第5章 泵與風機的理論基礎5-1 離心式泵與風機的基本結構由哪幾部分組成？每部分的基本功能是什么？答：（1）離心式風機的基本結構組成及其基本功能：1）葉輪。一般由前盤、中（后）盤、葉片、軸盤組成，其基本功能是吸入流體，對流體加壓并改變流體流動方向。2）機殼。由渦殼、進風口和風舌等部件組成。蝸殼的作用是收集從葉輪出來的氣體，并引導到蝸殼的出口，經過出風口把氣體輸送到管道中或排到大氣中去。進風口又稱集風器，它保證氣流能均勻地充滿葉輪進口，使氣流流動損失最小。3）進氣箱。進氣箱一般只使用在大型的或雙吸的離心式風機上，其主要作用是使軸承裝于風機的機殼外邊，便于安裝與檢修，對改善鍋爐引風機的軸承工作條件更為有利。對進風口直接裝有彎管的風機，在進風口前裝上進氣箱，能減少因氣流不均勻進入葉輪產生的流動損失。4）前導器。一般在大型離心式風機或要求特性能調節的風機的進風口或進風口的流道內裝置前導器。改變前導器葉片的角度，能擴大風機性能、使用范圍和提高調節的經濟性。大型風機或要求性能調節風機用，擴大風機性能，使用范圍和提高調節的經濟性。（2）離心式水泵的基本結構組成及其基本功能：1）葉輪。吸入流體，對流體加壓。2）泵殼。匯集引導流體流動，泵殼上螺孔有充水和排氣的作用。3）泵座。用于固定泵，聯接泵與基座。4）軸封裝置。用于密封泵殼上的軸承穿孔，防止水泄漏或大氣滲入泵內。5-2 離心式泵與風機的工作原理是什么？主要性能參數有哪些？答：離心式泵與風機的工作原理是：當泵與風機的葉輪隨原動機的軸旋轉時，處在葉輪葉片間的流體也隨葉輪高速旋轉，此時流體受到離心力的作用，經葉片間出口被甩出葉輪。這些被甩出的流體擠入機（泵）殼后，機（泵）殼內流體壓強增高，最后被導向泵或風機的出口排出。與此同時，葉輪中心由于流體被甩出而形成真空，外界的流體沿泵或風機的進口被吸入葉輪，如此源源不斷地輸送流體。泵（風機）不斷將電機電能轉變的機械能，傳遞給流體，傳遞中有能量損失。主要性能參數有：揚程（全壓）、流量、有效功率、軸功率、轉速、效率等。5-3 歐拉方程的理論依據和基本假定是什么？實際的泵與風機不能滿足基本假定時，會產生什么影響？答：歐拉方程的理論依據是動量矩定理，即質點系對某一轉軸的動量對時間的變化率等于作用于該質點系的所有外力對該軸的合力矩。歐拉方程的4點基本假定是：（1）流動為恒定流；（2）流體為不可壓縮流體；（3）葉輪的葉片數目為無限多，葉片厚度為無限薄；（4）流動為理想過程，泵和風機工作時沒有任何能量損失。上述假定中的第（1）點只要原動機轉速不變是基本上可以保證的，第（2）點對泵是完全成立的，對建筑環境與設備工程專業常用的風機也是近似成立的。第（3）點在實際的泵或風機中不能滿足。葉道中存在軸向渦流，導致揚程或全壓降低，且電機能耗增加，效率下降；第（4）點也不能滿足，流動過程中存在各種損失，其結果是流量減小，揚程或全壓降低，流體所獲得的能量小于電機耗能量，泵與風機的效率下降。5-5寫出由出口安裝角表示的理論曲線方程HT=f1(Qr)，NT=f2(QT)，T=f3(QT)；分析前向、徑向和后葉型的性能特點。當需要高揚程，小流量時宜選什么葉型？當需要低揚程、大流量時不宜選什么葉型？答：其中，為葉片排擠系數，它反映了葉片厚度對流道過流面積的遮擋程度；其中，幾種葉型的性能特點分析比較：（1）從流體所獲得的揚程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，后向葉片最小；（2）從效率觀點看，后向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片最低；（3）從結構尺寸看，在流量和轉速一定時，達到相同的壓力前提下，前向葉輪直徑最小，而徑向中輪直徑稍次，后向葉輪直徑最大。（4）從工藝觀點看，直葉片制造最簡單。當需要高揚程，小流量時宜選前向型葉片；需低揚程、大流量時宜選后向型葉片。5-6 簡述不同葉型對風機性能的影響，并說明前向葉型的風機為何容易超載？答：通常所說的葉片型式，一般是按葉片出口安裝角度的大小來區分的。葉片 90，為前向型葉片； V1m； 3）靜壓項比軸流風機多項；4）氣流出口動壓Pd大；5）動葉本身不能調整，需借助于葉輪前的可調前導葉調整。混（斜）流式風機應用于風量最大、風壓較高的送排風系統。（4）真空泵與空壓機。經常用于真空或氣力輸送系統中保持管路一定的真空度，或用于有吸升式吸入管段的大型泵裝置中，在啟動時用來抽氣補水。真空泵在工作時不斷補充水，用來保證形成水環帶走摩擦引起的熱量。（5）往復式泵。屬于容積式泵，在壓頭變化較大時能夠維持比較穩定的流量。往復泵多用于小流量、高揚程的情況下輸送粘性最大的液體，也常用在鍋爐房中常用作補水泵。（6）深井泵與潛水泵。深井泵是立式多級泵，潛水泵將電機與水泵裝置在一起沉入液體里工作，省去了泵座及傳動軸。該類水泵一般運用于深井下和作為水下工作泵。（7）旋渦泵。具有小流量、高揚程、低效率的特點，且只需在第一次運轉前充液，大多應用于小型鍋爐給水及輸送無腐蝕性、無固體雜質的液體。5-17 葉輪進口直徑D1=200mm，安裝角，流體相對于葉片的流速5m/s；葉輪出口直徑D2=800mm，葉片安裝角，流體相對于葉片的速度是10m/s；葉輪轉速900r/min。作出葉輪進出口速度三角形。若葉輪出口寬度為150mm，計算葉輪流量。入口工作角的多少時，理論揚程最大？本題的葉輪運行條件怎樣改進才能實現該工作角角度？排擠系數近似為1。解：m/sm/s出口速度三角形如圖習題5-17圖。習題5-17圖由三角關系計算m/sm/sm3/sm3/h或者直接由m3/sm3/h由理論揚程計算公式）當時，此時理論揚程最大。因為，需要滿足，根據入口速度三角形，只有時才能實現，此時和方向重合，氣流平行于入口葉片，因此調整，可使。5-18 一臺普通風機 n=1000r/min時，性能如下表，應配備多少功率電機？全壓（Pa）2610255024702360221020301830流量(m3/h)47710534925927665058708417662482407全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4解：由式求出該風機在各工況點下的功率如表所示。全壓（Pa）2610255024702360221020301830流量(m3/h)47710534925927665058708417662482407流量（m3/s）13.2514.8616.4718.0719.6821.2822.89全效率 82.687.588.289.088.085.780.4功率（kw）41.8843.3146.1247.9249.4250.452.10以各工況下最大的為選擇電機的依據；參考教材表5-4-1，確定電機容量儲備系數K，取K=1.15，所配電機kw，即取定60kw電機。5-19 5-18題那臺風機，當轉速提到n=1500r/min和降到n=700r/min時，性能如何變化？列出性能表。分別應配備多大功率的電機？解：由題意，葉輪直徑和密度不變，各相似工況點滿足由兩式分別計算改變轉速后風機的性能，列于表中：當n=1500r/min時的性能參數全壓（Pa）48605737.55557.553104972.54567.54117.5流量(m3/h)71565802388891497587106261.5114936123610.5全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4功率（kW）117.0146.1155.6161.7166.8170.2175.8取K=1.15，kw，按電機系列可配Nm=200kw當n=700r/min時的性能參數全壓（Pa）1278.91249.51210.31156.41082.9994.7896.7流量(m3/h)3339737444.441493.245540.649588.753636.857684.9全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4功率（kW）14.414.915.816.417.017.317.9取K=1.15，kw，按電機系列可配21kw電機。5-20 已知4-72-11No.6C型風機在轉速為1250rpm時的實測參數如下表所列，求：（1）各測點的全效率；（2）繪制性能曲線圖；（3）寫出該風機最高效率點的性能參數。計算及圖表均要求采用國際單位制。序號12345678H（mmH2O）8684838177716559P（N/m2）843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4578.6Q（m3/h）5920664073608100880095001025011000N（kW）1.691.771.861.962.032.082.122.15解：（1）全效率計算公式為各測點全效率計算結果見下表：序號12345678（N/m2）843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4578.6（m3/s）1.644 1.844 2.044 2.250 2.444 2.639 2.847 3.056 （kW）1.691.771.861.962.032.082.122.15（%）82.07 85.84 89.47 91.18 90.93 88.34 85.60 82.23 繪制性能曲線圖如圖。（2）該風機最高效率點性能參數如下：流量 m3/s；全壓Pa；功率kW；全效率。5-21 根據題5-20中已知的數據，試求4-72-11系列風機的無因次性能參數，從而繪制該系列風機的無因次性能曲線。計算中葉輪直徑D20.6m。解：全壓系數；流量系數；功率系數；m/s。列表計算如下：序號12345678（N/m2）843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4578.6（m3/s）1.6441.8442.0442.2502.4442.6392.8473.056（kW）1.691.771.861.962.032.082.122.15（%）82.0785.8489.4791.1890.9388.3485.6082.23流量系數0.1480.1660.1840.2030.2200.2380.2560.275全壓系數0.4540.4540.4540.4540.4540.4540.3430.312功率系數0.0820.0880.0930.1010.1100.1220.1030.1044-72-11系列風機的無因次性能圖5-22 利用上題得到的無因次性能曲線求4-72-11No.5A型風機在n2900rpm時的最佳效率點的各性能參數值，并計算該機的比轉數的值。計算時D20.5m。解：根據相似律，4-72-11No.5A型風機在最佳效率點的流量系數、全壓系數和功率系數分別為：，。m/s，則在該工況點，流量m3/s全壓Pa功率W或功率W比轉數5-23 4-72-11No.5A型風機在n2900rpm時性能參數如下表，利用表中的數據，結合5-21題結果驗證是否可以用同一無因次性能曲線代表這一系列風機的性能。計算中葉輪直徑D20.5m。解：列表計算各點的流量系數、全壓系數、功率系數，繪制無因次性能曲線，見題5-23圖。與5-21題計算所得的無因次曲線對比，表明可以用同一無因次性能曲線代表這一系列風機的性能。序號12345678H（mmH2O）324319313303290268246224P（N/m2）3177.5 3128.4 3069.6 2971.5 2844.0 2628.3 2412.5 2196.8 Q（m3/h）7950891798801085011830127301375014720N（kW）8.528.99.429.910.310.510.710.982.4%87.1%89.4%90.5%90.7%88.5%86.1%82.4%流量系數0.148 0.166 0.184 0.202 0.220 0.237 0.256 0.274 全壓系數0.458 0.451 0.443 0.429 0.410 0.379 0.348 0.317 功率系數0.082 0.086 0.091 0.096 0.100 0.102 0.104 0.105 5-24某單吸單級離心泵，Q0.0735m3/s，H14.65m，用電機由皮帶拖動，測得n1420rpm，N13.3kW；后因改為電機直接聯動，n增大為1450rpm，試求此時泵的工作參數為多少？解：此時泵的工作參數計算如下：流量 m3/s揚程 m功率 kW效率5-25在n2000rpm的條件下實測以離心式泵的結果為：Q0.17m3/s，H104m，N184kW。如有一與之幾何相似的水泵，其葉輪比上述泵的葉輪大一倍，在1500rpm之下運行，試求在效率相同的工況點的流量、揚程及效率各為多少？解：此時泵的工作參數計算如下：流量 m3/s揚程 m功率 kW效率5-26有一轉速為1480r/min的水泵，理論流量m3/s，葉輪外徑 mm，葉輪出口有效面積m2，葉片出口安裝角，試作出口速度三角形。假設。試計算此泵的理論壓頭。設渦流修正系數，理論壓頭為多少？（提示：先求出口絕對速度的徑向分速，作出速度三角形。