水力學與水泵復習題(含答案)

1、水力學與水泵復習題絕對壓強、相對壓強、真空壓強的定義及它們之間的關系。1.1 以設想完全沒有大氣存在的絕對真空為零計量的壓強稱為絕對壓強p；1.2 以當?shù)卮髿鈮鹤鳛榱泓c計量的壓強是相對壓強p，若當?shù)卮髿鈮簭娪媒^對壓強表示為pa，則相對壓強與絕對壓強的關系為：p=p-pa當液面與大氣相連通時，根據(jù)相對壓強的定義，液面壓強可表示為：p0=0靜止液體中某點的相對壓強為：p二丫h1.3 當液體中某點的絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮簭?，該點的相對壓強為負值，則稱該點存在真空。負壓的絕對值稱為真空壓強：pvpap'掌握水泵的分類？掌握離心泵的工作原理及工作過程。2.1水泵按其作用原理可分為以下三類：（1）

2、葉片式水泵：它對液體的壓送是靠裝有葉片的葉輪高速旋轉而完成的。屬于這一類的有離心泵、軸流泵、混流泵。以葉片式水泵結構簡單，維修方便，在實際應用中最為廣泛。葉片式水泵中：離心泵的特點小流量、高揚程。軸流泵的特點大流量、低揚程?；炝鞅玫奶攸c界于離心泵和軸流泵之間。（2）容積式水泵：它對液體的壓送是靠泵體工作室容積的改變來完成的。容積式泵分為往復式和回轉式二大類（3）其它類型水泵：這類泵是指除葉片式水泵和容積式水泵以外的特殊泵。屬于這一類螺旋泵、射流泵、水錘泵、水輪泵以及氣升泵。2.2離心泵的工作原理離心泵在啟動之前，應先用水灌滿泵殼和吸水管道，然后，驅動電機，使葉輪和水作高速旋轉運動，此時，水受到

3、離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)蝸形泵殼中的流道而流入水泵的壓水管道，由壓水管道而輸入管網(wǎng)中去。在這同時，水泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大氣壓力作用下，沿吸水管而源源不斷地流入葉輪吸水口，又受到高速轉動葉輪的作用，被甩出葉輪而輸入壓水管道。這樣，就形成了離心泵的連續(xù)輸水。離心泵主要零部件中的葉輪類型、軸封裝置、減漏環(huán)的作用，設置位置。葉輪一般可分為單吸式葉輪與雙吸式葉輪兩種葉輪按其蓋板情況分封閉式葉輪（單吸和雙吸屬這種）、敞開式葉輪和半開式葉輪3種形式.軸封裝置：泵軸與泵殼間，有填料密封和機械密封填料密封（壓蓋填料型填料盒）包括5部分：軸封套；填料；水封管；水封環(huán)；壓蓋填料：阻

4、水或阻氣的密封作用，用壓蓋來壓緊，壓得太松達不到效果，壓得太緊機械磨損大，消耗功率大；一般以水封管內(nèi)水能通過填料縫隙呈滴狀滲出為宜。減漏環(huán)（承磨環(huán)）：葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處掌握離心泵的主要性能參數(shù)的意義及計算公式，水泵銘牌上各參數(shù)的意義。（1）流量Q定義：水泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量。與葉輪結構、尺寸和轉速有關。（2）.揚程H定義：單位重量液體通過水泵后所獲得的能量，又叫總揚程或總水頭。與Q、葉輪結構、尺寸和n有關。（3）軸功率N定義：原動機或電動機傳給水泵泵軸上的功率。（4） .效率刀定義：水泵的有效功率與軸功率的比值。<100%容積損失，水力損失，機械損失。水泵有效功

5、率Nu定義：單位時間內(nèi)流過水泵的液體從水泵那得到的能量叫有效功率。NugQH（W）（5） 轉速n定義：水泵葉輪轉動速度，每分鐘轉動次數(shù)。單位：r/min（10003000rpm；2900rpm常見）（6） 允許吸上真空高度Hs和汽蝕余量HsvHs：指水泵在標準狀況下運轉時，水泵所允許的最大的吸上真空高度，mH2O。反應離心泵吸水性能。Hsv：指水泵入口處，單位重量液體所具有的超過飽和蒸氣壓力的富裕能量。反應軸流泵，鍋爐泵的吸水性能。（7） 水泵名牌上數(shù)值的意義表示水泵在設計流速下運轉，效率最高時的流量，揚程，軸功率即允許吸上真空高度或汽蝕余量值。反應的是水泵效率最高點的各參數(shù)值。是該水泵設計工

6、況下的參數(shù)值。實例見課本16頁）掌握離心泵的工作揚程與設計揚程的計算方法和計算公式，公式中各個參數(shù)的意義是什么Hss,Hsd,Hv,Hd,Hst等。水泵的總揚程基本計算方法：（Hst、Hss和Hsd的定義）（1）進出口壓力表表示（校核）H=Hd+HvHd：以水柱高度表示的壓力表讀數(shù)（m）Hv：以水柱高度表示的真空表讀數(shù)（m）因此，可以把正在運行中的水泵裝置的真空表和壓力表的讀數(shù)相加，就可得該水泵的工作揚程。（2）用揚升液體高度和水頭損失表示（設計揚程）。H=HST+2h也即：HST=Hss+Hsd；Hst：水泵的靜揚程（mH2O）,即高位水池與吸水池測壓管自由水面之間的高差值；2h:水泵裝置管

7、路中水頭損失之總和（mH2O）。其中，HST=Hss+Hsd；STHss水泵的吸水地形高度，即泵軸與敞開的吸水池自由水面之間的高差值；或泵軸與封閉的吸水池測壓管自由水面高差值；也稱安裝高度，當水面測壓管高度低于泵軸時，泵為抽吸式工作情況，高于泵軸為自灌式。Hsd水泵的壓水地形高度，即高位水池測壓管自由水面與泵軸之間高差值。離心泵特性曲線中涉及到的問題：為什么離心泵要閉閘啟動；為什么離心泵空載運行時間過長；水泵QHH曲線中高效段范圍；當重度和粘度發(fā)生變化時，特性曲線如何變化？實測特性曲線討論（重點）（一）離心泵與風機性能曲線討論（1）QH曲線中掌握：特性曲線的特點：下傾的拋物線型（QH曲線是下降

8、的曲線，即隨流量Q的增大，揚程H逐漸減少；）水泵高效段范圍：在效率最高點左右大約10范圍內(nèi)；泵與風機在此區(qū)域內(nèi)工作最經(jīng)濟。給定的流量下，均有一個與之對應的揚程H或全壓p,功率N及效率刀值，這一組參數(shù)，稱為一個工況點。最高效率所對應的工況點，稱最佳工況點，它是泵與風機運行最經(jīng)濟的一個工況點。（2）QN曲線中掌握：曲線特點：離心泵的功率曲線是一上升的曲線，即功率隨流量的增加而增加。當流量為零時，其軸功率最小，約為額定功率的30左右。當液體密度發(fā)生變化，QN曲線發(fā)生變化。為什么水泵空載運行時間不能過長？流量Q=0時，相應軸功率并不等于0。這時，空載功率主要消耗在機械損失上，如旋轉的葉輪與流體的摩擦，

9、使水溫迅速升高，會導致泵殼變形、軸彎曲以致汽化，因此，為防止汽化，一般不允許在空轉狀態(tài)下運行或不能空載運行時間太長。（通常15min）閉閘啟動的概念和原因：泵啟動前，壓水管上閘閥是全閉的，待電動機運轉正常后，壓力表讀數(shù)達到預定數(shù)值時，在逐步打開閘閥，使泵正常運行。在空轉狀態(tài)時，軸功率（空載功率）最小，一般為設計軸功率的30左右，為避免啟動電流過大，原動機過載，所以離心式的泵與風機要在閥門全關的狀態(tài)下啟動，待運轉正常后，再開大出口管路上的調節(jié)閥門，使泵與風機投入正常的運行。（3）當液體重度發(fā)生變化，QN曲線發(fā)生變化，其它曲線基本無變；當液體粘度發(fā)生變化，泵內(nèi)部的能量損失愈大，H和Q減小，效率下降

10、，而軸功率N增大，也即特性曲線發(fā)生改變。掌握設計工況點、瞬時工況點定義。離心泵定速工作時求工況點的方法：要掌握圖解法作圖步驟；數(shù)解法求解過程（計算題）。7.1 瞬時工況點：我們把這些值在QH曲線、QN曲線、以及Qy曲線上的具體位置，即水泵運行時實際的出水流量、揚程、軸功率、效率及吸上真空高度等稱為該水泵裝置的瞬時工況點或稱水泵實際工作點，它表示了該水泵在此瞬時的實際工作能力。水泵設計工作點：水泵在最高效率點運行時的流量、揚程、軸功率及吸上真空高度等稱水泵設計工作點。7.2 離心泵裝置工況點的確定方法：圖解法和數(shù)解法。圖解法：1、直接法；2、折引法1、直接法步驟（1）繪水泵性能曲線QH;（2）繪

11、管道系統(tǒng)特性曲線QH;（3）兩曲線相交點M稱為水泵裝置工況點（工作點），此時，M點對應橫坐標QA和縱坐標HA分別為水泵裝置的出水量和揚程。2、折引法步驟：（1）先在沿Q坐標軸下畫出管道損失特性曲線Q匯h在水泵特性曲線QH上減去相應流量下的，得到（QH）曲線（2） （QlH）為折引特性曲線，沿水塔作一水平線與（QH）曲線交于點MC.由M'向上作垂線引申與（QH）交于M點，則M點縱坐標為水泵的工作揚程。折引法圖解離心家裝置的r況點高心泉裝宜的工況點數(shù)解法（課本39頁）（參考計算實例，課本和課件（2.82.9）上有）計算題原理：擬合Q-H曲線，與管道系統(tǒng)特性曲線聯(lián)立求解工況點。Hf(Q)2H

12、HstSQ2步驟如下:(1)根據(jù)水廠樣本提供的高效段（QH）曲線，設方程為：2HHxSxQ2（2）在曲線上任意取兩點（Q1 , H1)、(Q2, H2),則有SxH1 H2q2 Q22Hx H1SxQ2（3）離心泵工況點:HX HSTSxSH stsq2Hx水泵在Q=0時所產(chǎn)生的虛總揚程（MPa）;Q, H, N變化趨勢?Sx泵體內(nèi)虛阻耗系數(shù)；離心泵裝置工況點變化后常用的人為調節(jié)方法有哪幾種？其調節(jié)的原理是什么？進行調節(jié)后,水泵的工況點調節(jié)方法(Q,H,N變化趨勢據(jù)圖分析)自動調節(jié)(2) 變速調節(jié)1)定義：改變水泵的轉速，可以使水泵的性能曲線改變，達到調節(jié)水泵工作點的目的。2)調節(jié)過程H1/H

13、2=(Q1/Q2)2H=KQ23)實現(xiàn)方法：采用可變電動機或可變速傳動設備。(3) 變徑調節(jié)(車削調節(jié))1)定義：用車削的方法將水泵的外徑車小，達到改變水泵性能曲線和擴大使用范圍的目的，稱為變徑調節(jié)。2)調節(jié)過程Ha/H=(Qa/Q)2H=KQ23)實現(xiàn)方法：通過車削外徑Q他口Q口Ml Qh QwQ(4)變角調節(jié)定義：用改變?nèi)~輪的葉片安裝角度，使水泵性能曲線改變的方法，稱為水泵工況的變角調節(jié)。(5)閘閥調節(jié)通過改變閘閥的開啟度，調節(jié)流量，使管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生變化，工況點向左移動。利用消耗多余的能量的方法滿足工況點的要求。優(yōu)點：調節(jié)流量，簡便易行，可連續(xù)變化缺點：關小閥門時增大了流動阻力，額外

14、消耗了部分能量，經(jīng)濟上不夠合理。根據(jù)書上例題及課堂上的練習題，掌握遇到兩類問離心泵調速，變徑調節(jié)中要掌握：相似定律、比例律，切削律公式;題的圖解法步驟，數(shù)解法計算過程。(1)相似律公式9.1 第一相似律確定兩臺在相似工況下運行水泵的流量之間的關系。q 3 nQm( v)m nmQQmnm9.2 第二相似律確定兩臺在相似工況下運行水泵的揚程之間的關系。nmH2rH m nmNNm35 n3 nm(2)相似定律的特例比例律9.3 第三相似律確定兩臺在相似工況下運行水泵的軸功率之間的關系。3N5n(M)m3Nmnm(M)相似定律應用于以不同轉速運行的同一臺葉片泵，則可得到比例律:Q1n_Q2n2H1

15、/ n1 、2% (7N1小3后(n2)（一）比例律應用的圖解方法比例律在泵站設計與運行中的應用，最常遇到的情形有二種：A2(Q2 , H2)處。已知水泵轉速為n1時的（QH）1曲線如圖所示，但所需的工況點，并不在該特性曲線上，而在坐標點求：如果需要水泵在d點工作，其轉速n2應是多少？見下圖9.1（課本45頁或課件2.82.9第27張）2、已知水泵n1時的（QH）1曲線，試用比例律翻畫轉速為n2時的（QH）2曲線。求出轉速n2后，再利用比例律，可翻畫出n2時的（QH）曲線。由于n1和n2均為已知值。利用迭代法，在n1的（Q點，重復可得n2曲線的其它點，用光滑曲線連結可得出（1）在（QH）l線上

16、任取a、b、c、d、e、f點；（2）利用比例律求（QH）2上的a'、b'、c'、d'、e'、f'作（QH）2曲線。同理可求（QN）2曲線。（3）求（Q一刀）2曲線。在利用比例律時，認為相似工況將已知圖中a、b、b、d等點的效率點平移即可。H）曲線上任意取（Q1,H1）點，利用比例律得出相應的（Q2,H2）比例律應用的解圖求n2（QH）曲線。下對應點的效率是相等的,Hmn2凸n2HHf常數(shù)Kq2QmHKQ2_相似工況拋物線圖9.1（二）比例律應用的數(shù)解法（計算）1.第一種情況求n2數(shù)解法步驟：（1）首先求出n1所對應的曲線（QH）1的回歸方程式求出

17、通過A2點的等效率曲線的方程式（2）列方程組求解得出（QH）1曲線上與A2點效率相等的點A1（3）利用比例律推導出n2第二種情況畫特性曲線圖數(shù)解法步驟1）設n2時水泵（QH） 2曲線方程為假設在（QH）2上任意取兩點（Qa',Ha'）,（Qb'與Hb相似的位于n1時（QH）1上的兩點為（Qa,Ha）,（Qb,Hb）,滿足比例律。2）轉速為n1時,Hi Hx'2Sx'QiSxH aQb2H bQa2H x= H a+ S xQ a2轉速為n2時,換算得:Sx'Ha'Hb'Qb'2Qa'2_2Ha'+SxQa&

18、#39;SX'SX則（QH）2曲線對應的回歸方程式為n22SxQ2（3）切削律的應用（變徑計算）實踐證明：在一定條件下，葉輪經(jīng)過切削后，其性能參數(shù)的變化與切削前后輪徑間存在下列關系：Q'D'2H'D'2、2N'D'2、3（）（）QD2HD2ND2變徑計算：切削律的應用（課件2.82.9節(jié)）第一類問題：已知葉輪的切削量，求切削前后水泵特性曲線的變化。也即；已知葉輪外徑D2的特性曲線，要求畫出切削后的葉輪外徑為D2'時的水泵特性曲線（Q'H'）曲線、（Q'N'）曲線及（Q'刀）曲線。解決這一類問

19、題的方法歸納為選點.計算、立點、連線”四個步驟。1、在已知的水泵（QH）曲結上進行選點”；2、用切削律公式計算；3、 文點”；4、光滑曲線進行連線。第二類問題:根據(jù)用戶需求，要水泵在B點工作，流量為Qb,揚程為Hb,B點位于該泵的（QH）曲線的下方如圖所示。，現(xiàn)使用切削方法，使水泵的新特性曲線通過B點，試問：切削后的葉輪直徑D2'是多少加要切削百分之幾？是否超過切削限量？對于這類問題，已知的條件是：現(xiàn)有水泵的葉輪直徑D2及（QH）曲線和B點的坐標（QB,Hb）。由切削律得H=KQ2"切削拋物線”方程，又稱等效率曲線方程。求法：1、將B點的Qb、Hb,代入切削拋物線”方程，求出

20、Kb2、繪切削拋物線”曲線，與（QH）曲線交于A點（QA,HA）,得D2'n目切劑量工？與。%重點掌握求離心泵并聯(lián)工況點圖解法四個模型，記住求解步驟及作圖方法。水泵并聯(lián)、調速泵與定速泵并聯(lián)工況點的求解方法。并聯(lián)工作四種模型的求解方法同型號、同水位管道對稱布置的兩泵工況點的圖解法步驟：由（QA,HA）和（QB,HB）代入切削律，求數(shù)解法中要掌握同型號水泵并聯(lián)、不同型號（1）繪制單泵特性曲線（QH）1,2（2）繪制兩臺水泵并聯(lián)后的總和（QH）l+2曲線;繪制管道系統(tǒng)特性曲線，求出并聯(lián)工況點；HHSThAOh0GHHST(-SAOSOG)Q12（4）求每臺泵的工況點：通過M點作橫軸平行線，交

21、單泵的特性曲線于N點，此N點即為并聯(lián)工作時，各單泵的工況點。結論(1)N'>N1,2,因此，在選配電動機時，要根據(jù)單條單獨工作的功率來配套。(2)Q'>Q1,2,2Q>Q1+Z即兩臺泵并聯(lián)工作時，其流量不能比單泵工作時成倍增加。水泵并聯(lián)臺數(shù)不是越多越好，每臺泵的工況點，隨著臺數(shù)的增加向揚程高的一側移動。臺數(shù)過多，可能會使工況點移出高效段范圍。見上右圖不同型號兩泵在相同水位下并聯(lián)工作工況點的圖解法步驟：(1)繪制兩臺水泵折引至B點的(Q-H)n、(Q-H)I曲線。(2)繪制兩臺水泵折引至B點的(Q-H)'I+n曲線繪制BD段管道系統(tǒng)特性曲線，求并聯(lián)工況點

22、EHb HhABHSabQ2(4)求每臺泵的工況點并聯(lián)機組的總軸功率及總效率：Ni2NiN2Q1H1Q2H212NiN2同型號定速泵和調速泵并聯(lián)工作常見兩類問題的圖解法在調速運行中可能會遇到兩類問題：(1)調速泵的轉速n1與定速泵的轉速n2均為已知，試求二臺并聯(lián)運行時的工況點。其工況點的求解可按不同型號的2臺水泵在相同水位下的并聯(lián)工作所述求得。(2)只知道調速后兩臺泵的總供水量為QP(HP為未知值)，試求調運泵的轉速n1值(即求調速值)。步驟：(1)繪制定速泵特性曲線(Q-H)mi及折引至B點的特性曲線(Q-H)曲線。(2)繪制折引至B點的管道系統(tǒng)特性曲線(Q-匯hBD)。在曲線(Q-匯hBD

23、)找到已知流量QP的對應點P。(4)由P點引平行線，與曲線(Q-H)II'交于點H,由H點向上引垂線，與曲線(Q-H)I,II交于點J(Qii,Hii)。(5)根據(jù)公式Qi=QP-Qii，HI=HP+SABQI2,得到調速泵的工況點M。(6)繪制過點M的等效率曲線H=KQ2,其中K=HI/QI2。該曲線與泵特性曲線(Q-H)i,ii交與T點(Qt,Ht)。(7)根據(jù)比例律Qi/QT=n2/ni求調速泵的轉速展。用，外導數(shù)率曲代數(shù)解法中要掌握同型號水泵并聯(lián)、不同型號水泵并聯(lián)、調速泵與定速泵并聯(lián)工況點的求解方法(參見課本2.10.3節(jié))掌握表征泵吸水性能的兩個參數(shù)。汽蝕的發(fā)生條件；氣穴現(xiàn)象

24、；汽蝕效應。汽蝕發(fā)生的原因？水泵最大安裝高度的計算公式；Hs的修正公式；汽蝕余量的計算公式。氣穴和氣蝕水泵中最低壓力Pk(如降低到被抽液體工作溫度下的飽和蒸汽壓力(即汽化壓力)Pva時，泵殼內(nèi)即發(fā)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象。14.1 氣穴現(xiàn)象：當葉輪進口低壓區(qū)的壓力戶Pk<Pva時，水就大量汽化，同時，原先溶解在水里的氣體也自動逸出，出現(xiàn)冷沸”現(xiàn)象,形成的汽泡中充滿蒸汽和逸出的氣體。汽泡隨水流帶入葉輪中壓力升高的區(qū)域時，汽泡突然被四周水壓壓破，水流因慣性以高速沖向汽泡中心，在汽泡閉合區(qū)內(nèi)產(chǎn)生強烈的局部水錘現(xiàn)象，其瞬間的局部壓力，可以達到幾十兆帕，此時，可以聽到汽泡沖破時炸裂的噪音，這種現(xiàn)象稱為氣穴

25、現(xiàn)象。14.2 氣蝕現(xiàn)象：一般氣穴區(qū)域發(fā)生在葉片進口的壁面，金屬表面承受著局部水錘作用，經(jīng)過一段時期后，金屬就產(chǎn)生疲勞，金屬表面開始呈蜂窩狀，隨之，應力更加集中，葉片出現(xiàn)裂縫和剝落。在這同時，由于水和蜂窩表面間歇接觸之下，蜂窩的側壁與底之間產(chǎn)生電位差，引起電化腐蝕，使裂縫加寬，最后，幾條裂縫互相貫穿，達到完全蝕壞的程度。水泵葉輪進口端產(chǎn)生的這種效應稱為氣蝕”。氣蝕兩個階段氣蝕第一階段，表現(xiàn)在水泵外部的是輕微噪音、振動和水泵揚程、功率開始有些下降。氣蝕第二階段，氣穴區(qū)就會突然擴大，這時，水泵的H、N、刀就將到達臨界值而急劇下降，最后終于停止出水。汽蝕的危害(1)性能下降：流量、揚程、效率下降(2

26、)過流部件遭到剝蝕(3)產(chǎn)生噪聲和振動汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：安裝高度太高；Hss增大，導致Hv增大。此時Hv可能大于Hs。(能控制)被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；抽升的液體溫度高，飽和蒸汽壓力值hva升高，泵的Hs將下降。吸入管路阻力或壓頭損失太高。水泵本身的抗氣蝕性能；大氣壓值過低；海拔高，大氣壓低，泵的Hs值變小，此時Hv可能大于Hso吸水池水位過低水泵最大安裝高度(計算，看課本例題)2HssHv,hs2g對于各種泵都給定了一個允許吸上真空高度Hs,此Hs為式中Hv的最大限值，實用中，Hv超過Hs值時，意味著泵將發(fā)生氣蝕。即必須使Hv<HsoHs與當?shù)卮髿鈮?Pa)及抽升水的溫

27、度有關：當?shù)卮髿鈮涸降?，水泵的Hs值就將越小水溫越高，水泵的Hs值也將越小。Hs的修正公式：(HsHs(10.33ha)(hva0.24)H's一修正后采用的允許吸上真空高度(m)HS水泵廠給定的允許吸上真空高度(m)ha安裝地點的大氣壓(mH20);hav實際水溫下的飽和蒸汽壓力。、氣蝕余量(NPSH)r：衡量軸流泵等的吸水性能水泵廠樣本中要求的氣蝕余量越小，表示該水泵的吸水性能越好。Hsv實際>Hsv允許汽蝕余量有兩種概念:一是裝置汽蝕余量;二是必需汽蝕余量裝置汽蝕余量(NPSH)a即裝置給水裝置汽蝕余量是指水泵吸水側管路裝置給予水泵基準面單位重力水所具有的超過飽和汽化壓力水頭的能量,泵提供的汽蝕余量。汽蝕基本方程左邊表示的就是裝置汽蝕余量，即必需汽蝕余量(NPSH)r為了使泵不發(fā)生汽蝕，泵進口處必需具有的超過飽和汽化壓力