泵与风机-何川主编-第四版-课后习题+思考题(全7章)答案

第二章 思考题

1． 在泵与风机内有哪几种机械能损失？试分析损失的原因以及如何减小这些损失。 答：（1）机械损失：主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。

轴端密封和轴承的摩擦损失与轴端密封和轴承的结构形式以及输送流体的密度有关。这项损失的功率?P约为轴功率的1％—5％，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。

圆盘摩擦损失是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的作用，形成回流运动，此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失。这项损失的功率约为轴功率的2％-10％，是机械损失的主要部分。

提高转速，叶轮外径可以相应减小，则圆盘摩擦损失增加较小，甚至不增加，从而可提 高叶轮机械效率。

（2）容积损失：泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而时部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄露，这种损失称容积损失或泄露损失。

容积损失主要发生在叶轮人口与外壳密封环之间及平衡装置与外壳之间。

如何减小：为了减少进口的容积损失，一般在进口都装有密封环(承磨环或口环)，在间 隙两侧压差相同的情况下，如间隙宽度b减小，间隙长度l增加，或弯曲次数较多，则密封效果较好，容积损失也较小。

（3）流动损失：流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶与壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产生摩擦损失；流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起扩散损失；由于工况改变，流量偏离设计流量时，入口流动角与叶片安装角不一致，会引起冲击损失。

如何减小：减小流量可减小摩擦及扩散损失，当流体相对速度沿叶片切线流入，则没有冲击损失，总之，流动损失最小的点在设计流量的左边。 2． 为什么圆盘摩擦损失属于机械损失？

答：因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的作用，形成回流运动，此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失。由于这种损失直接损失了泵与风机的轴功率，因此归属于机械损失。

3． 功率分为哪几种？它们之间有什么关系？

答：常用功率分为原动机功率Pg、轴功率P和有效功率Pe

Pg=?gPg,in

P=?tmPg

Pe=?P

4.离心式叶轮的理论qV,T-HT?曲线及qV,T-pT?曲线为直线形式，而实验所得的qV-H及

qV-p关系为曲线形式，原因何在？

答：对于有限叶片的叶轮，由于轴向涡流的影响使其产生的扬程降低，该叶轮的扬程

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可用环流系数进行修正。

HT?KHT?

环流系数K恒小于1，且基本与流量无关。因此，有限叶片叶轮的qV,T—HT曲线，也是一条向下倾斜的直线，且位于无限多叶片所对应的qV,T—HT?曲线下方。如图中b线所示。考虑实际流体粘性的影响，还要在

qV,T?H曲线上减去因摩擦、扩散和冲击

而损失的扬程。因为摩擦及扩散损失随流量的平方增加，在减去各流量下因摩擦及扩散

而损失的扬程后即得图中的c线。冲击损失在设计工况下为零，在偏离设计工况时则按抛物线增加，在对应流量下再从c曲线上减去因冲击而损失的扬程后即得d线。除此之外，还需考虑容积损失对性能曲线的影响。因此，还需在d线的各点减去相应的泄漏量q，即得到流量与扬程的实际qV?H性能曲线，如图中e线所示。

对风机的qV—H曲线分析与泵的qV—H曲线分析相同。

5．为什么前弯式叶片的风机容易超载？在对前弯式叶片风机选择原动机时应注意什么问题？

答：前弯式叶轮随流量的增加，功率急剧上升，原动机容易超载。所以，对前弯式叶轮的风机在选择原动机时，容量富裕系数K值应取得大些。 6．离心式和轴流式泵与风机在启动方式上有何不同？

答：离心式泵与风机，在空载时，所需轴功率（空载功率）最小，一般为设计轴功率的30%左右。在这种状态下启动，可避免启动电流过大，原动机过载。所以离心式泵与风机要在阀门全关的状态下启动。

轴流式泵与风机，功率P在空转状态（qV=0）时最大，随流量增加而减小，为避免原动机过载，对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动。 7．轴流式泵与风机空载运行时，功率为什么不为零？ 答：由于存在机械损失和二次回流损失。

8．轴流式泵与风机的性能曲线有何特点？其qV-H及qV-p曲线为什么出现拐点？ 答：轴流式泵与风机的qV—H (qV—p)性能曲线具有如下特点：当在设计工况时，对应

曲线上的d点，此时沿叶片各截面的流线分布均匀，效率最高。当qV

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力系数也增加，因而扬程(全压)上升；当流量达到qVc时冲角已增加到使翼型上产生附面层分离，出现失速现象，因而升力系数降低，扬程(全压)也随之下降，当流量减小到qVb时，扬程(全压)最低；当qV

9．热力学法测效率是基于什么原理？有什么特点？

答：原理：对于高温高压泵，由于不能忽略流体受到压缩而导致密度和比热的变化，因此热力学原理奠定了热力学测试方法的基础。泵叶轮旋转对流体做功，除了使流体获得有用功率之外，尚有各种损失转化为热能，使水温升高；同时流体从泵进口到出口的等熵压缩过程，也会使水温升高。形成泵进出口的温差，因此只需测出泵进、出口的温度和压力，即可求得泵效率?。

特点：热力学法测效率，扬程越高，温差越大，其相对测量误差越小，测量精度很高，因而适用于100m以上的高扬程泵。并可在现场运行条件下进行测试，同时，不必测出水泵的流量，即可求得泵效率。

第二章

2-1有一叶轮外径为460mm的离心式风机，在转速为1450r/min时，其流量为5.1m3/s，试求风机的全压与有效功率。设空气径向流入叶轮，在叶轮出口处的相对速度方向为半径方向，设其p/pT?=0.85，?=1.2kg/m3。 解：u2=

==34.9（m/s） 6060∵叶轮出口处的相对速度为半径方向 ∴?2=90°V2u?=u2

pT?=?u2V2u?=1.2?34.9?34.9=1462.14（Pa）

?D2n??0.46?1450p=0.85pT?=0.85?1462.1=1242.82（Pa）

Pe=

qvP5.1?1242.8==6.34（kW） 100010002-2有一单级轴流式水泵，转速为375r/min，入口直径为980mm，水以v1=4.01m/s的速度沿轴向流入叶轮，以v2=4.48m/s的速度由叶轮流出，总扬程为H=3.7m，求该水泵的流动效率?h。

精选

?Dn??980?10?3?375解：u===19.23（m/s）

6060 ∵水沿轴向流入 ∴V1u?0 V1=V1a=V2a=4.01m/s

2222?v2 v2u?=v2a=4.48?4.01=1.998(m/s) HT=

u?V2u?V1u??19.23??1.998?0??3.9m g9.8 ?h=

H3.7==0.949=94.9% HT3.92-3有一离心式水泵，转速为480r/min，总扬程为136m时，流量qV=5.7m3/s，轴功率为P=9860KW，其容积效率与机械效率均为92%，求流动效率。设输入的水温度及密度为：t=20℃，?=1000kg/m3。 解：?=

Pe?gqVH1000?g?5.7?136===0.77 P1000P1000?9860又∵?=?h?V?m ∴?h=

?0.77==0.91=91% ?V?m0.92?0.922-4用一台水泵从吸水池液面向50m高的水池输送qV=0.3m3/s的常温清水（t=20℃，?=1000kg/m3），设水管的内径为d=300mm，管道长度L=300m，管道阻力系数?=0.028，求泵所需的有效功率。

2p1v12p2v2解：根据伯努利方程 z1+++H=z2+++hw

?g2g?g2g由题知：z1?z2=50； p1=p2=0； v1=v2 v1=v2=

?2d4qV=

0.3?4=4.246（m/s）

?0.323004.2462lv2??25.76m hw=?=0.028?0.32?9.8d2g 代入方程得H=75.76(m)

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