水力学与水泵复习题(有答案）.doc

'1绝对压强、相对压强、真空压强的定义及它们之间的关系。压力表和真空表读数表示的是相对压强还是绝对压强。绝对压强：p＇以设想完全没有大气存在的绝对真空为零计量的压强。相对压强：P以当地大气压作为零点计量的压强。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。负压的绝对值成为真空压强。绝对压强永远是正值，相对压强可正也可负，真空压强（真空值）不能为负值。它们之间的关系：若当地大气压强用绝对压强表示为pa，则相对压强与绝对压强的关系为：p=p＇-pa；当液面与大气相连通时，根据相对压强的定义，液面压强可表示为：p0=0，静止液体中某点的相对压强为：p=γh；真空压强PV=pa-p＇。压力表读数，真空表读数表示的都是相对压强2水头损失的定义及计算。水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。其中边界是外因，粘滞性是内因。根据边界条件的不同，水头损失分两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比，称为沿程水头损失，用hf表示；由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、流速分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示沿程阻力系数的变化规律或3掌握水泵的分类，包括叶片式水泵、容积式水泵、其他类型水泵。(1)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。属于这一类的有离心泵、轴流泵、混流泵(2)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。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。(3)其它类型水泵：这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。属于这一类螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵。4掌握离心泵的工作原理及工作过程。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。工作过程：离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，谈后驱动电机，使叶轮和水做高速旋转运动，此时，水受到离心力的作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道流入水泵的压水管道，由压水管道输入到管网中去；与此同时，水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水在外界大气压的作用下，通过吸水管而源源不断地流入水泵叶轮，水又收到告诉转动叶轮的作用，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。离心泵工作过程实际上就是一个能量传递和转化的过程，它把原动机（电机）的告诉旋转的机械能转换成水的动能和势能。在能量传递和转化过程中，就伴随着许多能量损失，这种能量损失越大，说明该离心泵的性能越差，工作效率越低。5离心泵主要零部件中的叶轮、轴封装置、减漏环的作用，设置位置及类型。叶轮：是离心泵的主要零件，叶轮的形状和尺寸是通过水力计算来决定的。选择叶轮材料时，除了要考虑离心力作用下的机械强度以外，还要考虑材料的耐磨和耐腐蚀性能。目前多数叶轮采用铸铁、铸钢和青铜制成。叶轮一般可分为单吸式叶轮与双吸式叶轮两种。 轴封装置：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。当间隙处的液体压力大于大气压力(如单吸式离心泵)时，泵壳内的高压水就会通过此间隙向外大量泄漏；当间隙处的液体压力为真空(如双吸式离心泵)时，则大气就会从间隙处漏入泵内，从而降低泵的吸水性能。为此，需在轴与壳之间的间隙处设置密封装置，称之为轴封。安装在泵轴与泵壳间目前，应用较多的轴封装置有填料密封、机械密封。减漏环(承磨环)：叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处存在一个转动接缝，容易发生水的回流。产生容积损失。安装在叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处6掌握离心泵的主要性能参数的定义及计算公式，水泵铭牌上各参数的意义。1．流量Q：定义：水泵在单位时间内所输送的液体数量，单位：m3/h，m3/s，l/s等。与叶轮结构、尺寸和转速有关。2．扬程H：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。，单位：m3．轴功率N定义：原动机或电动机传给水泵泵轴上的功率。单位：千瓦或马力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定义：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。轴功率公式：水泵运行电耗值计算：5．转速n定义：水泵叶轮转动速度，每分钟转动次数，单位：r/min（1000~3000rpm；2900rpm常见）6．允许吸上真空高度Hs和汽蚀余量Hsv（1）Hs：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。（2）Hsv：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。水泵铭牌上各参数表示水泵在设计流速下运转，效率最高时的流量，扬程，轴功率即允许吸上真空高度或汽蚀余量值。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。7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。工作扬程：HG=HV+Hd（即只要把正在运行中的水泵装置的真空表和压力表读数（按mH2O计）相加，就可得到该水泵的工作扬程）设计扬程：HD=HST+∑h（即等于静扬程加上管路当中总的水头损失）各个参数的意义：HG——水泵装置的工作扬程。HD——水泵装置的设计扬程。HSS——水泵泵轴与吸水池测压管水面的高差，称之为水泵安装高度，也叫水泵的吸水地形高度。若泵轴比吸水池测压管水面高，HSS为正值；反之，HSS为负值。HSd——高地水池测压管水面与水泵泵轴的高差，称之为水泵的压力地形高度。若高地水池测压管水面比泵轴高，HSd为正值，反之，HSd为负值。HST——吸水池测压管水面与高地水池测压管水面之间的高差，称之为水泵的静扬程。∑hs——水泵吸水管路中的水头损失，包括全部沿程损失和局部损失。∑hd——水泵压水管路中的水头损失，包括全部沿程损失和局部损失。∑h——水泵吸、压水管路中的总水头损失。Pa——大气压力（Pa）Pv——真空表读数（Pa）Pd——压力表读数（Pa）8离心泵特性曲线中涉及到的问题：掌握离心泵启动方式；为什么离心泵空载运行时间不能过长；水泵Q～H曲线中高效段范围等问题。（1）离心泵的启动均采用“闭闸启动”方式。“闭闸启动” 就是水泵启动前，要将水泵出口的控制闸阀完全关闭，然后启动电机{水泵}，此时，Q=0；待电动机运转正常后再缓缓打开控制闸阀，使水泵正常工作。（2）Q=0时，N=N0，最小，称之为空载功率。这部分空载功率N0主要消耗于机械损失上，用于克服机械摩擦，使水温升高和泵壳、轴承发热等，严重时可能导致金属热力变形。所以，水泵在Q=0的空载情况下，只能做短时间运行。（3）效率曲线中间高，有一个极大指点，是水泵的最高效率点，其值叫做水泵的额定（设计）效率。水泵在这个点工作是最经济的，在这个点左右两边一定范围内（一般比最高效率不低于10%）的效率也比较高，能在这个范围内工作，水泵的效率也就相当令人满意了，所以称这个高功率范围为水泵的高效段，通常用波形线“~”来标出这个高效段。9掌握设计工况点、瞬时工况点定义。离心泵定速工作时求工况点的方法：要掌握图解法作图步骤；数解法求解步骤及涉及到的特性曲线回归方程式，管道系统特性曲线回归方程式形式。设计工作点：水泵在最高效率点运行时的流量、扬程、轴功率及吸上真空高度等称水泵设计工作点。瞬时工况点：我们把这些值在Q～H曲线、Q—N曲线、以及Q一η曲线上的具体位置，即水泵运行时实际的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称为该水泵装置的瞬时工况点或称水泵实际工作点，它表示了该水泵在此瞬时的实际工作能力。离心泵装置工况点的确定：（方法：图解法和数解法。）（一）图解法求离心泵装置工况点：直接法和折引法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需；（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（二）数解法求离心泵装置的工况点原理：拟合Q-H曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点。拟合Q-H曲线(1)H——水泵的实际扬程(MPa)；Hx——水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)；hx——相应于流量为Q时，泵体内的虚水头损失之和。hx=SxQmMPaSx——泵体内虚阻耗系数;m——指数。(2)抛物线法：水泵性能曲线Q～H方程和管道系统特性曲线Q～H需方程联合求解可求。即H=f(Q)H=HST+SQ2一般水泵厂仅提供Q～H曲线的高效段，设方程为H=HX-hx=HX-SxQ2HX—水泵Q=0时的虚扬程由于Q～H曲线的高效段已知，可在曲线上设两点（Q1，H1和Q2，H2），求两方程联合求解，得步骤如下：（1）根据水厂样本提供的高效段（Q~H）曲线，设方程为:（2）在曲线上任意取两点（Q1，H1）、（Q2，H2），则有（3）离心泵工况点： （三）离心泵工作点的校核离心泵在此工作点工作是否正常，主要从以下几点进行校核：1、流量和扬程是否满足使用要求；2、水泵是否在高效区工作；3、水泵不超载或空载；4、水泵不发生汽蚀。10离心泵装置工况点常用的调节方法有哪几种？其调节的原理是什么？进行调节后，Q，H，N变化趋势？（1）自动调节：设置水塔，水池。管网中用水量减少，水输入水塔，水塔的水箱中水位不断升高，对水泵装置而言，静扬程不断增高，水泵的工况点将沿Q～H曲线向流量减小侧移动(向左移动，由B点移至C点)，供水量越小。相反地，城市中用水量增大，管网内静压下降，水塔出水，水箱中水位下降，水泵装置的工况点就将自动向流量增大侧移动(向右移动)。泵站在整个工作中，只要城市管网中用水量是变化的，管网压力就会变化，致使水泵装置的工况点也作相应的变动。2）变速调节：1）定义：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。2）调节过程H1/H2=（Q1/Q2）2H=KQ23）实现方法：采用可变电动机或可变速传动设备。（3）变径调节（车削调节）1）定义：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，称为变径调节。2）调节过程Ha/H=（Qa/Q）2H=KQ23）实现方法：通过车削外径（4）变角调节定义：用改变叶轮的叶片安装角度，使水泵性能曲线改变的方法，称为水泵工况的变角调节。（5）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。缺点：消耗能量大。但方便易行。11离心泵调速，变径调节中要掌握：比例律，切削律公式；根据书上例题及课堂上的练习题，掌握遇到的第二类问题的图解法步骤，数解法计算公式及步骤。比例律：把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：比例律应用的图解方法第二种情况：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。解法：1、采用“相似工况抛物线”方法来求解n2：（1）求“相似工况抛物线”方程：由比例律得H=KQ2（2）将A2(Q2，H2)代入H=KQ2得K值，作H=KQ2方程曲线，与转速为n1的(Q—H)曲线相交得点A1(Q1,H1)，A1与A2相似。（3）由比例律得：2、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。由于n1和n2均为已知值。利用迭代法，在n1的(Q～H)曲线上任意取(Q1,H1)点，利用比例律得出相应的(Q2,H2)点…，重复可得n2曲线的其它点，用光滑曲线连结可得出n2(Q～H)曲线。（1）在(Q—H)l线上任取a、b、c、d、e、f点；（2）利用比例律求(Q—H)2上的a’、b’、c’、d’、e’、f’……作(Q—H)2曲线。同理可求(Q—N)2曲线。（3）求(Q—η)2曲线。 在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等的，将已知图中a、b、b、d等点的效率点平移即可。数解法：1）设n2时水泵（Q~H）2曲线方程为假设在（Q~H）2上任意取两点(Qa’,Ha’),(Qb’,Hb’),与之相似的位于n1时（Q~H）1上的两点为(Qa,Ha),(Qb,Hb),满足比例律。2）转速为n1时，转速为n2时，换算得:则（Q~H）2曲线对应的回归方程式为水泵叶轮切削律: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：第二类问题: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′。12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、不同型号水泵并联及调速泵与定速泵并联的求解方法。并联工作的图解法等值折算的概念：从系统能量平衡出发，进行适当的等值折算，把系统折算成一台等值泵和一条简单的管道，即用等值泵的扬程特性曲线代替并联诸泵的特性，用等值的简单管道系统特性曲线取代实际的管道系统特性曲线。 水泵并联性能曲线的绘制：1、先把并联的各台水泵的(Q～H)曲线绘在同一坐标图上，然后把对应于同一H值的各个流量加起来，如图所示，把I号泵(Q～H)曲线上的1、1′、1״分别与Ⅱ号泵Q～H曲线上的2、2′、2״各点的流量相加，则得到I、Ⅱ号水泵并联后的流量3、3′、3״，然后连接3、3′、3״各点即得水泵并联后的总和(Q～H)曲线。2、等值泵扬程特性曲线的起点，由扬程曲线较低水泵的（憋死）流量Q＝0时的点扬程与该扬程下另一台水泵的流量决定。①同型号、同水位的两台水泵的并联工作步骤：(1)绘制单泵特性曲线（Q~H)1,2(2)绘制两台水泵并联后的总和(Q～H)l+2曲线；(3)绘制管道系统特性曲线，求出并联工况点；(4)求每台泵的工况点：通过M点作横轴平行线，交单泵的特性曲线于N点，此N点即为并联工作时，各单泵的工况点。结论：(1)N’＞N1,2，因此，在选配电动机时，要根据单条单独工作的功率来配套。(2)Q’＞Q1,2，2Q’＞Q1+2，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。②不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作特点：两台水泵的特性曲线不同，管道中水流的水力不对称。所以，自吸水管端A和C至汇集点召的的水头损失不相等。2台水泵并联后，每台泵的工况点的扬程也不相等。因此，欲绘制并联后的总和(Q～H)曲线，一开始就不能使用等扬程下流量叠加的原理。用折引特性曲线法作图步骤：(1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)Ⅱ、(Q-H)Ⅰ曲线。(2)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)’Ⅰ＋Ⅱ曲线(3)绘制BD段管道系统特性曲线,求并联工况点E(4)求每台泵的工况点并联机组的总轴功率及总效率：③如果两台同型号并联工作的水泵，其中一台为调速泵，另一台是定速泵。在调速运行中可能会遇到两类问题：(1)调速泵的转速n1与定速泵的转速n2均为已知，试求二台并联运行时的工况点。其工况点的求解可按不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作所述求得。(2)只知道调速后两台泵的总供水量为QP(HP为未知值)，试求调运泵的转速n1值(即求调速值)。步骤：(1)绘制定速泵特性曲线(Q-H)I,II及折引至B点的特性曲线(Q-H)II’曲线。(2)绘制折引至B点的管道系统特性曲线(Q-∑hBD)。(3)在曲线(Q-∑hBD)找到已知流量QP的对应点P。(4)由P点引平行线，与曲线(Q-H)II’交于点H，由H点向上引垂线，与曲线(Q-H)I,II交于点J（QII,HII)。(5)根据公式QI=QP-QII,HI=HP+SABQI2,得到调速泵的工况点M。(6)绘制过点M的等效率曲线H=KQ2，其中K=HI/QI2。该曲线与泵特性曲线(Q-H)I,II交与T点(QT,HT)。(7)根据比例律QI/QT=n2/n1求调速泵的转速n2。 ④一台水泵向两个并联工作的高地水池输水（1）水泵向两个高地水池输水步骤：(1)绘制水泵特性曲线(Q-H)及折引至B点的特性曲线(Q-H)’曲线。(2)绘制高位水箱及低位水箱折引至B点的管道系统特性曲线(Q-∑hBD)和(Q-∑hBC)曲线(3)绘制并联管道系统特性曲线(Q-∑hBD+BC),求并联工况点M(4)由M点分别向上做垂线和向左做平行线，求泵的工况点M’及水箱的入流量。（2）水泵与高水池D并联工作，共同向低水池C输水步骤：(1)绘制水泵特性曲线(Q-H)及折引至B点的特性曲线(Q-H)’曲线。(2)绘制高位水箱的水头线及折引至B点的特性曲线(Q-HBD)(3)绘制水泵和高位水箱的并联特性曲线(Q-H)总和(4)绘制低位水箱折引至B点的管道系统特性曲线(Q-∑hBC)，求并联工况点M。(5)由M点向左做平行线，与(Q-H)’、(Q-HBD)曲线分别交与P点和K点，则两点对应的流量为水泵和高位水池的出水量。由P点向上引垂线，交(Q-H)于P’点，则P’点对应的H0值为水泵的扬程。13掌握表征泵吸水性能的两个参数。两个参数的影响因素。汽蚀的发生的原因及汽蚀的过程？水泵最大安装高度的计算公式；汽蚀余量的计算公式。判断水泵是否发生汽蚀的条件是什么？两个参数：真空高度，气蚀余量影响因素：最大安装高度汽蚀的发生的原因：①安装高度太高；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.汽蚀的过程：分为两个阶段：气蚀第一阶段，表现在水泵外部的是轻微噪音、振动和水泵扬程、功率开始有些下降。气蚀第二阶段，气穴区就会突然扩大，这时，水泵的H、N、η就将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。水泵最大安装高度的计算公式：在实际工程条件下，不符合标准条件（一标准大气压，t=20oC）时需要修正HS值。H’s——修正后采用的允许吸上真空高度(m)HS——水泵厂给定的允许吸上真空高度(m) ha——安装地点的大气压(即)(mH20)；hav——实际水温下的饱和蒸汽压力汽蚀余量的计算公式：实际汽蚀余量所以水泵进口处实际汽蚀余量的计算式为：判断水泵是否发生汽蚀的条件（1）允许吸上真空高度Hs：离心泵的吸水性能通常是用允许吸上真空高度Hs来衡量的。Hs值越大，说明水泵的吸水性能越好，或者说，抗气蚀性能越好。[HV]>[HS]时发生汽蚀。（2）气蚀余量Hsv水泵厂样本中要求的气蚀余量越小，表示该水泵的吸水性能越好。当[Hsv]实际>[Hsv]允许时，发生汽蚀。14轴流泵结构中导叶的作用；轴流泵的启动特点；轴流泵的流量调节方式。导叶的作用：把叶轮中向上流出的水流的螺旋形转运运动变成为轴向运动，降低能量损失。启动特点：开闸启动流量调节方式：变角调节15射流泵的工作原理高压水以流量Q1由喷嘴高速射出时，连续挟走了吸入室2内的空气，在吸入室内造成不同程度的真空，被抽升的叶期在大气压力作用下，以流量Q2由管5进入吸入室内，两股液体Q1+Q2在混合管3中进行能量的传递和交换，使流速、压力趋于拉平，然后经扩散管使部分动能转化为压能后，以一定流速由管道输送出去。__________________________________________________________________考试题型基本概念题3题，每题5分，共15分单项选择题10题，每题2分，共20分判断题5题，每题2分，共10分简答题2题，每题10分，共20分作图题（即图解法求解问题）1~2题，共15~20分计算题1~2题，共15~20分'