第二章流体输送机械

1、(2)转速n1 =1450r/min 时流量 qV1 -18m3/h，扬程已=20m H2O柱第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15 C的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h，泵出口压力表读数为350kPa，泵入口真空表读数为30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管与压出管内径分别为350mm及310 mm，试求泵的扬程。解 水在 15 C时 Q =995.7kg/m3，流量 qV =540m3/h压力表Pm =350kPa,真空表Pv - ；0kPa （表压）压力表与真空表测压点垂直距离h0 =0.35m管径 dt =0.35m, d2 =

2、0.31m流速qv540/3600= 1.56m /s扬程二 24d1J c C L4(0.35)L.亦需 L1.99m/s2 2H-he - Pm 一 內 U2 _U1 e 2gcc350X103 _(<0X103) (1.99)2 _(1.56)2= 0.35亠亠995.7X9.8127.81= 0.35 38.9 0.078 =39.3m 水柱1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为(1)泵的压头（扬程）有无变化;有无变化。（2）若在泵出口装一压力表，其读数有

3、无变化;（3）泵的轴功率26（见教材）解 （1）液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（2）液体密度增大，则出口压力表读数将增大。（3）液体密度增大，则轴功率p =%: gH将增大。【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为 18m 3/h，扬程为20m（H 2O）。试求：（1）泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3； 若将泵的转速调节到 1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少？解 (1)已知 qV =18m3 / h, H =20 m 水柱，=1000 kg/ rri有效功率巳二 qV ?gH色 1000 9.81 20 =981W3600转速流量扬程n2

4、=1250r /min= qVl n21450= 15.5m3 / hn21 n2=20/1250 (1450 丿=14.9m HQ 柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa,两槽液位相差4m且维持恒定。已知输送管路为45mr 2.5mm ,在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为20m （包括所有局部阻力的当量长度），设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程为H =28 _6x105qV （ cv的单位为m'/s, H的单位为m）。水的 密度可取为1000kg/m3。试

5、求：（1）离心泵的工作点；（2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为1200 kg/m3的碱液，则离心泵的工作点有何变化？（1）管路特性方程H 二 Ho kqv23其中,Ap,98.1汉10 一H 0 二 Az43=14Pg10 X9.81、8 丨 +He82 0k5 =0.0225 3.2 o 1 0d3.1 衣 9.810.04故管路特性方程H =14 3.23 105qv2离心泵特性方程H =28 -6 105cv2两式联立28 -6 105qV2 =14 - 3.23 105qV2得工作点下的流量与压头qv =3.89 10 m3/s , H =18.92m（2）当

6、改送密度为1200 kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程3u '人绅 丄 98.110 cH 0= Az 412.3Pg1200 9.81流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则k不变。因此管路特性方程变为52H =12.3 - 3.23 10 qv将该方程与泵特性方程联立28 _6 105qV2 =12.33.23 105qV2得新工作点下流量及压头qV =4.12 10 -m3 qvA =0.0045m /s调节到 仏=0.0035m /s，泵的转速应由 /s , H ' =17.78m【2-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞

7、口高位槽，如习题2-5附图所示。10m鮒帰已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管内径为75mm，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m。流体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为=32。cv / m s 丄00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H /m2625.524.5232118.515.5128.5习题2-5a附图离心泵在转速n =2900r / m i n时的H -qv特性曲线数据见 下表。试求：（1）管路特性方程；（2）工作点的流量与扬程；（3）若采用改变转速的方法，使第问求得的工作点流量调节到3

8、.5 10 -m3/s，应将转速调节到多少？（参看例2-3 ）。解 已知 d =0.075m, l - L = 400m, = 0 03 = 32(1)管路特性方程 H =Ho - kqvH.'-Z =10 0 =10mH2OPg8k 2/-54"I d d 78400325二二0.0354 =5.02 105H X9.81 J (0.075)(0.075)52H =105.02 10 qv（2）工作点的流量与扬程管路特性曲线的qv与h计算值如下qv / m3 s100.0010.0020.003H /m1010.51214.5、.I 3工作点流量 qvA =0.0045m

9、/s，扬程0.0040.0050.0060.0070.0081822.62834.642.1Ha =19.8 m H2O28（3）将工作点流量从2900r / min 调节到多少?将qvc = 0.0035 m3/s代入管路特性方程，求得He =10 5.02 105 (0.0035)2 =16.1 m H 2O等效率方程H = Kq系数K吕qv e16.1(0 0035 2)= 1.31 10632得等效率方程H =1.31 106qJ等效率方程的计算值如下/31q/ ms-00.0010.0020.0030.0040.0045H /m01.315.2411.82126.5从n =2900r

10、/min的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到3qVD = 0.004m / s, H D =21 m H 2O习题2-5b附图流量为qVC =0.0035m3/s时的转速为ncO/cC/d=2900 0.0035 =2538r / min0.004nD=nD1002900 25382900100 =12.5%转速变化小于 20%，效率基本不变。【2-6】用离心泵将水从水池送至敞口高位槽，已知两容器的液位差为 10m，输送管路的管径为0 57 X3.5mm，管长为100 m （包括所有局部阻力的当量长度），设流动已进入阻力平方区，摩 /擦系数为0.028。该泵在转速为2900r/min时的特性

11、方程为H =30 _3.42x105 q2试求：(1)该工况下的输水量；(2)转速降低10%寸的输水量(q/的单位为m/s,H的单位解(1)管道特性方程2He 二 A 亠 Bqv 二2Pg丿兀g d8 汇 0.028100252He =10 025 qv =10 7.14 10 qv3.149.81 0.05泵的特性方程：52H =30 -3.42 10 qv联立方程解得：H = 23.68m, qv =0.0043/ =15.47巧(2)改变后2 , Q n H n25 f n 、' 2LH =30-3.42 10- L qvIn )则:n即：H =30 ln与泵的特性方程联立:52

12、52-3.42 10 qv =24.33.42 10 久H =19.78mqv' =0.00363 =13.1【2-7】用离心泵将水从敞口贮槽送至密闭高位槽。高位槽中的气相表压为127.5kPa，两槽液位相差7m,且维持恒定。已知该泵的特性方程为H =40-7.2乂104%2 ( H m, qv m'/s),当管路中阀门全开时，输水量为0.01 m3/s,且流动已进入阻力平方区。试求：(1) 管路特性方程；(2) 若阀门开度及管路其他条件均不变，改为输送密度为1200 kg/m3的碱液，求碱液的输送量。解(1)设输送水时管路特性方程为He = A + Bqv 2其中,=20Az

13、 4=7 1275 1°3电 1000 781当输水量为0.01 m3/s时，由泵特性方程与管路特性方程联立:40 7.2 104 0.012 =20 B 0.012得B=1.28 1055即此时管路特性方程为He =20 1.28 105qV2（2）当改送密度为1200 kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程'g=71275 1031200x9.81-17.83流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则He =17.83 1.28 105 qV2B不变。因此管路特性方程变为将该方程与泵特性方程联立，40-7.2 104Q2 =17.83 1.28 105%2可得碱

14、液输送量Q = 0.0 1 om3 / s离心泵的并联及串联【2-8】（1）若习题2-5第2问修改为两台相同泵的并联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程;（2）若改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。（1）习题2-8（ 1 ）附图中点A为工作点33此时：流量 qV =0.0053m3 /s，扬程 H =23.7m水柱（2）习题2-8（ 2）附图中点A为工作点，此时：流量 qV =0.0061m3/s，扬程 H 30.02m水柱习题2-8（ 1 ）附图离心泵的安装高度【2-9】用型号为IS65_50_125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损 失

15、为4m，当地环境大气的绝对压力为98kPa。试求：（1）水温20 C时泵的安装高度，（2）水温80 C时泵的安装高度。解 已知环境大气压力po =98kPa （绝压）吸入管x Hf =4m（H2O），查得泵的汽蚀余量Ah=2m（1） 20 C的水，饱和蒸气压pV =23.38kPa ,密度 t = 998.2kg/m3习题2-11附图最大允许安装高度为Hg允许=于_3(98 -23.38) 10 -998.2x9.81_2 _4 =1.62m输送20 C水时，泵的安装高度Hg < 1.62m80 C的水，饱和蒸气压3Pv =47.38kPa，密度 "971.8kg/m最大允许安

16、装高度为H g允许p0 - pv(9847.38) 103971.8 9.812 4-0.69m输送80 C水时，泵的安装高度 Hg _069m【2-10】 用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体的密度为 850kg/m3，饱和蒸汽压为 72.12kPa。吸入管路的压头损失为 1.5m，所选泵的 允许汽蚀余量为3.0m。现拟将泵安装在液面以下 2.5m处，问该泵能否正常操作？解泵的最大允许安装高度H g允许=P0 -Pv(85 72.12) 103850 9.813.01.5 =2.96m而实际安装高度 Hg实二一2.5m .Hg允，说明此泵安装

17、不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m或更低。【2-11】用离心泵输送 80 C热水，今提出如下两种方案（见习题案的管路长度（包括局部阻力的当量长度）相同，离心泵的汽蚀余量流程方案是否能完成输境大气压力2-11附图）。若两方 =h =2m。试问这两种 送任务？为什么？环10 k1 P3 a3解 水在 80 C时饱和蒸气压pV =47.38kPa，密度匸=971.8kg/ m3，汽蚀余量甘=2m ,大气压力 P0 =101. 33kPa最大允许安装高度为=Po 'PvHg 允许T-h-Hf3(101.33 _47.38) 102 >

18、 H f =3.66 H f971.8x9.81第(2)方案的安装高度Hg-7m，大于Hg允许，不能完成输送任务。第(1)方案的安装高度Hg =_1m若一1乞3.667H 则' h f <4.66m水柱时可以用。离心泵的选用【2-12】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面咼出江面20m，管路长度(包括局部阻力的当量长度)为45m。水温为 20 C,管壁相对粗糙度 =0.001。要求输水量为 d2025m3/h 。 (1)试选择适当管径；(2)试选择一台离心泵。解 20 C水的 J = 998.2kg /m3 / -1 004 10_Pa sl V d=0.001最大流量qV

19、=25m3 / h(1)管径d从教材表1-3中选管路中水的流速u =2.5 m/s= 0.0595m =59.5mm选公称直径 65mm的低压流体输送用焊接钢管管径为 75.5mm 3.75mm，内径 d =75.5 3.75 2 =68mm30最后计算流速qv25/ 3600-4d2 4 (0.068)2=1.91m/ s此流速在表1-4中的1.53. 0m /s范围内(2)选离心泵扬程ApAu2_2郎=0,卸=0,AZ=20 mduP 0.068x1.91x998.2Re =51.004 10- =1.29 10查得彊=0.0218l led2 2U =0.021845(1.91)2.68

20、 m2g0.0682x9.81扬程H =20 268 =22.68 m25有效功率R勺內H飞600沢"d9.81边b540/1.54湖设泵的效率=0.65P 15 4车由功率P =丄=2 3 7 Wn 0. 6 5选用离心泵 IS65 -50-160其流量范围为1530m3 /h ,扬程范围为3530m ,转速为2900r / min ,轴功率为 2.653.71kW，汽蚀余量 .巾=22. 5m。【2-13】有一台离心泵的额定流量为16.8m 3/h，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m 压头H "z鳶宁話,流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送

21、到表压为30kPa的设备中？敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m。管路的管径为75.5mm 3.75mm，管长为124m (包括直管长度与所有管件的当量长度)，摩擦系数为0.03。解流量250 而0 60 =15m3/h流速qvd215 /3600=1.15m/s:X(0.068)234=8.530 1031060 9.81= 15.1m液柱流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。往复泵【2-14】有一台双动往复泵，其活塞的行程为300mm，活塞直径为180mm，活塞杆直径为50mm。若活塞每分钟往复55次，其理论流量为若干？又实验测得此泵在26.5min内能使一直径为 3m的圆形贮槽的水

22、位上升2.6m，试求泵的容积效率(即实际流量/理论流量)解活塞行程 S=300mm = 0.3m，活塞直径 D=0.18m，活塞截面积 A =鲁D2 =弓x(0.18)活塞杆直径d“05m，活塞杆截面积ah=(005)2活塞往复频率n =5 5 /min理论流量qV理=(2A_a)Sn= (201820.052) 0.3 55 =0.807m3/min44实际流量.213qv实3 '、260.693m /min426.5容积效率n实 /q = 0 .6 9 30 80 7. 0 8 5 9气体输送机械【2-15】有一台离心式通风机进行性能实验，测得的数据如下：空气温度为20 C,风机出

23、口的表压为230Pa，入口的真空度为150Pa，送风量为3900m3/h。吸入管与排出管的内径分别为 300mm及250mm，风机转速为 1450r / min，所需轴功率为0.81kW。试求风机的全风压、静风压及全风压效率。解已知风量qV =3900m3/ h，吸入管内径 d0.3m，排出管内径 d 0.25m吸入管风速qv3900 /3600 15 3 /U115 .3m/ s?!. 2 2 d14 (0.3)排出管风速心：0 3比1巴=15.3.22m/sd20.25t =20 ”， p=101.325kPa 下，空气密度'=1.205 kg /m3进口动压卩茜20询気任出口动压p2 0 5(2®2Pa2 2进口静压Ps1 二-150Pa，出 口静压ps2 - 230Pa全风压 B =(pS2+P2)-(pS1+Pd1)= (230+292(150T40 )=532Pa静风压 Pst= Pt- p d 53 2 -2 9 2二 2F4i0已知轴功率P =0. 8 k W 8 1V