泵与风机 复习资料

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1．离心式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？
答：离心泵
叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。

吸入室：以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。

压出室：收集从叶轮流出的高速流体，然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮进口，同时还将液体的部分动能转变为压力能。

导叶：汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下引入次级叶轮的进口或压出室，同时在导叶内把部分动能转化为压力能。

密封装置：密封环：防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸入口。

轴端密封：防止高压流体从泵内通过转动部件与静止部件之间的间隙泄漏到泵外。

离心风机
叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能
蜗壳：汇集从叶轮流出的气体并引向风机的出口，同时将气体的部分动能转化为压力能。

集流器：以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。

进气箱：改善气流的进气条件，减少气流分布不均而引起的阻力损失。

2．轴流式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？
答：叶轮：把原动机的机械能转化为流体的压力能和动能的主要部件。

导叶：使通过叶轮的前后的流体具有一定的流动方向，并使其阻力损失最小。

吸入室（泵）：以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。

集流器（风机）：以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。

扩压筒：将后导叶流出气流的动能转化为压力能。

3. 离心式泵与风机有哪几种叶片形式？各对性能有何影响？为什么离心泵均采用后弯式叶片？
答：后弯式：＜90°时，cot为正值，越小，cot越大，则越小。

即随不断减小，亦不断下降。

当减小到等于最小角时，。

径向式：=90°时，cot =0，=。

前弯式：＞90°时，cot为负值，越大，cot越小，则越大即随不断增大，亦不断增大。

当增加到等于最大角时，。

以上分析表明，随叶片出口安装角的增加，流体从叶轮获得的能量越大。

因此，前弯式叶片所产生的扬程最大，径向式叶片次之，后弯式叶片最小。

当三种不同的叶片在进、出口流道面积相等，叶片进口几何角相等时，后弯式叶片流道较长，弯曲度较小，且流体在叶轮出口绝对速度小。

因此，当流体流经叶轮及转能装置(导叶或蜗壳)时，能量损失小，效率高，噪声低。

但后弯式叶片产生的总扬程较低，所以在产生相同的扬程(风压)时，需要较大的叶轮外径或较高的转速。

为了高效率的要求，离心泵均采用后弯式叶片，通常为20°～30°。

4. 轴流式泵与风机与离心式相比较，有何性能特点？使用于何种场合？
答:轴流式泵与风机的性能特点是流量大，扬程低，比转数大，流体沿轴向流入、流出叶轮。

目前国内外大型电站普遍采用轴流式风机作为锅炉的送引风机、轴流式水泵作为循环水泵。

5. 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（=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。

6. 何谓汽蚀现象？它对泵的工作有何危害？
答：汽泡的形成、发展和破裂以致材料受到破坏的全部过程，称为汽蚀现象。

危害：（1）材料破坏（2）噪声和振动（3）性能下降
7. 为什么泵要求有一定的几何安装高度？在什么情况下出现倒灌高度？
答：提高吸水性能，使泵在设计工况下工作时不发生汽蚀。

当吸水池液面压力等于该温度下液体所对应的饱和压力Pv时，出现倒灌高度。

8. 电厂的给水泵及凝结水泵为什么都安装在给水容器的下面？
答：给水泵的吸入容器是除氧器，凝结水泵的吸入容器是凝汽器，除氧器和凝汽器里都是饱和状态，即液面压力等于该温度下水的饱和压力。

为了避免发生汽蚀，需采用倒灌高度，因此给水泵及凝结水泵都安装在水容器的下面。

9. 何谓有效汽蚀余量和必需汽蚀余量，二者有何关系？
答：有效汽蚀余量NPSHa：指泵在吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压力（饱和蒸汽压力）的富余能量。

有效汽蚀余量是指由泵安装条件所确定的汽蚀余量
必需汽蚀余量NPSHr：指液体在泵吸入口的能头对压力最低点处静压能头的富余能头。

对于给定泵，在给定转速和流量下必需具有的汽蚀余量称为必需汽蚀余量，常用NPSHr表示。

又称为泵汽蚀余量，是规定泵要达到的汽蚀性能参数
二者关系：当NPSHr＞NPSHa时，泵内发生汽蚀；
当NPSHr＜＝NPSHa时，泵内不会发生汽蚀；
当NPSHr＝＝NPSHa时，处于临界状态。

10. 提高转速后，对泵的汽蚀性能有何影响？
答：对同一台泵来说，当转速变化时，汽蚀余量随转速的平方成正比关系变化，即当泵的转速提高后，必需汽蚀余量成平方增加，泵的抗汽蚀性能大为恶化。

11. 提高泵的抗汽蚀性能可采用那些措施？基于什么原理？
答：一、提高泵本身的抗汽蚀性能
(1)降低叶轮入口部分流速。

一般采用两种方法：①适当增大叶轮入口直径；②增大叶片入口边宽度。

也有同时采用既增大又增大的方法。

这些结构参数的改变，均应有一定的限度，否则将影响泵效率。

(2)采用双吸式叶轮。

双吸式叶轮的必需汽蚀余量是单吸式叶轮的63％，因而提高了泵的抗汽蚀性能。

(3)增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径。

这样可以减小局部阻力损失。

(4)叶片进口边适当加长。

即向吸人方向延伸，并作成扭曲形。

(5)首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料。

如采用含镍铬的不锈钢、铝青铜、磷青铜等。

二、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量
可以采取如下措施：
(1)减小吸入管路的流动损失。

即可适当加大吸入管直径，尽量减少管路附件，如弯头、阀门等，并使吸人管长最短。

(2)合理确定两个高度。

即几何安装高度及倒灌高度。

(3)采用诱导轮。

主叶轮前装诱导轮，使液体通过诱导轮升压后流入主叶轮(多级泵为首级叶轮)，因而提高了主叶轮的有效汽蚀余量，改善了泵的汽蚀性能。

(4)采用双重翼叶轮。

双重翼叶轮由前置叶轮和后置离心叶轮组成，与诱导轮相比，其主要优点是轴向尺寸小，结构简单，且不存在诱导轮与主叶轮配合不好，而导致效率下降的问题。

所以，双重翼离心泵不会降低泵的性能，却使泵的抗汽蚀性能大为改善。

(5)采用超汽蚀泵。

在主叶轮之前装一个类似轴流式的超汽蚀叶轮，其叶片采用了薄而尖的超汽蚀翼型，使其诱发一种固定型的汽泡，覆盖整个翼型叶片背面，并扩展到后部，与原来叶片的翼型和空穴组成了新的翼型。

其优点是汽泡保护了叶片，避免汽蚀并在叶片后部溃灭，因而不损坏叶片。

(6)设置前置泵。

采用在给水泵前装置低速前置泵，使给水经前置泵升压后再进入给水泵，从而提高了泵的有效汽蚀余量，改善了给水泵的汽蚀性能；同时除氧器的安装高度也大为降低。

这是防止给水泵产生汽蚀、简单而又可靠的一种方法。

12. 什么是泵与风机的运行工况点？泵（风机）的扬程（全压）与泵（风机）装置扬程（装置风压）区别是什么？两者又有什么联系？
答：将泵本身的性能曲线与管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，则这两条曲线相交于一点，这点即泵在管路中的工作点。

区别：泵(风机)的扬程：是提供能量的,随流量的增加扬程降低,曲线下降。

装置扬程：管路系统所消耗的能量，随流量的增加，扬程增加，曲线上升。

关系：当二者相等时，泵（风机）稳定工作。

13. 试述泵与风机的串联工作和并联工作的特点？
答：并联特点：扬程彼此相等，总流量为每台泵（风机）输出流量之和。

串联特点：流量彼此相等，总扬程为每台泵（风机）扬程之和。

14. 泵与风机并联工作的目的是什么？并联后流量和扬程（或全压）如何变化？并联后为什么扬程会有所增加？
答：（1）泵与风机并联工作的目的是保证扬程相同时增加流量。

（2）两台泵并联后的流量等于各泵流量之和，与各泵单独工作时相比，两台泵并联后的总流量小于各泵单独工作时流量的二倍，而大于一台泵单独工作时的流量。

并联后每台泵工作流量较单独工作时的较小。

（3）因为输送的管道仍是原有的，直径也没增大，而管道摩擦损失随流量的增加而增大了，从而导致总阻力增大，这就需要每台泵都提高它的扬程来克服增加的阻力，故并联后扬程大于并联前扬程。

15. 泵与风机串联工作的目的是什么？串联后流量和扬程（或全压）如何变化？串联后为什么流量会有所增加？
答：（1）泵与风机串联工作的目的是提高扬程。

（2）两台泵串联工作时所产生的总扬程小于泵单独工作时扬程的二倍，而大于串联前单独运行的扬程。

（3）因为扬程的增加大于管路阻力的增加，致使富裕的扬程促使流量增加。

16. 泵与风机运行时有哪几种调节方式？其原理是什么？各有何优缺点？
答：变速调节：原理是在管路特性曲线不变时，用变转速改变泵与风机的性能曲线，从而改变工况点。

优点是大大减少附加的节流损失，在很大变工况范围内保持较高的效率。

缺点是投资昂贵。

节流调节：原理是在管路中装设节流部件，利用改变阀门开度，使管路的局部阻力发生变化，来达到调节的目的。

①出口端节流：只改变管路特性曲线。

优点是方法可靠，简单易行。

缺点是调节方式不经济，而且只能在小于设计流量一方调节。

②入口端节流：既改变管路特性曲线，也改变风机本身的性能曲线。

同一流量下，入口端节流损失小于出口端节流损失，但由于入口端调节会使进口压力下降，对于泵有引起汽蚀的危险，只能适用于风机。

入口导流器调节：原理是改变风机本身性能曲线。

优点是节省功率。

只适用于风机。

汽蚀调节：原理是利用泵的汽蚀特性来调节流量，改变泵本身的性能曲线。

优缺点：对通流部件损坏并不严重，可使泵自动调节流量，减少运行人员，降低水泵耗电。

如果汽轮机负荷常变，特别是长期在底负荷下时采用汽蚀调节会使寿命大大降低。

只适用于泵。

可动叶片调节：原理是动叶安装角可随不同工况而改变，通过改变泵与风机本身的性能曲线来调节流量。

泵与风机在低负荷时的效率大大提高。

在较大流量范围内几乎可以保持高效率，避免了采用阀门调节的节流损失。

变频调节：通过改变电源频率来调节异步电动机的转速，进而改变泵与风机的性能曲线，从而改变它们的工作点。

变频调速节能效果明显，且易于实现过程自动化。

但变频调速器的功率不能适应大型火力发电厂主要泵与风机的需要，功率因素也不是非常高，在实际应用中，以中小型泵与风机的调节为主。

17. 离心泵轴向力是如何产生的？又如何平衡的？
答：以单级叶轮为例，如图所示，由叶轮流出的液体，有一部分经间隙回流到了叶轮盖板的两侧。

在密封环(直径处)以上，由于叶轮左右两侧腔室中的压力均为，方向相反而相互抵消，但在密封环以下，左侧压力为，右侧压力为，且户>，产生压力差。

此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力，以符号表示。

另外，液体在进入叶轮后流动方向由轴向转为径向，由于流动方向的改变，产生了动量，导致流体对叶轮产生一个反冲力。

反冲力的方向与轴向力的方向相反。

在泵正常工作时，反冲力与轴向力相比数值很小，可以忽略不计。

但在启动时，由于泵的正常压力还未建立，所以反冲力的作用较为明显。

启动时卧式泵转子后窜或立式泵转子上窜就是这个原因。

对于立式水泵，转子的重量是轴向的，也是轴向力的一部分，用表示，方向指向叶轮入口。

总的轴向力F为在这三部分轴向力中，是主要的。

如何平衡：（1）采用双吸叶轮或对称排列的方式平衡
（2）采用平衡孔和平衡管平衡
（3）采用平衡盘平衡
（4）采用平衡鼓平衡
18. 离心泵径向力是如何产生的？又如何平衡的？
答：采用螺旋形压水室的水泵，在设计工况工作时，没有径向力。

在变工况下工作时会产生径向力。

在设计流量时，压水室内液体流动的速度和方向与液体流出叶轮的速度和方向基本上是一致的，因此从叶轮流出的液体能平顺地流入压水室，所以叶轮周围液体的速度和压力分布是均匀的，此时没有径向力。

在小于设计流量时，压水室内液体流动的速度减小，但是，液体流出叶轮时的速度却由增加到，如左图所示。

>，并且方向也改变了，结果使流出叶轮的液体撞击压水室中的液体，使流出叶轮的液体速度减慢，动能减小，在压水室内液体的压力则升高。

液体从压水室的隔舌开始就受到冲击而增加压力。

以后沿压水室不断受到冲击，压力不断增加，因此压水室的液体压力在隔舌处最小，到出口扩压管处压力处最大。

由于这种压力分布不均匀在叶轮上产生一个集中的径向力，其方向为自隔舌开始沿叶轮旋转方向转90°的位置。

此外，压水室中压力越小的地方，从叶轮中流出的液体就越多，液体对叶轮的反冲力也越大。

由此可见，反冲力的大小是隔舌处最大，扩压管处最小，而反冲力引起的径向力是从开始向叶轮旋转的反方向转90°的方向，即指向隔舌的方向。

这是引起径向力的次要原因。

于是，作用于叶轮上的总径向力为和的向量和，其指向如左图所示方向。

当流量大于设计流量时，压水室内的液体压力是从隔舌开始下降到扩压管处最小，径向力的方向是自隔舌开始沿叶轮旋转的反方向转90°的位置，如左图所示。

而反冲力是隔舌处最小，扩压管处最大，由反冲力引起的径向力的方向是从开始向叶轮旋转的反方向旋转90°，此时作用于叶轮上总的径向力为和的向量和，其指向如左图所示。

如何平衡：（1）采用双层压水室平衡
（2）采用两个压水室相差180度的布置方法平衡
各种名词解释
扬程：单位重量液体从泵进口截面到泵出口截面所获得的机械能。

流量qv：单位时间内通过风机进口的气体的体积。

全压p：单位体积气体从风机进口截面到风机出口截面所获得的机械能。

轴向涡流的定义：容器转了一周，流体微团相对于容器也转了一周，其旋转角速度和容器的旋转角速度大小相等而方向相反，这种旋转运动就称轴向涡流。

影响：使流线发生偏移从而使进出口速度三角形发生变化。

使出口圆周速度减小。

叶片式泵与风机的损失：（一）机械损失：指叶轮旋转时，轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率。

（二）容积损失：部分已经从叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧流动造成能量损失。

泵的叶轮入口处的容积损失，为了减小这部分损失，一般在入口处都装有密封环。

（三），流动损失：流体和流道壁面生摸差，流道的几何形状改变使流体产生旋涡，以及冲击等所造成的损失。

多发部位：吸入室，叶轮流道，压出室。

如何降低叶轮圆盘的摩擦损失：1、适当选取n和D2的搭配。

2、降低叶轮盖板外表面和壳腔内表面的粗糙度可以降低△Pm2。

3、适当选取叶轮和壳体的间隙。

轴流式泵与风机应在全开阀门的情况下启动，而离心式泵与风机应在关闭阀门的情况下启动。

不稳定运行工况点：在受到外界影响而脱离了原来的平衡状态后，在新的条件下不能再恢复到原来平衡状态的工况点。

影响工况点的因素：H-qv 1 、n 2、βzy（动叶可调）3、流体粘性4、积灰、结焦、积垢。

5、泄露。

HC-qv:1、吸水池、压水池、液面高度。

2、ρ3、流体的粘性4、积灰、结焦、积垢。

5、泄露。

几何相似的两台泵在相似工况下，其比值n√－（Qv）/（H）3/4必然相等，因此它反映了相似泵的特征，称之为泵的比转速，用Nq表示。

泵内汽蚀现象：气泡形成、发展、溃灭、以致使过流壁面遭到破坏的全过程。

危害及防止措施：1、缩短泵的使用寿命，为了延长泵的使用寿命，对泵易汽蚀的部位常采用抗汽蚀性能较好的材料。

2，产生噪声和振动，机组在这种情况下应停止工作。

3、影响泵的运行性能。

有效汽蚀余量NPSHa：在泵吸入口处，单位重力流体所具有的超过汽化压力能头的富裕能头。

2，qv增大NPSHa降低3、越大越好。

4、只与吸入管路有关，与泵结构无关。

必需汽蚀余量NPSHr：单位重力流体从泵吸入口
至叶轮内压力最底点所必需的压力降。

2、越小越好。

3、只与泵入口结构有关，而与吸入管路无关。

4、随qv的增大而增大
轴向力产生的原因：前后盖板面积不等；轴向流入，径向流出。

平衡方法：径向止推轴承，平衡孔和管，单级泵用双吸轮。

多级泵用叶轮对称排列的方式。

平衡盘（？自动平衡轴向力）。

平衡鼓。

平衡盘为什么采用自动平衡轴向力：作用于转子上的轴向力大于平衡盘上的平衡力则转子就会向低压侧窜动而平衡盘是固定在转轴上的，因此，使轴向间隙减小，经间隙的流动阻力增加，泄漏量减少。

这将导致液体流过径向间隙的速度减小，既经间隙中流动损失减小，从而提高了平衡盘前面的压强，于是作用在盘上的平衡力也就增大。

轴端密封类型：1）压盖填料密封，只用于低速泵。

通过适当拧紧螺栓使填料和轴之间保持很小的间隙。

2）机械密封，适用于高温、高压、高转速的给水泵。

3）迷宫密封：泄露大，功率损耗小。

吸入室的分类：1、圆锥管2、圆环形3、半螺旋形。

作用：引导液体在流动损失最小的情况下平稳地流入叶轮，并使叶轮进口处流速分布均匀。

压出室的分类：1、螺旋形2、节段式多级泵a、流道式导叶，b径向式导叶。

作用：收集从叶轮中高速流出的液体，使其速度降低，实现部分动能到压能的转化，并把液体在流动损失最小的情况下送入下级叶轮进口或送入排出管路。

两台相同性能泵串联，确定安装高度，和选择电动机（离心轴流），看B点；管路性能曲线越陡越好，泵的越平坦越好。

并联以增加流量。

图：相同扬程，其流量叠加。

相同泵并联，选择水泵看B点；确定安装高度，和选择电动机（离心轴流），看C点；管路性能曲线越平坦越好，泵的越陡越好。

若有一台进行节流调节，另一台可能汽蚀，或烧电机；若一台变速，同样。

流量与能头曲线
HT∞随qvT的变化是直线关系，且直线的斜率随β2y∞的不同而变化。

即叶轮的形式不同，HT∞---qvT具有不同形状。

后向式叶轮，
β2y∞<90,曲线下降。

β2y∞=90，径向式叶轮，平行于横轴。

前向式叶轮，
β2y∞>90，上升曲线。

流量与功率性能曲线
后向式叶轮其功率随着流量的增加而增加，当达到某一数值后，则随着流量的增加而减小，所以流量变化时，功率变化比较平坦，原动机的裕量可以小些。

离心泵后向式叶轮流量与能头性能曲线的3种基本形式。

A，陡隆型曲线，特点：当流量变化很小时，能头变化很大，使用于火电厂取自河流等的循环水泵。

b，平坦型曲线，特点：当流量变化很大时，能头变化很小，适合火电厂的给水泵，凝结水泵。

C，驼峰型曲线，特点：能头随流量的变化先增大，后减小。

设计时尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。

原运行工况点M，流量qvm。

关小进口法门，风机的性能曲线变为II，管路的性能曲线变为2，工况点为B，流量为qvb,进口节流损失为Δh1。

如果在满足同一流量qvb下，将调节方式改为出口端节流调节，则运行工况点为C，这时出口节流损失为Δh2。

Δh1<Δh2，故进口端调节比出口端节流调节要经济些。