水力学与水泵复习题(含答案)

1、水力学与水泵复习题1、 绝对压强、相对压强、真空压强的定义及它们之间的关系。1.1以设想完全没有大气存在的绝对真空为零计量的压强称为绝对压强p；1.2以当地大气压作为零点计量的压强是相对压强p ，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=h1.3 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：2、 掌握水泵的分类？掌握离心泵的工作原理及工作过程。2.1 水泵按其作用原理可分为以下三类：(

2、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。以叶片式水泵结构简单，维修方便，在实际应用中最为广泛。叶片式水泵中：离心泵的特点小流量、高扬程。 轴流泵的特点大流量、低扬程。 混流泵的特点界于离心泵和轴流泵之间。(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。容积式泵分为往复式和回转式二大类 (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。2.2 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

3、，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。3.1 叶轮叶轮一般可分为单吸式叶轮与双吸式叶轮两种叶轮按其盖板情况分封闭式叶轮（单吸和双吸属这种）、敞开式叶轮和半开式叶轮3种形式.3.2 轴封装置：泵轴与泵壳间，有填料密封和机械密封填料密封(压盖填料型填料盒)包括5部分：

4、轴封套；填料；水封管；水封环；压盖填料：阻水或阻气的密封作用，用压盖来压紧，压得太松达不到效果，压得太紧机械磨损大，消耗功率大；一般以水封管内水能通过填料缝隙呈滴状渗出为宜。3.3 减漏环(承磨环)：叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处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。（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：m（3）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

5、或马力 （4）效率定义：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。-液体密度（）；g-重力加速度()；Q-流量()；H-扬程（m）。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（10003000rpm；2900rpm常见）（6）允许吸上真空高度Hs和汽蚀余量Hsvl 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。l 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

6、，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。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。水泵的总扬程基本计算方法：（、Hss和Hsd的定义）（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

7、。（2）用扬升液体高度和水头损失表示（设计扬程）H=+h 也即：=Hss+Hsd；：水泵的静扬程（mH2O），即高位水池与吸水池测压管自由水面之间的高差值；h：水泵装置管路中水头损失之总和（mH2O）其中，=Hss+Hsd；Hss水泵的吸水地形高度，即泵轴与敞开的吸水池自由水面之间的高差值；或泵轴与封闭的吸水池测压管自由水面高差值；也称安装高度，当水面测压管高度低于泵轴时，泵为抽吸式工作情况，高于泵轴为自灌式。Hsd水泵的压水地形高度，即高位水池测压管自由水面与泵轴之间高差值。6 离心泵特性曲线中涉及到的问题：为什么离心泵要闭闸启动；为什么离心泵空载运行时间过长；水泵QH曲线中高效段范围；当重

8、度和粘度发生变化时，特性曲线如何变化？实测特性曲线讨论（重点）（一）离心泵与风机性能曲线讨论（1）QH曲线中掌握：Ø 特性曲线的特点：下倾的抛物线型（QH曲线是下降的曲线，即随流量Q的增大，扬程H逐渐减少；）Ø 水泵高效段范围：在效率最高点左右大约10范围内；泵与风机在此区域内工作最经济。Ø 给定的流量下，均有一个与之对应的扬程H 或全压p，功率N 及效率值，这一组参数，称为一个工况点。最高效率所对应的工况点，称最佳工况点，它是泵与风机运行最经济的一个工况点。（2）QN曲线中掌握：Ø 曲线特点：离心泵的功率曲线是一上升的曲线，即功率随流量的增加而增加。当

9、流量为零时，其轴功率最小，约为额定功率的 30 左右。当液体密度发生变化，QN曲线发生变化。Ø 为什么水泵空载运行时间不能过长？流量Q=0时，相应轴功率并不等于0。这时，空载功率主要消耗在机械损失上，如旋转的叶轮与流体的摩擦，使水温迅速升高，会导致泵壳变形、轴弯曲以致汽化，因此，为防止汽化，一般不允许在空转状态下运行或不能空载运行时间太长。（通常15min）Ø 闭闸启动的概念和原因： 泵启动前，压水管上闸阀是全闭的，待电动机运转正常后，压力表读数达到预定数值时，在逐步打开闸阀，使泵正常运行。 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

10、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。（3）当液体重度发生变化，QN曲线发生变化，其它曲线基本无变；当液体粘度发生变化，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；数解法求解过程（计算题）。7.1 瞬时工况点：我们把这些值在QH曲线、QN曲线、以及Q一曲线上的具体位置，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

11、表示了该水泵在此瞬时的实际工作能力 。水泵设计工作点：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。7.2离心泵装置工况点的确定方法：图解法和数解法。图解法：1、直接法；2、折引法 1、直接法步骤（1）绘水泵性能曲线QH；（2）绘管道系统特性曲线QH；（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Qh在水泵特性曲线QH上减去相应流量下的，得到（QH）曲线（2）（QH）为折引特性曲线，沿水塔作一水平线与（QH）曲线交于点MC.由M向上作垂线

12、引申与（QH）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(2.82.9）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。 步骤如下： （1）根据水厂样本提供的高效段（QH）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： Hx水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)；Sx泵体内虚阻耗系数;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？ 水泵的工况点调节方法 (Q，H，N变化趋势据图分析)（1） 自动调节（2） 变速调节 1

13、）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）2 H=KQ2 3）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）2 H=KQ2 3）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

14、方法满足工况点的要求。优点：调节流量，简便易行，可连续变化缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。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。（1）相似律公式9.1第一相似律 确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系。 9.2 第二相似律 确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。9.3 第三相似律 确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。 （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： （一）比例律应用的图解方法

15、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(QH)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?见下图9.1（课本45页或课件2.82.9第27张）2、已知水泵n1时的(QH)1曲线，试用比例律翻画转速为n2时的(QH)2曲线。求出转速n2后，再利用比例律，可翻画出n2时的(QH) 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

16、H) 曲线。 （1）在(QH)l线上任取a、b、c、d、e、f点；（2）利用比例律求(QH)2上的a、b、c、d、e、f作(QH)2曲线。同理可求(QN)2曲线。（3）求(Q)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。图9.1（二）比例律应用的数解法（计算）1第一种情况求n2数解法步骤：（1）首先求出n1所对应的曲线（QH）1的回归方程式求出通过A2点的等效率曲线的方程式（2）列方程组求解得出(QH)1曲线上与A2点效率相等的点A1 （3）利用比例律推导出n2第二种情况画特性曲线图数解法步骤1）设n2时水泵（QH）2曲线方程为假设

17、在（QH）2上任意取两点(Qa,Ha),(Qb,Hb),与之相似的位于n1时（QH）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（QH）2曲线对应的回归方程式为 （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2.82.9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(QH)曲线、(QN)曲线及(Q )曲线。解决这一类问题的方法归纳为“选点计

18、算、立点、连线”四个步骤 。1、在已知的水泵(QH)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(QH)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(QH)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KB 2、绘“切削

19、抛物线”曲线，与（QH）曲线交于A点（ QA，HA ），由（ QA，HA ）和(QB，HB ）代入切削律，求得D210 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、调速泵与定速泵并联工况点的求解方法。并联工作四种模型的求解方法Ø 同型号、同水位管道对称布置的两泵工况点的图解法步骤：(1)绘制单泵特性曲线（QH)1,2(2)绘制两台水泵并联后的总和(QH)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。

20、结论(1)NN1,2，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)QQ1,2，2QQ1+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。水泵并联台数不是越多越好，每台泵的工况点，随着台数的增加向扬程高的一侧移动。台数过多，可能会使工况点移出高效段范围。见上右图Ø 不同型号两泵在相同水位下并联工作工况点的图解法 步骤：(1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)、(Q-H) 曲线。(2)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H) 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QHH(Q-H)(Q-H) Q-HABQ-HBCQHQ(Q-H)'

21、;+ Q-HBDE并联机组的总轴功率及总效率： Ø 同型号定速泵和调速泵并联工作常见两类问题的图解法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。(

22、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。数解法中要掌握同型号水泵并联、不同型号水泵并联、调速泵与定速泵并联工况点的求解方法（参见课本2.10.3节）11 掌握表征泵吸水性能的两个参数。汽蚀的发生条件；气穴现象；汽蚀效应。汽蚀发生的原因？水泵最大安装高

23、度的计算公式；Hs的修正公式；汽蚀余量的计算公式。气穴和气蚀水泵中最低压力Pk(如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时，泵壳内即发生气穴和气蚀现象。14.1气穴现象：当叶轮进口低压区的压力户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，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。汽泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，汽泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向汽泡中心，在汽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。14.2气蚀现象：一般气穴区域发生在叶片进

24、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”。气蚀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、就将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。汽蚀的危害（1）性能下降：流量、扬程、效率下降（2）过流部件遭到剥蚀（3）产生噪声和振动汽蚀现象产生

25、的原因：安装高度太高；增大，导致增大。此时可能大于。（能控制） 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；抽升的液体温度高，饱和蒸汽压力值升高，泵的将下降。 吸入管路阻力或压头损失太高。 水泵本身的抗气蚀性能； 大气压值过低；海拔高，大气压低，泵的值变小，此时可能大于。 吸水池水位过低水泵最大安装高度（计算，看课本例题）对于各种泵都给定了一个允许吸上真空高度，此为式中的最大限值，实用中，超过值时，意味着泵将发生气蚀。即必须使。Hs与当地大气压(Pa)及抽升水的温度(t)有关: 当地大气压越低，水泵的Hs 值就将越小 水温越高，水泵的Hs值也将越小。Hs 的修正公式：Hs修正后采用的允许吸上真空高度

26、(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(mH20)；hav实际水温下的饱和蒸汽压力。、气蚀余量（NPSH）r ：衡量轴流泵等的吸水性能 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。Hsv实际>Hsv允许汽蚀余量有两种概念：一是装置汽蚀余量；二是必需汽蚀余量装置汽蚀余量(NPSH)a 装置汽蚀余量是指水泵吸水侧管路装置给予水泵基准面单位重力水所具有的超过饱和汽化压力水头的能量，即装置给水泵提供的汽蚀余量。汽蚀基本方程左边表示的就是装置汽蚀余量，即必需汽蚀余量(NPSH)r 为了使泵不发生汽蚀，泵进口处必需具有的超过饱和汽化压力水头的最小能量称必需汽蚀余量(NPSH)r当 k 点的压力下降到等于泵工作温度下的饱和汽化压力时，此时的汽蚀余量称临界汽蚀余