1、绪论思考题1 在火力发电厂中有那些主要的泵与风机？其各自的作用是什么？答：给水泵：向锅炉连续供给具有一定压力和温度的给水。循环水泵：从冷却水源取水后向汽轮机凝汽器、冷油器、发电机的空气冷却器供给冷却水。凝结水泵：抽出汽轮机凝汽器中的凝结水，经低压加热器将水送往除氧器。疏水泵：排送热力系统中各处疏水。补给水泵：补充管路系统的汽水损失。灰渣泵：将锅炉燃烧后排出的灰渣与水的混合物输送到贮灰场。送风机：向锅炉炉膛输送燃料燃烧所必需的空气量。引风机：把燃料燃烧后所生成的烟气从锅炉中抽出，并排入大气。2 泵与风机可分为哪几大类？发电厂主要采用哪种型式的泵与风机？为什么？答：泵按产生压力的大小分：低压泵、中
2、压泵、高压泵风机按产生全压得大小分：通风机、鼓风机、压气机泵按工作原理分：叶片式：离心泵、轴流泵、斜流泵、旋涡泵容积式：往复泵、回转泵其他类型：真空泵、喷射泵、水锤泵风机按工作原理分：叶片式：离心式风机、轴流式风机容积式：往复式风机、回转式风机发电厂主要采用叶片式泵与风机。其中离心式泵与风机性能范围广、效率高、体积小、重量轻，能与高速原动机直联，所以应用最广泛。轴流式泵与风机与离心式相比，其流量大、压力小。故一般用于大流量低扬程的场合。目前，大容量机组多作为循环水泵及引送风机。3 泵与风机有哪些主要的性能参数？铭牌上标出的是指哪个工况下的参数？答：泵与风机的主要性能参数有：流量、扬程（全压）
3、、功率、转速、效率和汽蚀余量。在铭牌上标出的是：额定工况下的各参数4 水泵的扬程和风机的全压二者有何区别和联系？答：单位重量液体通过泵时所获得的能量增加值称为扬程；单位体积的气体通过风机时所获得的能量增加值称为全压联系：二者都反映了能量的增加值。区别：扬程是针对液体而言，以液柱高度表示能量，单位是 m。全压是针对气体而言，以压力的形式表示能量，单位是 Pa。5 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
4、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。6 轴流式泵
5、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。7 轴端密封的方式有几种？各有何特点？用在哪种场合？答：填料密封：结构简单，工作可靠，但使用寿命短，广泛应用于中低压水泵上。机械密封：使用寿命长，密封效果好，摩擦耗功小，但其结构复杂，制造精度与安装技术要求高，造价贵。适用于高温高压泵。浮动环密
6、封：相对与机械密封结构较简单，运行可靠，密封效果好，多用于高温高压锅炉给水泵上。8 目前火力发电厂对大容量、高参数机组的引、送风机一般都采用轴流式风机，循环水泵也越来越多采用斜流式（混流式）泵，为什么？答：轴流式泵与风机与离心式相比，其流量大、压力小。故一般用于大容量低扬程的场合。因此，目前大容量机组的引、送风机一般都采用轴流式风机。斜流式又称混流式，是介于轴流式和离心式之间的一种叶片泵，斜流泵部分利用了离心力，部分利用了升力，在两种力的共同作用下，输送流体，并提高其压力，流体轴向进入叶轮后，沿圆锥面方向流出。可作为大容量机组的循环水泵。9 试简述活塞泵、齿轮泵及真空泵、喷射泵的作用原理？答：
7、活塞泵：利用工作容积周期性的改变来输送液体，并提高其压力。齿轮泵：利用一对或几个特殊形状的回转体如齿轮、螺杆或其他形状的转子。在壳体内作旋转运动来输送流体并提高其压力。喷射泵：利用高速射流的抽吸作用来输送流体。真空泵：利用叶轮旋转产生的真空来输送流体。第一章思考题1 试简述离心式与轴流式泵与风机的工作原理。答：离心式：叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。流体沿轴向流入叶轮并沿径向流出。轴流式：利用旋转叶轮、叶片对流体作用的升力来输送流体，并提高其压力。流体沿轴向流入叶轮并沿轴向流出。2 流体在旋转的叶轮内是如何运动的？各
8、用什么速度表示？其速度矢量可组成怎样的图形？答：当叶轮旋转时，叶轮中某一流体质点将随叶轮一起做旋转运动。同时该质点在离心力的作用下，又沿叶轮流道向外缘流出。因此，流体在叶轮中的运动是一种复合运动。叶轮带动流体的旋转运动，称牵连运动，其速度用圆周速度 u 表示；流体相对于叶轮的运动称相对运动，其速度用相对速度 w 表示；流体相对于静止机壳的运动称绝对运动，其速度用绝对速度 v 表示。以上三个速度矢量组成的矢量图，称为速度三角形。3 当流量大于或小于设计流量时，叶轮进、出口速度三角形怎样变化？答：进口速度三角形的变化：当流量小于设计流量时：轴面速度 ， 90， 。 （如图 a）1mv11当流量大于
9、设计流量时：轴面速度 ， 90， 。 （如图 b） 出口速度三角形 2uuv2u2 2w2vmv2m222v小于设计流量2uuv2u22w2vmv2m2 22v大于设计流量4 离心式泵与风机当实际流量在有限叶片叶轮中流动时，对扬程（全压）有何影响？如何修正？答：在有限叶片叶轮流道中，由于流体惯性出现了轴向涡流，使叶轮出口处流体的相对速度产生滑移，导致扬程(全压)下降。一般采用环流系数 k 或滑移系数 来修正。5 为了提高流体从叶轮获得的能量，一般有哪几种方法？最常采用哪种方法？为什么？答：1）径向进入，即 ；2）提高转速 ；3）加大叶轮外径 ；4）增大叶片出901n2D口安装角 。a2提高转速
10、最有利，因为加大叶轮外径将使损失增加，降低泵的效率；提高转速则受汽蚀的限制，对风机则受噪声的限制。增大叶片出口安装角 将使动能头显著增加，降低泵a2与风机的效率。比较之下，用提高转速 来提高理论能头，仍是当前普遍采用的主要方法。n6 泵与风机的能量方程式有哪几种形式？并分析影响理论扬程（全压）的因素有哪些？答：泵： =TH1g21()uvguT 21212 风机： uuv12p因素：转速 ；叶轮外径 ；密度（影响全压） 、叶片出口安装角 ；进口绝对速度nDa2角 。17 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、径向式、前弯式后弯式： 90时，
11、cot 为正值， 越小，cot 越大， 则越小。即随2a2a2a2aTH不断减小， 亦不断下降。当 减小到等于最小角 时， 。2aTHmin, 0径向式： =90时，cot =0， = 。 。2a2a2uvguT2前弯式： 90时，cot 为负值， 越大，cot 越小， 则越大即随2a2a2a2aTH不断增大， 亦不断增大。当 增加到等于最大角 时， 。2aTHa2max,2gu2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，a2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
12、，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 2030。 a28. 轴流叶轮进、出口速度三角形如何绘制？ 、 如何确定？有何意义？w答：速度三角形一般只需已知三个条件即可画出，一般求出圆周速度 、轴向速度 、圆周uav分速 即可按比例画出三角形。v轴流式和离心式泵与风机速度三角形相比，具有以下特点：一是流面进、出口处的圆周速度相同；二是流面进、出口的轴向速度也相同，即= = ；
13、 = =2u1uv12a因此，为研究方便起见，可以把叶栅进、出口速度三角形绘在一起。如图所示。是叶栅前后相对速度 和 的几何平均值，其大小和方向由叶栅进、出口速度三角w1w2形的几何关系来确定。= ； = =221()uaarctgaurct12auw意义：由于流体对孤立翼型的绕流，并不影响来流速度的大小和方向，而对叶栅翼型的绕流，则将影响来流速度的大小和方向，所以在绕流叶栅的流动中，取叶栅的前后相对速度和 的几何平均值 作为无限远处的来流速度。1w2w9. 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
14、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。10. 轴流式泵与风机的扬程（全压）为什么远低于离心式？答：因为轴流式泵与风机的能量方程式是：= TH21vg2w离心式泵与风机的能量方程式是:= T21v21u2g因为式中 = = 故流体在轴流式叶轮中获得的总能量远小于离心式。1211. 轴流式泵与风机的翼型、叶栅的几何尺寸、形状对流体获得的理论扬程（全压）有何影响？并分析提高其扬程（全压）的方法？答：泵： cosin2gwvutbcHayT风机： itPayT增加弦长 ；增大叶栅中翼型的升力系数 ；减小栅距 ；增大 ；增加升力角byct均可提高泵与风机的
15、扬程（全压） 。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 约为轴功率的 15，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，P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
16、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 减小，间隙长度 增加，或弯曲次数较多，则密bl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
17、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 、轴功率 和有效功率gP
18、eP=gP,in= tm=e4.离心式叶轮的理论 - 曲线及 - 曲线为直线形式，而实验所得的 - 及,VTqH,VTqp VqH- 关系为曲线形式，原因何在？Vqp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，该叶轮的扬程可用环流系数进行修正。 TKH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 曲TVq,H线，也是一条向下倾斜的直线，且位于无限多叶片所对应的 曲线下方。TV,如图中 b 线所示。考虑实际流体粘性的影响，还要在 曲线上减去因摩擦、HqTV,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
19、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 性能曲线，如图中 e 线所示。HqV对风机的 曲线分析与泵的 曲线分析相同。VH5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
20、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Vq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 - 及 - 曲线为什么出现拐点？VqHp答：轴流式泵与风机的 ( )VqHVp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
21、，效率最高。当 ，产生压力1p21差 。此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力，以符号 表示。12p F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 。2F反冲力 的方向与轴向力 的2F1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2F1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3F轮入口。总的轴向力 F 为321在这三部分轴向力中， 是主要的。1如何平衡：（1）
22、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10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。 ，2v22v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
23、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R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T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FR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TR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FRT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
