功能是吸入流體，對(duì)流體加壓并改變流體流動(dòng)方向。2）機(jī)殼。由渦殼、進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)舌等部件組成。蝸殼的作用是收集從葉輪出來的氣體，并引導(dǎo)到蝸殼的出口，經(jīng)過出風(fēng)口把氣體輸送到管道中或排到大氣中去。進(jìn)風(fēng)口又稱集風(fēng)器，它保證氣流能均勻地充滿葉輪進(jìn)口，使氣流流動(dòng)損失最小。3）進(jìn)氣箱。進(jìn)氣箱一般只使用在大型的或雙吸的離心式風(fēng)機(jī)上，其主要作用是使軸承裝于風(fēng)機(jī)的機(jī)殼外邊，便于安裝與檢修，對(duì)改善鍋爐引風(fēng)機(jī)的軸承工作條件更為有利。對(duì)進(jìn)風(fēng)口直接裝有彎管的風(fēng)機(jī)，在進(jìn)風(fēng)口前裝上進(jìn)氣箱，能減少因氣流不均勻進(jìn)入葉輪產(chǎn)生的流動(dòng)損失。4）前導(dǎo)器。一般在大型離心式風(fēng)機(jī)或要求特性能調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的流道內(nèi)裝置前導(dǎo)器。改變前導(dǎo)器葉片的角度，能擴(kuò)大風(fēng)機(jī)性能、使用范圍和提高調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性。大型風(fēng)機(jī)或要求性能調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)用，擴(kuò)大風(fēng)機(jī)性能，使用范圍和提高調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性。（2）離心式水泵的基本結(jié)構(gòu)組成及其基本功能：1）葉輪。吸入流體，對(duì)流體加壓。2）泵殼。匯集引導(dǎo)流體流動(dòng)，泵殼上螺孔有充水和排氣的作用。3）泵座。用于固定泵，聯(lián)接泵與基座。4）軸封裝置。用于密封泵殼上的軸承穿孔，防止水泄漏或大氣滲入泵內(nèi)。5-2 離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理是什么？主要性能參數(shù)有哪些？答：離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理是：當(dāng)泵與風(fēng)機(jī)的葉輪隨原動(dòng)機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，處在葉輪葉片間的流體也隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)流體受到離心力的作用，經(jīng)葉片間出口被甩出葉輪。這些被甩出的流體擠入機(jī)（泵）殼后，機(jī)（泵）殼內(nèi)流體壓強(qiáng)增高，最后被導(dǎo)向泵或風(fēng)機(jī)的出口排出。與此同時(shí)，葉輪中心由于流體被甩出而形成真空，外界的流體沿泵或風(fēng)機(jī)的進(jìn)口被吸入葉輪，如此源源不斷地輸送流體。泵（風(fēng)機(jī)）不斷將電機(jī)電能轉(zhuǎn)變的機(jī)械能，傳遞給流體，傳遞中有能量損失。主要性能參數(shù)有：揚(yáng)程（全壓）、流量、有效功率、軸功率、轉(zhuǎn)速、效率等。5-3 歐拉方程的理論依據(jù)和基本假定是什么？實(shí)際的泵與風(fēng)機(jī)不能滿足基本假定時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：歐拉方程的理論依據(jù)是動(dòng)量矩定理，即質(zhì)點(diǎn)系對(duì)某一轉(zhuǎn)軸的動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于作用于該質(zhì)點(diǎn)系的所有外力對(duì)該軸的合力矩。歐拉方程的4點(diǎn)基本假定是：（1）流動(dòng)為恒定流；（2）流體為不可壓縮流體；（3）葉輪的葉片數(shù)目為無限多，葉片厚度為無限??；（4）流動(dòng)為理想過程，泵和風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒有任何能量損失。上述假定中的第（1）點(diǎn)只要原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變是基本上可以保證的，第（2）點(diǎn)對(duì)泵是完全成立的，對(duì)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)常用的風(fēng)機(jī)也是近似成立的。第（3）點(diǎn)在實(shí)際的泵或風(fēng)機(jī)中不能滿足。葉道中存在軸向渦流，導(dǎo)致?lián)P程或全壓降低，且電機(jī)能耗增加，效率下降；第（4）點(diǎn)也不能滿足，流動(dòng)過程中存在各種損失，其結(jié)果是流量減小，揚(yáng)程或全壓降低，流體所獲得的能量小于電機(jī)耗能量，泵與風(fēng)機(jī)的效率下降。5-5寫出由出口安裝角表示的理論曲線方程HT=f1(Qr)，NT=f2(QT)，T=f3(QT)；分析前向、徑向和后葉型的性能特點(diǎn)。當(dāng)需要高揚(yáng)程，小流量時(shí)宜選什么葉型？當(dāng)需要低揚(yáng)程、大流量時(shí)不宜選什么葉型？答：其中，為葉片排擠系數(shù)，它反映了葉片厚度對(duì)流道過流面積的遮擋程度；其中，幾種葉型的性能特點(diǎn)分析比較：（1）從流體所獲得的揚(yáng)程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，后向葉片最??；（2）從效率觀點(diǎn)看，后向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片最低；（3）從結(jié)構(gòu)尺寸看，在流量和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，達(dá)到相同的壓力前提下，前向葉輪直徑最小，而徑向中輪直徑稍次，后向葉輪直徑最大。（4）從工藝觀點(diǎn)看，直葉片制造最簡(jiǎn)單。當(dāng)需要高揚(yáng)程，小流量時(shí)宜選前向型葉片；需低揚(yáng)程、大流量時(shí)宜選后向型葉片。5-6 簡(jiǎn)述不同葉型對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響，并說明前向葉型的風(fēng)機(jī)為何容易超載？答：通常所說的葉片型式，一般是按葉片出口安裝角度的大小來區(qū)分的。葉片 90，為前向型葉片； V1m； 3）靜壓項(xiàng)比軸流風(fēng)機(jī)多項(xiàng)；4）氣流出口動(dòng)壓Pd大；5）動(dòng)葉本身不能調(diào)整，需借助于葉輪前的可調(diào)前導(dǎo)葉調(diào)整?；欤ㄐ保┝魇斤L(fēng)機(jī)應(yīng)用于風(fēng)量最大、風(fēng)壓較高的送排風(fēng)系統(tǒng)。（4）真空泵與空壓機(jī)。經(jīng)常用于真空或氣力輸送系統(tǒng)中保持管路一定的真空度，或用于有吸升式吸入管段的大型泵裝置中，在啟動(dòng)時(shí)用來抽氣補(bǔ)水。真空泵在工作時(shí)不斷補(bǔ)充水，用來保證形成水環(huán)帶走摩擦引起的熱量。（5）往復(fù)式泵。屬于容積式泵，在壓頭變化較大時(shí)能夠維持比較穩(wěn)定的流量。往復(fù)泵多用于小流量、高揚(yáng)程的情況下輸送粘性最大的液體，也常用在鍋爐房中常用作補(bǔ)水泵。（6）深井泵與潛水泵。深井泵是立式多級(jí)泵，潛水泵將電機(jī)與水泵裝置在一起沉入液體里工作，省去了泵座及傳動(dòng)軸。該類水泵一般運(yùn)用于深井下和作為水下工作泵。（7）旋渦泵。具有小流量、高揚(yáng)程、低效率的特點(diǎn)，且只需在第一次運(yùn)轉(zhuǎn)前充液，大多應(yīng)用于小型鍋爐給水及輸送無腐蝕性、無固體雜質(zhì)的液體。5-17 葉輪進(jìn)口直徑D1=200mm，安裝角，流體相對(duì)于葉片的流速5m/s；葉輪出口直徑D2=800mm，葉片安裝角，流體相對(duì)于葉片的速度是10m/s；葉輪轉(zhuǎn)速900r/min。作出葉輪進(jìn)出口速度三角形。若葉輪出口寬度為150mm，計(jì)算葉輪流量。入口工作角的多少時(shí)，理論揚(yáng)程最大？本題的葉輪運(yùn)行條件怎樣改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)該工作角角度？排擠系數(shù)近似為1。解：m/sm/s出口速度三角形如圖習(xí)題5-17圖。習(xí)題5-17圖由三角關(guān)系計(jì)算m/sm/sm3/sm3/h或者直接由m3/sm3/h由理論揚(yáng)程計(jì)算公式）當(dāng)時(shí)，此時(shí)理論揚(yáng)程最大。因?yàn)?，需要滿足，根據(jù)入口速度三角形，只有時(shí)才能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)和方向重合，氣流平行于入口葉片，因此調(diào)整，可使。5-18 一臺(tái)普通風(fēng)機(jī) n=1000r/min時(shí)，性能如下表，應(yīng)配備多少功率電機(jī)？全壓（Pa）2610255024702360221020301830流量(m3/h)47710534925927665058708417662482407全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4解：由式求出該風(fēng)機(jī)在各工況點(diǎn)下的功率如表所示。全壓（Pa）2610255024702360221020301830流量(m3/h)47710534925927665058708417662482407流量（m3/s）13.2514.8616.4718.0719.6821.2822.89全效率 82.687.588.289.088.085.780.4功率（kw）41.8843.3146.1247.9249.4250.452.10以各工況下最大的為選擇電機(jī)的依據(jù)；參考教材表5-4-1，確定電機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù)K，取K=1.15，所配電機(jī)kw，即取定60kw電機(jī)。5-19 5-18題那臺(tái)風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速提到n=1500r/min和降到n=700r/min時(shí)，性能如何變化？列出性能表。分別應(yīng)配備多大功率的電機(jī)？解：由題意，葉輪直徑和密度不變，各相似工況點(diǎn)滿足由兩式分別計(jì)算改變轉(zhuǎn)速后風(fēng)機(jī)的性能，列于表中：當(dāng)n=1500r/min時(shí)的性能參數(shù)全壓（Pa）48605737.55557.553104972.54567.54117.5流量(m3/h)71565802388891497587106261.5114936123610.5全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4功率（kW）117.0146.1155.6161.7166.8170.2175.8取K=1.15，kw，按電機(jī)系列可配Nm=200kw當(dāng)n=700r/min時(shí)的性能參數(shù)全壓（Pa）1278.91249.51210.31156.41082.9994.7896.7流量(m3/h)3339737444.441493.245540.649588.753636.857684.9全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4功率（kW）14.414.915.816.417.017.317.9取K=1.15，kw，按電機(jī)系列可配21kw電機(jī)。5-20 已知4-72-11No.6C型風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為1250rpm時(shí)的實(shí)測(cè)參數(shù)如下表所列，求：（1）各測(cè)點(diǎn)的全效率；（2）繪制性能曲線圖；（3）寫出該風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)的性能參數(shù)。計(jì)算及圖表均要求采用國(guó)際單位制。序號(hào)12345678H（mmH2O）8684838177716559P（N/m2）843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4578.6Q（m3/h）5920664073608100880095001025011000N（kW）1.691.771.861.962.032.082.122.15解：（1）全效率計(jì)算公式為各測(cè)點(diǎn)全效率計(jì)算結(jié)果見下表：序號(hào)12345678（N/m2）843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4578.6（m3/s）1.644 1.844 2.044 2.250 2.444 2.639 2.847 3.056 （kW）1.691.771.861.962.032.082.122.15（%）82.07 85.84 89.47 91.18 90.93 88.34 85.60 82.23 繪制性能曲線圖如圖。（2）該風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)性能參數(shù)如下：流量 m3/s；全壓Pa；功率kW；全效率。5-21 根據(jù)題5-20中已知的數(shù)據(jù)，試求4-72-11系列風(fēng)機(jī)的無因次性能參數(shù)，從而繪制該系列風(fēng)機(jī)的無因次性能曲線。計(jì)算中葉輪直徑D20.6m。解：全壓系數(shù)；流量系數(shù)；功率系數(shù)；m/s。列表計(jì)算如下：序號(hào)12345678（N/m2）843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4578.6（m3/s）1.6441.8442.0442.2502.4442.6392.8473.056（kW）1.691.771.861.962.032.082.122.15（%）82.0785.8489.4791.1890.9388.3485.6082.23流量系數(shù)0.1480.1660.1840.2030.2200.2380.2560.275全壓系數(shù)0.4540.4540.4540.4540.4540.4540.3430.312功率系數(shù)0.0820.0880.0930.1010.1100.1220.1030.1044-72-11系列風(fēng)機(jī)的無因次性能圖5-22 利用上題得到的無因次性能曲線求4-72-11No.5A型風(fēng)機(jī)在n2900rpm時(shí)的最佳效率點(diǎn)的各性能參數(shù)值，并計(jì)算該機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)的值。計(jì)算時(shí)D20.5m。解：根據(jù)相似律，4-72-11No.5A型風(fēng)機(jī)在最佳效率點(diǎn)的流量系數(shù)、全壓系數(shù)和功率系數(shù)分別為：，。m/s，則在該工況點(diǎn)，流量m3/s全壓Pa功率W或功率W比轉(zhuǎn)數(shù)5-23 4-72-11No.5A型風(fēng)機(jī)在n2900rpm時(shí)性能參數(shù)如下表，利用表中的數(shù)據(jù)，結(jié)合5-21題結(jié)果驗(yàn)證是否可以用同一無因次性能曲線代表這一系列風(fēng)機(jī)的性能。計(jì)算中葉輪直徑D20.5m。解：列表計(jì)算各點(diǎn)的流量系數(shù)、全壓系數(shù)、功率系數(shù)，繪制無因次性能曲線，見題5-23圖。與5-21題計(jì)算所得的無因次曲線對(duì)比，表明可以用同一無因次性能曲線代表這一系列風(fēng)機(jī)的性能。序號(hào)12345678H（mmH2O）324319313303290268246224P（N/m2）3177.5 3128.4 3069.6 2971.5 2844.0 2628.3 2412.5 2196.8 Q（m3/h）7950891798801085011830127301375014720N（kW）8.528.99.429.910.310.510.710.982.4%87.1%89.4%90.5%90.7%88.5%86.1%82.4%流量系數(shù)0.148 0.166 0.184 0.202 0.220 0.237 0.256 0.274 全壓系數(shù)0.458 0.451 0.443 0.429 0.410 0.379 0.348 0.317 功率系數(shù)0.082 0.086 0.091 0.096 0.100 0.102 0.104 0.105 5-24某單吸單級(jí)離心泵，Q0.0735m3/s，H14.65m，用電機(jī)由皮帶拖動(dòng)，測(cè)得n1420rpm，N13.3kW；后因改為電機(jī)直接聯(lián)動(dòng)，n增大為1450rpm，試求此時(shí)泵的工作參數(shù)為多少？解：此時(shí)泵的工作參數(shù)計(jì)算如下：流量 m3/s揚(yáng)程 m功率 kW效率5-25在n2000rpm的條件下實(shí)測(cè)以離心式泵的結(jié)果為：Q0.17m3/s，H104m，N184kW。如有一與之幾何相似的水泵，其葉輪比上述泵的葉輪大一倍，在1500rpm之下運(yùn)行，試求在效率相同的工況點(diǎn)的流量、揚(yáng)程及效率各為多少？解：此時(shí)泵的工作參數(shù)計(jì)算如下：流量 m3/s揚(yáng)程 m功率 kW效率5-26有一轉(zhuǎn)速為1480r/min的水泵，理論流量m3/s，葉輪外徑 mm，葉輪出口有效面積m2，葉片出口安裝角，試作出口速度三角形。假設(shè)。試計(jì)算此泵的理論壓頭。設(shè)渦流修正系數(shù)，理論壓頭為多少？（提示：先求出口絕對(duì)速度的徑向分速，作出速度三角形。