水力学与水泵习题(含答案)

'水力学与水泵复习题复习提纲一、名词解释（10分）绝对压强：以无气体分子存在的完全真空为零点起算的压强相对压强：以当地同高程的大气压强pa为零点起算的压强真空压强：当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，该点的相对压强为负值，则称该点存在真空。负值的绝对值称为真空压强。测压管高度：液体中任意一点的相对压强可以用测压管内的液柱高度来表示，此液柱高度称为测压管高度测压管水头：把任意一点的相对压强高度与该点在基准面以上的位置之和，称为测压管水头水泵：输送和提升液体的机器，它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的。流量：泵在单位时间内所输送的液体数量扬程：单位重量液体通过泵后所获得的能量轴功率：原动机或电动机传给泵轴上的功率有效功率：单位时间内流过泵的液体从泵那得到的能量效率：泵的有效功率与轴功率的比值允许吸上真空高度：泵在标准状况下运转时，泵所允许的最大的吸上真空高度汽蚀余量：泵入口处，单位重量液体所具有的超过饱和蒸气压力的富裕能量吸水地形高度：泵吸水井水面的测管水面至泵轴之间的垂直高度压水地形高度：从泵轴至水塔的最高水位或密闭水箱液面的测管水面之间的垂直距离水泵静扬程：泵吸水井的设计水面与水塔或密闭水箱最高水位之间的测管高差闭闸启动：泵启动前，压水管上闸阀是全闭的，待电动机运转正常后，再逐步打开闸阀开闸启动；闸阀全开情况下启动电动机水泵工况点：该泵的实际工作能力水泵并联工作：指两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体的工作方式水泵串联工作：指前一台泵的出口向另一台泵的入口输送流体的工作方式工作扬程：设计扬程：水头损失：1、绝对压强、相对压强、真空压强的定义及它们之间的关系。绝对压强p/：以无气体分子存在的完全真空为零点起算的压强相对压强p：以当地同高程的大气压强pa为零点起算的压强p=p/-pa真空压强:当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，该点的相对压强为负值，则称该点存在真空。负压的绝对值称为真空压强。-7- 1、掌握水泵的分类？掌握离心泵的工作原理及工作过程。（简答）（1）水泵按其作用原理可分为以下三类：①叶片式水泵②容积式水泵③其它类型水泵（2）离心泵的工作原理离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，然后，驱动电机，使叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入水泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。在这同时，水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大气压力作用下，沿吸水管而源源不断地流入叶轮吸水口，又受到高速转动叶轮的作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这样，就形成了离心泵的连续输水。（3）离心泵的工作过程：是一个能量的传递和转化的过程，它把电动机高速旋转的机械能转化为被抽升液体的动能或势能2、离心泵主要零部件中的叶轮类型、轴封装置、减漏环的作用，设置位置。（选择）（1）叶轮叶轮一般可分为：单吸式叶轮、双吸式叶轮、叶轮按其盖板情况分：封闭式叶轮（单吸和双吸属这种）、敞开式叶轮、半开式叶轮（2）轴封装置设置位置：泵轴穿出泵壳时，在轴与壳之间存在着间隙，如不采取措施，间隙处就会有泄漏。为此，需在轴与壳之间的间隙处设置密封装置。有填料密封和机械密封作用：起着阻水、阻气的密封作用（3）减漏环(承磨环)设置位置：安装于叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处作用：①减少泵壳内高压水向吸水口的回流量②起乘磨作用4、掌握离心泵的主要性能参数的意义及计算公式，水泵铭牌上各参数的意义。（计算：扬程）（1）流量Q（m3/h，m3/s，l/s）：定义：水泵在单位时间内所输送的液体数量与叶轮结构、尺寸和转速有关。（2）扬程H（m）：定义：单位重量液体通过水泵后所获得的能量，又叫总扬程或总水头。与Q、叶轮结构、尺寸和n有关。（3）轴功率N（kw）：定义：原动机或电动机传给水泵泵轴上的功率。（4）效率η：定义：水泵的有效功率与轴功率的比值。h<100%：容积损失，水力损失，机械损失。（水泵有效功率Nu：单位时间内流过水泵的液体从水泵那得到的能量叫有效功率。）【--液体密度（）；g--重力加速度()；Q--流量()；H---7- 扬程（m）】水泵运行电耗值计算：（5）转速n（r/min）：定义：水泵叶轮转动速度，每分钟转动次数（6）允许吸上真空高度Hs和气蚀余量HsvlHs：指水泵在标准状况下运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度，mH2O。反应离心泵吸水性能。lHsv：指水泵入口处，单位重量液体所具有的超过饱和蒸气压力的富裕能量。反应轴流泵，锅炉泵的吸水性能。(7)水泵名牌上数值的意义表示水泵在设计流速下运转，效率最高时的流量，扬程，轴功率及允许吸上真空高度或气蚀余量值。反应的是水泵效率最高点的各参数值。是该水泵设计工况下的参数值。实例见课本16页）5、掌握离心泵的工作扬程与设计扬程的计算方法和计算公式，公式中各个参数的意义是什么Hss,Hsd,Hv,Hd,Hst等。（计算：扬程）水泵的总扬程基本计算方法：两种（1）进出口压力表表示（校核）H=Hd+HvHd：以水柱高度表示的压力表读数（m）Hv：以水柱高度表示的真空表读数（m）因此，可以把正在运行中的水泵装置的真空表和压力表的读数相加，就可得该水泵的工作扬程。（2）用扬升液体高度和水头损失表示（设计扬程）H=Hst+Σh也即：Hst=Hss+Hsd；Hst：水泵的静扬程，即高位水池与吸水池测压管自由水面之间的高差值；Σh：水泵装置管路中水头损失之总和Hss——水泵的吸水地形高度Hsd——水泵的压水地形高度6、离心泵特性曲线中：为什么离心泵要闭闸启动；轴流泵要开闸启动？为什么离心泵空载运行时间不能过长；水泵Q～H曲线中高效段范围；当重度和粘度发生变化时，特性曲线如何变化？（简答）（1）为什么离心泵要闭闸启动：在空转状态时，轴功率(空载功率)最小，一般为设计轴功率的30％左右，为避免启动电流过大，原动机过载，所以离心式的泵与风机要在阀门全关的状态下启动，待运转正常后，再开大出口管路上的调节阀门，使泵与风机投入正常的运行。轴流泵要开闸启动：在空转状态时，其轴功率No=1.2~1.4Nd，Nd为设计工况时的轴功率。为避免启动电流过大，原动机过载，所以轴流泵应开闸启动。（2）为什么离心泵空载运行时间不能过长：当空载运行时，此时，功率主要消耗在泵的机械损失上，其结果将使泵壳内水的温度上升，泵壳、轴承会发热，严重时可能导致壳的热力变形。因此，在实际运行中，只允许短时间的空载运行（3）水泵Q～H曲线中高效段范围：在效率最高点左右大约10％范围内；（4）当液体重度发生变化：Q~N曲线发生变化，其它曲线基本无变；当液体粘度发生变化：液体粘度愈大，泵内部的能量损失愈大，H和Q减小，效率下降，而轴功率N增大，也即特性曲线发生改变。7、掌握离心泵定速工作时求工况点的图解法作图步骤方法及数解法计算过程。（计算题）图解法：1、直接法；2、折引法-7- 1、直接法步骤（1）绘水泵性能曲线Q～H；（2）绘管道系统特性曲线Q～H；（3）两曲线相交点M称为水泵装置工况点(工作点），此时，M点对应横坐标QA和纵坐标HA分别为水泵装置的出水量和扬程。2、折引法步骤：（1）先在沿Q坐标轴下画出管道损失特性曲线Q～∑h在水泵特性曲线Q～H上减去相应流量下的，得到（Q～H）‘曲线（2）（Q～H）‘为折引特性曲线，沿水塔作一水平线与（Q～H）曲线交于点M’C.由M‘向上作垂线引申与（Q～H）交于M点，则M点纵坐标为水泵的工作扬程。数解法（课本39页）（参考计算实例，课本和课件(2.8~2.9）上有）计算题原理：拟合Q-H曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。8、离心泵装置工况点变化后常用的人为调节方法有哪几种？其调节的原理是什么？进行调节后，Q，H，N变化趋势？（三种方法）闸阀调节：通过改变闸阀的开启度，调节流量，使管道系统特性曲线发生变化，工况点向左移动。利用消耗多余的能量的方法满足工况点的要求变速调节：改变水泵的转速，可以使水泵的性能曲线改变，达到调节水泵工作点的目的。调节过程变径调节：用车削的方法将水泵的外径车小，达到改变水泵性能曲线和扩大使用范围的目的，调节过程9、离心泵调速，变径调节中要掌握：相似定律、比例律，切削律公式；根据书上例题及课堂上的练习题，掌握遇到两类问题的图解法步骤，数解法计算过程。（一定要记这三个公式，计算）（1）相似律公式（2）相似定律的特例——比例律相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：①比例律应用的图解方法比例律在泵站设计与运行中的应用，最常遇到的情形有二种：1、已知水泵转速为n1时的(Q～H)1曲线如图所示，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。求：如果需要水泵在d点工作，其转速n2应是多少?-7- 2、已知水泵n1时的(Q～H)1曲线，试用比例律翻画转速为n2时的(Q～H)2曲线。求出转速n2后，再利用比例律，可翻画出n2时的(Q～H)曲线。②比例律应用的数解法（计算）第一种情况求n2数解法步骤第二种情况画特性曲线图数解法步骤（3）切削律的应用（变径计算）实践证明：在一定条件下，叶轮经过切削后，其性能参数的变化与切削前后轮径间存在下列关系：变径计算：切削律的应用（课件2.8~2.9节）第一类问题：已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。也即；已知叶轮外径D2的特性曲线，要求画出切削后的叶轮外径为D2′时的水泵特性曲线(Q′～H′)曲线、(Q′～N′)曲线及(Q′～η′)曲线。解决这一类问题的方法归纳为“选点．计算、立点、连线”四个步骤。1、在已知的水泵(Q～H)曲结上进行“选点”；2、用切削律公式计算；3、“立点”；4、光滑曲线进行连线。第二类问题：根据用户需求，要水泵在B点工作，流量为QB，扬程为HB，B点位于该泵的(Q～H)曲线的下方如图所示。，现使用切削方法，使水泵的新特性曲线通过B点，试问：切削后的叶轮直径D2′是多少?需要切削百分之几?是否超过切削限量?对于这类问题，已知的条件是：现有水泵的叶轮直径D2及(Q～H)曲线和B点的坐标(QB，HB）。由切削律得H=KQ2“切削抛物线”方程，又称等效率曲线方程。求法：1、将B点的QB、HB，代入“切削抛物线”方程，求出KB2、绘“切削抛物线”曲线，与（Q～H）曲线交于A点（QA，HA），由（QA，HA）和(QB，HB）代入切削律，求得D2′10、（不会出太复杂，重点看前3个模型）重点掌握求离心泵并联工况点图解法四个模型，记住求解步骤及作图方法。数解法中要掌握同型号水泵并联、不同型号水泵并联工况点的求解方法及计算公式。（记结论）11、掌握气蚀的发生条件；什么是气穴现象？什么是气蚀效应？气蚀现象产生的原因？水泵最大安装高度的计算公式；Hs的修正公式；判断气蚀现象发生的方法。（简答+计算）气蚀的发生条件：水泵中最低压力Pk如果降低到被抽液体工作温度下的饱和蒸汽压力(即汽化压力)Pva-7- 时，泵壳内即发生气穴和气蚀现象。气穴现象：当叶轮进口低压区的压力Pk≤Pva时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的气泡中充满蒸汽和逸出的气体。气泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，气泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向气泡中心，在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到几十兆帕，此时，可以听到汽泡冲破时炸裂的噪音，这种现象称为气穴现象。气蚀现象：一般气穴区域发生在叶片进口的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之，应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。在这同时，由于水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽，最后，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。水泵叶轮进口端产生的这种效应称为“气蚀”。汽蚀现象产生的原因：(考点)①安装高度太高；HSS增大，导致HV增大。此时HV可能大于HS。（能控制）②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路阻力或压头损失太高。④水泵本身的抗气蚀性能；⑤大气压值过低；海拔高，大气压低，泵的HS值变小，此时HV可能大于HS。⑥吸水池水位过低水泵最大安装高度（计算，看课本例题p82）HS的修正公式：H`S=HS-（10.33-ha）-（hva-0.24）12、（了解）轴流泵结构中导叶的作用；为什么轴流泵需要开闸启动？轴流泵的工况点调节方式；轴流泵叶轮类型。导叶的作用：把叶轮中向上流出的水流的旋转运动变为轴向运动。调节方式：Q~h曲线呈驼峰形，即高效工作范围很小，根据这一特点，只采取改变叶片装置角β的方法来改变其性能曲线，称变角调节。轴流泵叶轮类型：固定式、半调式和全调式13、（学会判断）射流泵的工作原理；往复泵性能特点；容积泵类型及工作原理。（1）射流泵的工作原理（课本112页）（2）往复泵的性能特点l高扬程、小流量；l开闸启动（与离心泵不同）l不能用闸阀调节流量，常年开闸运行，流量一般恒定值l具有自吸能力l出水不均匀（3）容积泵的分类：容积式泵分为往复式和回转式二大类，在输送高粘度液体或液体粘度变化较大时，采用回转式容积泵比采用往复式容积泵更为适宜。1、回转式容积泵分：齿轮泵、旋转活塞泵、螺杆泵和滑片泵等几类。广泛用于高粘介质的输送。2、往复泵常用的主要有柱塞泵、隔膜泵等。（4）工作原理往复式容积泵（以隔膜泵为例阐述其工作原理）：-7- 气动隔膜泵是一种气动式正向位移自吸泵，右边之泵动解说图显示泵在未自吸前初次泵动之流动模式。回转式容积泵工作原理：依靠螺杆或齿轮相互啮合空间容积变化来输送液体。当螺杆（或齿轮）转动时，使吸入腔容积增大，压力降低，液体在压差的作用下沿吸入管进入吸入腔、随着螺杆或齿轮的连续转动，液体被带到排出腔强行排出。14.泵站设计时选泵的步骤。-7-'