流體輸配管網(wǎng)習題集第五章.doc

第5章 泵與風機的理論基礎(chǔ)5-1 離心式泵與風機的基本結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？每部分的基本功能是什么？答：（1）離心式風機的基本結(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，對流體加壓并改變流體流動方向。2）機殼。由渦殼、進風口和風舌等部件組成。蝸殼的作用是收集從葉輪出來的氣體，并引導到蝸殼的出口，經(jīng)過出風口把氣體輸送到管道中或排到大氣中去。進風口又稱集風器，它保證氣流能均勻地充滿葉輪進口，使氣流流動損失最小。3）進氣箱。進氣箱一般只使用在大型的或雙吸的離心式風機上，其主要作用是使軸承裝于風機的機殼外邊，便于安裝與檢修，對改善鍋爐引風機的軸承工作條件更為有利。對進風口直接裝有彎管的風機，在進風口前裝上進氣箱，能減少因氣流不均勻進入葉輪產(chǎn)生的流動損失。4）前導器。一般在大型離心式風機或要求特性能調(diào)節(jié)的風機的進風口或進風口的流道內(nèi)裝置前導器。改變前導器葉片的角度，能擴大風機性能、使用范圍和提高調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性。大型風機或要求性能調(diào)節(jié)風機用，擴大風機性能，使用范圍和提高調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性。（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，對流體加壓。2）泵殼。匯集引導流體流動，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 離心式泵與風機的工作原理是什么？主要性能參數(shù)有哪些？答：離心式泵與風機的工作原理是：當泵與風機的葉輪隨原動機的軸旋轉(zhuǎn)時，處在葉輪葉片間的流體也隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，此時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（泵）殼后，機（泵）殼內(nèi)流體壓強增高，最后被導向泵或風機的出口排出。與此同時，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機的進口被吸入葉輪，如此源源不斷地輸送流體。泵（風機）不斷將電機電能轉(zhuǎn)變的機械能，傳遞給流體，傳遞中有能量損失。主要性能參數(shù)有：揚程（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？實際的泵與風機不能滿足基本假定時，會產(chǎn)生什么影響？答：歐拉方程的理論依據(jù)是動量矩定理，即質(zhì)點系對某一轉(zhuǎn)軸的動量對時間的變化率等于作用于該質(zhì)點系的所有外力對該軸的合力矩。歐拉方程的4點基本假定是：（1）流動為恒定流；（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）流動為理想過程，泵和風機工作時沒有任何能量損失。上述假定中的第（1）點只要原動機轉(zhuǎn)速不變是基本上可以保證的，第（2）點對泵是完全成立的，對建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)常用的風機也是近似成立的。第（3）點在實際的泵或風機中不能滿足。葉道中存在軸向渦流，導致?lián)P程或全壓降低，且電機能耗增加，效率下降；第（4）點也不能滿足，流動過程中存在各種損失，其結(jié)果是流量減小，揚程或全壓降低，流體所獲得的能量小于電機耗能量，泵與風機的效率下降。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。當需要高揚程，小流量時宜選什么葉型？當需要低揚程、大流量時不宜選什么葉型？答：其中，為葉片排擠系數(shù)，它反映了葉片厚度對流道過流面積的遮擋程度；其中，幾種葉型的性能特點分析比較：（1）從流體所獲得的揚程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，后向葉片最小；（2）從效率觀點看，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，達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）從工藝觀點看，直葉片制造最簡單。當需要高揚程，小流量時宜選前向型葉片；需低揚程、大流量時宜選后向型葉片。5-6 簡述不同葉型對風機性能的影響，并說明前向葉型的風機為何容易超載？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）靜壓項比軸流風機多項；4）氣流出口動壓Pd大；5）動葉本身不能調(diào)整，需借助于葉輪前的可調(diào)前導葉調(diào)整?；欤ㄐ保┝魇斤L機應用于風量最大、風壓較高的送排風系統(tǒng)。（4）真空泵與空壓機。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，在啟動時用來抽氣補水。真空泵在工作時不斷補充水，用來保證形成水環(huán)帶走摩擦引起的熱量。（5）往復式泵。屬于容積式泵，在壓頭變化較大時能夠維持比較穩(wěn)定的流量。往復泵多用于小流量、高揚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水泵。（6）深井泵與潛水泵。深井泵是立式多級泵，潛水泵將電機與水泵裝置在一起沉入液體里工作，省去了泵座及傳動軸。該類水泵一般運用于深井下和作為水下工作泵。（7）旋渦泵。具有小流量、高揚程、低效率的特點，且只需在第一次運轉(zhuǎn)前充液，大多應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 葉輪進口直徑D1=200mm，安裝角，流體相對于葉片的流速5m/s；葉輪出口直徑D2=800mm，葉片安裝角，流體相對于葉片的速度是10m/s；葉輪轉(zhuǎn)速900r/min。作出葉輪進出口速度三角形。若葉輪出口寬度為150mm，計算葉輪流量。入口工作角的多少時，理論揚程最大？本題的葉輪運行條件怎樣改進才能實現(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題5-17圖。習題5-17圖由三角關(guān)系計算m/sm/sm3/sm3/h或者直接由m3/sm3/h由理論揚程計算公式）當時，此時理論揚程最大。因為，需要滿足，根據(jù)入口速度三角形，只有時才能實現(xiàn)，此時和方向重合，氣流平行于入口葉片，因此調(diào)整，可使。5-18 一臺普通風機 n=1000r/min時，性能如下表，應配備多少功率電機？全壓（Pa）2610255024702360221020301830流量(m3/h)47710534925927665058708417662482407全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4解：由式求出該風機在各工況點下的功率如表所示。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的依據(jù)；參考教材表5-4-1，確定電機容量儲備系數(shù)K，取K=1.15，所配電機kw，即取定60kw電機。5-19 5-18題那臺風機，當轉(zhuǎn)速提到n=1500r/min和降到n=700r/min時，性能如何變化？列出性能表。分別應配備多大功率的電機？解：由題意，葉輪直徑和密度不變，各相似工況點滿足由兩式分別計算改變轉(zhuǎn)速后風機的性能，列于表中：當n=1500r/min時的性能參數(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，按電機系列可配Nm=200kw當n=700r/min時的性能參數(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，按電機系列可配21kw電機。5-20 已知4-72-11No.6C型風機在轉(zhuǎn)速為1250rpm時的實測參數(shù)如下表所列，求：（1）各測點的全效率；（2）繪制性能曲線圖；（3）寫出該風機最高效率點的性能參數(shù)。計算及圖表均要求采用國際單位制。序號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）全效率計算公式為各測點全效率計算結(jié)果見下表：序號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）該風機最高效率點性能參數(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系列風機的無因次性能參數(shù)，從而繪制該系列風機的無因次性能曲線。計算中葉輪直徑D20.6m。解：全壓系數(shù)；流量系數(shù)；功率系數(shù)；m/s。列表計算如下：序號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系列風機的無因次性能圖5-22 利用上題得到的無因次性能曲線求4-72-11No.5A型風機在n2900rpm時的最佳效率點的各性能參數(shù)值，并計算該機的比轉(zhuǎn)數(shù)的值。計算時D20.5m。解：根據(jù)相似律，4-72-11No.5A型風機在最佳效率點的流量系數(shù)、全壓系數(shù)和功率系數(shù)分別為：，。m/s，則在該工況點，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型風機在n2900rpm時性能參數(shù)如下表，利用表中的數(shù)據(jù)，結(jié)合5-21題結(jié)果驗證是否可以用同一無因次性能曲線代表這一系列風機的性能。計算中葉輪直徑D20.5m。解：列表計算各點的流量系數(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題計算所得的無因次曲線對比，表明可以用同一無因次性能曲線代表這一系列風機的性能。序號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某單吸單級離心泵，Q0.0735m3/s，H14.65m，用電機由皮帶拖動，測得n1420rpm，N13.3kW；后因改為電機直接聯(lián)動，n增大為1450rpm，試求此時泵的工作參數(shù)為多少？解：此時泵的工作參數(shù)計算如下：流量 m3/s揚程 m功率 kW效率5-25在n2000rpm的條件下實測以離心式泵的結(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之下運行，試求在效率相同的工況點的流量、揚程及效率各為多少？解：此時泵的工作參數(shù)計算如下：流量 m3/s揚程 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：先求出口絕對速度的徑向分速，作出速度三角形。