1、泵與泵站 ( 第五版 ) 課后答案_第二章【 P 107 習題】【 1】(1) 已知，出水水箱內絕對壓強 P 1=3.0atm ，進水水箱絕對壓強 P2=0.8atm以泵軸為 0-0 線，大氣壓 P a =1atm出水水箱測壓管水頭：H 1=(P 1-P a ) ? 10=(3-1) ? 10=20m進水水箱測壓管水頭：H 2=(P 2-P a ) ? 10=(0. 8-1) ? 10=-2m (“ -”表示在泵軸以下)H ST =H 1-H 2=20-(-2) =22m【 2】解答：如圖(a )， H ss (a ) =3m據題意： H ss (b ) =H ss (C ) =H ss (a

2、 ) =3m 以泵軸為基準面( 1) b 水泵位置水頭： Z b =H Ab 水泵吸水池測壓管水柱高度： h =(0. 5-1) ? 10=-5m b 水泵吸水池測壓管水頭： H 測=2 b +h =H A +(-5)m b 水泵 H ss (b ) =0-H 測=0-(H A -5)=5-H A =3m 解得：H A =2m( 2) c 水泵位置水頭： Z c =-5m (在泵軸以下)c 水泵吸水池測壓管水柱高度： h =(P c -1) ? 10=10P c -10c 水泵吸水池測壓管水頭： H 測 =Z c +h =-5+10P c -10=10P c -15(m ) c 水泵 H ss

3、 (c ) =0-H 測=0-(10P c -15)=15-10P c =3m H 解得：P c =1.2atm【 3】解答：( 1)根據給定的流量和管徑，查給水排水設計手冊第一冊，得：吸水管沿程水頭損失系數i 1=5. 7 %壓水管沿程水頭損失系數i 1=11.6 % (2)泵的吸水地形高度： H ss =H 2=-2m( 3)泵的壓水地形高度：H sd =H 1=20mv 12 ?z真空表讀數：H v =H sd + Eh s + (見 P24,公式2-30)-2g 2真空表安裝在泵軸處，?z=0 2v 12則：H v =H ss + Eh s +2g計算水泵的吸水管流速： v 1=Q Q

4、 0. 16=1.27m /s A 1 nD s 23.14 ? 0. 42) () (44泵吸水地形高度： H ss =35-32=3m吸水管水頭損失：E h s =i 1 ?l 1+1=0. 0057 ? 30+1=1. 17m1 . 272=4. 25m H 2O 則：真空表讀數H v =3+1. 171+2 ? 9. 81atm =10m H 2O =760mmHg則： 4. 25m H 2O =4. 25 ? 76=323mmHg %真空度=P a -P v 10m H 2O -4. 25m H 2O ? 100%=? 100%=57. 5% P a 10m H 2O( 2)泵的靜揚

5、程：H ST =(74. 5-32)+(2-1)? 10=52. 5m壓水管水頭損失：E h d =i 2 ?l 2+1=0. 0116 ? 200+1=3. 32m管道總水頭損失：E h =Eh s + Eh d =1.17+3. 32=4. 49m總揚程：H =H ST +Eh =52. 5+4. 49=56. 99m( 3)軸功率：N =p gQH 1000? 9. 8 ? 0. 16 ? 56. 99=127. 66kw1000 P 1000? 0.7【 4】解答：以吸水池水面為基準面列 0-0 ， 1-1 ， 2-2 ， 3-3 斷面能量方程如下：2v 0P P0-0 斷面： E 0

6、=Z 0+0=0+0+a2g P g P gv 12P v 12P ?z 11-1 斷面： E 1=Z 1+=(H ss -) +12g pg 22g p g22v 2P 2v 2P ?z2-2 斷面： E 2=Z 2+=(H ss +) +22g pg 22g pg 22v 3P 3v 3P +=H ST +a 3-3 斷面：E 3=Z 3+2g pg 2g p g吸水管水頭損失：P a -P ?z ? v 12? 1I2h s =E 0 -E 1=- H ss -? -=H vpg 2 ? 2g ? ?z ? v 12 ?得：H v = Eh s + H ss - ? +2 ? 2g ?z

7、 ? v 12 ?- H ss -? -2 ? 2g ?壓水管水頭損失：2222P 2-P a ? -v 3-v 3 ?z ? v 2?z ? v 2 ?Eh d =E 2 -E 3=+ H ss + ? +-H ST =H d + H ss +? +-H STpg 2? 2g 2? 2g ? ?22-v 3 ?z ? v 2 ?得：H d = Eh d - H ss +H ST ?-2 ? 2g ?.泵裝置總揚程 H =H v +H d22-v 3 ?z ? v 12 ?z ? v 2 ? ?則：H =H v +H d = Eh s + H ss -+Eh d - H ss + ? -+H

8、ST ? +2 ? 2g 2 ? 2g ? ?22v 3v 12-v 2=(Eh s + Eh d ) -?z +H ST (總水頭損失匯 h = Eh s + Eh d )2g 2g=E h +H ST22 ? v 12-v 2 ? v 3? + - ?z ? 2g ? 2g ?2v 12-v 2=0 ;忽略流速差，即v 1 -v 2 ,2g壓力表和真空表沿泵軸安裝，即 ?z =0 則最后： H =H ST2v 3+E h +2g【 5】解答：泵的基本方程式：H T =葉輪出口牽連速度： u 2=u 112C 2u ?u 2=2(u 2-C 2r ctg 3 ) =(u 2-u 2c 2r

9、ctg §2) g g gn n D 21450? 3. 14 ? 0. 28=21. 25( m /s )6060葉輪出口面積：F 2=n D 2?b 2=3.14 ? 0. 28 ? 0. 04=0. 035(m 2)徑向流速： C 2r =Q T Q=T =28. 57Q( T m /s ) F 20. 035代入基本方程式，得理論特性曲線： H T =1(21. 252-21. 25? 28. 57Q T ?ctg 30 ? ) =46. 08-107. 04Q T 9. 8【 6】解答：（ 1） Q-H 關系曲線不變；相同工況下，需要的功率增加為原來的 1.3 倍。因為：在

10、泵的基本方程式的推導過程中，液體密度 p被消掉了，因此，水泵的理論揚程和液體密度無關，水泵的實際特性曲線是在水泵的理論揚程H T 和 Q T 關系曲線的基礎上減去各種泵內的損失繪制的，液體的其他物理特性和水相同，則，其在水泵內部的各種損失和輸送水時一樣，因此，水泵的特性曲線Q -H 不變。水泵的軸功率和液體密度p有關，N=PgQH,N和p成正比，當p =1.3 P水時，1000 Y則功率變為原來的 1.3 倍。( 2)壓力表讀數變為原來的1.3 倍。因為：如問題（ 1 ）所示，輸送液體的密度改變，揚程不變，則其壓力表讀數H d 不變，泵的壓力表讀數：P d = pgH d （MPa ）,和密度

11、成正比，當 p =1.3 P水時，則P d 變為原來的 1.3 倍。（ 3）以吸水池水面為基準面吸水池和高位水池的高度差： Z =48mP -P a 1.013? 105? （2-1） 高位水池的測壓管內液柱高度：h =7. 9m pg 1.3P水g靜揚程： H ST =Z +h =48+7. 9=55. 9m71解答：測壓管水頭：H «=Z + p g hZ 位置水頭p g h 測壓管內水柱高度（壓強水頭）管道水頭損失： ?h =H 2-H 1 （計算段前后測壓管水頭差） =SQ 2測壓管水頭線：沿程測壓管水頭的連線，以管道長度為橫坐標，測壓管水頭高度為縱坐標，繪制測壓管水頭線，曲

12、線趨勢是下降。管道水頭損失特性曲線：以流量為橫坐標，管道水頭損失為縱坐標，繪制曲線，曲線的趨勢為上升。 【 8】解答：如圖，則， A 表顯示的為水泵壓力表讀數， C 表顯示為水泵真空表讀數， B 點顯示為 閘閥后的壓力表讀數。（ 2） A 、 B 讀數一樣，測壓管水面高度一樣。因為：閘閥全開，閥門前后的水頭損失不計，則 A 、 B 點壓力相同。（ 3） A 表讀數增大， B 表讀數減小， A 測壓管水面高度增加， B 測壓管水面高度減 小。因為：閘閥關小，流量減小。水泵的工況點向流量Q 減小，揚程H 增大的方向移v 12動。水泵的總揚程 H =H v +H d ,真空表讀數H v =H ss

13、+ Eh s +，閘閥關小時，流量減2g小，則匯h s減小，v 1減小，H ss不變，則H v讀數減小，而總揚程H是增大的,因此 H d 是增大的，即 A 表讀數增大。閘閥關小，閘閥段的水頭損失增大，則 A 、 B 壓力表（或測壓管高度）之差即為閘閥段的水頭損失。B點的壓力表讀數亦可表示為H BD +Eh BD，閘閥關小，流量減小，Eh BD =S BD Q 2減小，H BD不變，則B點的壓力表讀數減小，對應的測壓管水 面高度減小。（ 4） C 表讀數減小， C 比壓管水面高度增加。因為：如（ 1）問中， H v 讀數減小，即 C 表讀數減小。又因為 C 表處為負壓， C表讀數減小，對應的測壓

14、管水面高度增加。 【 9】解答：（ 1）不一定。因為可能調節出水泵的高效段，則，水泵的效率降低。（ 10】解答：（ 1）一樣。因為：總揚程H =H ST +Eh 。兩種情況，靜揚程 H ST 一樣，水頭損失一樣，則總揚程一樣。（ 2）水泵裝置的總揚程增加，則水泵的工況點向流量減小、揚程增加的方向移動， 水泵的軸功率降低，電耗減小。因為：靜揚程H ST 增加，則總揚程增加。其管道特性曲線變化如圖。（ 12】解答：意義：，和定速運行時水泵工作的高效段相比，通過調速運行，水泵形成了一系列的 Q-H曲線，對應著一系列的高效段，從而將一個泵的高效工作段擴展為一個高效區，大大擴展了水泵的高效工作范圍。從而

15、有效的解決了供水過程中，水量逐時變化情況下，水泵的高效、節能工作的問題。 【 13 】解答：優點：（ 1）保持管網等壓供水（即靜揚程不變）；（ 2）節能注意：（ 1）調速后的轉速和水泵的臨界轉速不能重合、接近或成倍數。（ 2）調速不能超過泵的額定轉速，即一般不輕易調高。（ 3）為了節約投資，一般采用定速泵和調速泵并聯工作。（ 4）泵的調速范圍應該保證調速泵和定速泵的工況都在高效段運行。（ 14】解答：比轉速不變。?n 1?H Q n? 因為調速后滿足比例率： 1=1， 1= ? H 2? n 2 ? Q 2n 2比轉速 n s 1= 比轉速：23 . 65n 1Q 14 14n s 2=3.

16、65n 22H 2343. 65n =222n 2Q 1n 134?n H 1? n 2?1?3. 65n 1Q 13. Q 1n ?n?=n s 1 33H 14H 14n ?n31*【 15】解答：據已知：比例尺入二D m 1實4= ， H m =0. 8m ， Q m =11L /s ， n m =730r /min D實際泵n實=960r /min根據相似律：Q m n H=入 3m , mQ s實n實H實Q m?n 實?n m ?=入 2 n ? ?實？11 ? 960? 1? ? 730? 4? 0. 8 ? 9602? 1? 2 ? ? 730? 4?22則：實際泵流量： Q 實

17、=入 3?n m2H m ?n 實 2入 2?n m=926L /sH 實=22m【 16】解答：該水泵的比轉速： n s =3. 65n Q H343. 65? 2900?0. 0323504=100r /min參考 P54， n s =100r /min 的相對性能曲線，銘牌上參數即為： Q 0=32L/s , H 0=50m , N 0=22. 9kw ,刀0=68. 5% 根據公式:Q =?Q 0H = ?H 0N = ?N 0【 17】解答：n s =0. 0706 ? 1800=127r /min我國的比轉速為美國的 0.0706 倍，日本的 0.47 倍。【 18】解答：12Sh

18、-19 水泵的特性曲線見 P60,圖2-50據題意，已知： H ST =14m ， S =225s 2/m 5 ， D =290mm2則其管道特性曲線為：H =H ST +Eh =H ST +SQ 2=14+225Q 2繪制：管道特性曲線(Q - Eh )曲線交曲線于A 點， A 點即為水泵的工況點，對應流量為 Q A =195L/s ，流量減少12%,則減少后流量為 Q B = (1-12%) X196= 171.6L/S ,揚程為揚程 H A =22.8m 。2H B =14+225Q B =20. 6m ，其工況點移動到 B (171.6 ， 20.6 )點其等效率曲線系數： k =H

19、B2Q B20. 6=700( s 2/m 5 ) 20. 1716等效率曲線： H =kQ 2=700Q 2 繪制：等效率曲線 H =kQ 2H =kQ 曲線過 B 點，交曲線于B 點， B 點即為水泵對應B 點的相似工況點，對應流量為 Q ' =185L/s ，揚程 H ' =24.0m 。BBQ根據切削律：B 'Q BD 2D 2B切削后葉輪直徑： D 2B =Q B Q?D 2=171. 6? 290=267m m 185切削量：D 2-D 2BD 2? 100%=290-267? 100%=7. 9%290【 19】解答：銘牌的參數為泵設計工況時的參數，即水泵

20、的水力效率最高時的工作 參數。因此在描述水泵性能時，應該強調前提是在設計工況時，泵能打多少水，揚程多高。【 21 】解答：( 1)相當于水泵和水箱聯合供水的工作方式。14SA-10 泵特性曲線見P32。 以吸水池水面為基準面。密閉高位水箱的測壓管水頭為： H c =(123. 0-100)+(3. 5-1)? 10=48m B 點測壓管水頭為： H B =(120-100)+(12+2 ? 4)=40m水泵特性曲線折引到 B點，折引后：H '=H - Eh AB =H-S AB Q 2=H -200Q 2 '水池供水特性曲線折引到B點：H c =H c - Eh BC =H c

21、 -S BC Q 2=48-130Q 2繪制：水泵折引后特性曲線(Q -H )繪制：高位水池供水折引后特性曲線Q -H c繪制： H B =40 直線，交 Q -H c 于 C 點，則 C 點對應的流量Q C =245L/s 為高位水箱的出流流量，交(Q -H ) 于 A 點，過 A 點做縱軸平行線，交(Q -H ) 于 A 點， A'點即為水泵的工況點，對應流量為 Q A =350L/s ，揚程 H A =65m。B 點的流量： Q B =Q A +Q C =245+350=595L /s(圖 1)( 2)相當于水泵同時向兩個水箱供水的問題。如上圖，繪制：水泵折引后特性曲線(Q -H )'繪制： H B =40直線，交 (Q -H )' 于 A 點，過 A 點做縱軸平行線，交(Q -H ) 于 A 點， A 點即為水泵的工況點，對應流量為 Q A =350L/s ，揚程 H A =65m。水泵到