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1、第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15C的水进行性能实验，水的体积流量为540m3/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=995.7kg/m3，流量 qV =540m3/h压力表Pm =：350kPa,真空表內-；OkPa （表压）压力表与真空表测压点垂直距离h0 =0.35m管径 di =0.35m, d2 =0.31m流速Uiqv540 / 3600= 1.56m /s二 24dic C L4(0.35)L.亦需
2、卜珈2 2扬程H 丸 Pm -Pv U2 -U1 e 2gcc350x103 (d0x103)(1.99)2 _(1.56)2= 0.35亠亠= 0.35 38.9 0.078 =39.3m 水柱【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可(1)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:泵的压头（扬程）有无变化；（2）若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；（3）泵的轴功率有无变化。解（1）液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材）（2）液体密度增大，则出口压力表读数将增大。（3） 液体密度 t增大，则轴功率P
3、 =% ： 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 =18 m3 / h, H =20m 水柱，=1000kg/m3有效功率巳二qVTgH竺 1000 9.81 20 =981W3600(2)转速 n1 =1450r/ m i 时流量 qv18m3/h，扬程 已=20m H2O柱转速n2 =1250r /min流量n21250= 15.5m3 / h扬程i n2H
4、2 =H J 222O(250 】1450=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45mrtt 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_6xi05qJ （ qv的单位为m3/s, H的单位为m）。水的密度可取为1000kg/m3。试求：（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
5、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 H。kqv23其中,Ap,98.10 一H 0 二 Az43=14Pg10 X9.81、8 丨 + He82 0k5二0 . 0 225 3.2 o 1 0d3.1 点 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 105qV2两式联立28 -6 105qv2 =14 - 3.23 105qv2得工作点下的流量与压头qv =3.89 103m3/s , H =18.92m（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3u
6、人绅 丄 98.110c% = Az 412.3Pg 12009.81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q V =4.12 10 -m3 /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
7、为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为=32。cv / m3 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 =2900 r / min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（2）问求得的工作点流量调节到3.5 10-m3/ s，应将转速调节到多少？（参看例2-3 ）。解 已知 d =0. 0 7r5, l e t 4 0慚=.00 33 2管路特性方程H = H） IvqH
8、.-Z =10 0 =10mH2OPg8 Q+Dek 2/-54I 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CV与H计算值如下f3人.qv /m s00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H / m1010.51214.51822.62834.642.1工作点流量qvA二 0.0045 m!/s，扬程Ha =19.8m H 2O（3）将工作点流量从qvA=0.0045m3/ s调节到3Cvc =0.0035m /
9、s ,泵的转速应由2900r / min调节到多少?将qvc =0.0035m3/s代入管路特性方程，求得H2OHe =10 +5.02x105 x(0.0035)2 =16.1等效率方程2=Kvq系数 K =生qV C161 21.31 106(0 0035 )得等效率方程H =1.31 106 2qv等效率方程的计算值如下H /m从 n =2900r /min0.0011.310.0020.0030.0040.00455.2411.82126.5的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到3=0.004m / s, H D=21m H2OqVD习题2-5b附图流量为 贏=0.0035m3/s时的
10、转速为nC=n=2900 器=2538r/min匹 上 100 =2900 一2538 100 =12.5% nD2900转速变化小于 20%，效率基本不变。离心泵的并联及串联【2-6】若习题2-5第2问改为两台泵并联操作，管 路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。解 习题2-6附图中点 A为工作点流量 qv =0.0053m3/s，扬程 H = 23.7m 水柱习题2-6附图【2-7】若习题2-4第2问改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求工作点的流量与扬程。解 习题2-7附图中点 A为工作点，流量 qv = 0.0061m3 /s，扬程 H =30.02m 水柱离心泵的安装高度【2
11、-8】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 =98 kPa (绝压)吸入管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=998.2kg/ m3最大允许安装高度为Hg允许y h_ (98 23.38) 103-998.2X9.8124 =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Pv =47.38kP
12、a，密度 亍=971.8kg/m3最大允许安装高度为H g允许=Po - pV 一命(98 47.38) 103-971.8X9.812 4 = 一 0.69m输送80 C水时，泵的安装高度Hg J0.69m【2-9】 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Po Pv(85 _72.12)x103850 9.81_3.0_1.5 -_2.96m
13、而实际安装高度 Hg实=_2.5m Hg允，说明此泵安装不当，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。【2-10】 用离心泵输送 80 C热水，今提出如下两种方案（见习题2-10附图）。若两方案的管路长度（包括局部阻力的当量长度）相同，离心泵的汽蚀余量厶h =2m。试问这两种流程方案是否能完成输送任务？为什么？环境大气压力为101.33kPa。饱和蒸气压J=971.8kg/m3，汽蚀p0 =101.33kPa为习题2-10附图Hg允许=P4gPV - hHf01爲；7議J亠HV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
14、方案的安装高度 Hg =1m若-1乞366 -為Hf.则 Hf 4.66m水柱时可以用。离心泵的选用20m，管路长度（包二= 0.001。要求输水量为 d【2-11】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面括局部阻力的当量长度）为45m。水温为20C,管壁相对粗糙度2025m3 /h。（1）试选择适当管径；（2）试选择一台离心泵。解 20 C水的 匸=998.2kg/m3=1 004 10JPa sl I。=45m,=0.001d最大流量 qv =25m3/h(1)管径d从教材表1-3中选管路中水的流速u =2 5 sd =匡=|25/ 3600 =0.0595m =59.5mm,4
15、u 4 2.5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 =68mm最后计算流速q；25 /36001 91 /u1.91m/ s71 d 271 X(0.068)244此流速在表 1-4中的1.53.0m/s范围内(2)选离心泵扬程卸 Au2 lH =.ZH fPg2gf2-p = 0, _u 0, =Z = 20 mr duP 0.068x1.91x998.2 门 *Re31.29 宀 10卩1.00410 查得監=0.02182 2 Hf = 1 le u0.021845(1.91)2.68 md 2g0.068
16、2x9.81扬程H =20 2.68 =22.68 m25 有效功率Pe =qv TgH998.2 9.81 22.68 =1540=1.54 kW3600设泵的效率 =0.65轴功率p=旦=4= 2 3 k WH 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 .h =2-2.5m。【2-12】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/m3,流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的
17、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。250解 流量 q； =250L/min60=15m3/hw10004d2 4 (0.068)2压头2H -ZP讥UPgd2goc30 汉103ccc 124(1.15)2鴻好= 8.50.0315.1m 液柱1060x9.810.068 2x9.81流速uqv15/3600=1.15m / s流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。往复泵【2-13】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50
18、mm。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=300nm .031活塞直径D =0. 1 m，活塞截面积A = ； D2 =；江(0.1 8活塞杆直径 d =0.05m，活塞杆截面积a d2(0.05)244活塞往复频率n二5 5 /m i n理论流量qV 理=(2A- a SnW 二 0182 -二 0.052 )03 55 = 0807 3 m / m in44实际流量qV实3 2.6 0.693m3 /min426.5容积效率=qv 实 /qv 理=0
19、.6 93 0807.0859气体输送机械【2-14】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20C，风机出口的表压为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 =3900 m / h吸入管内径小勺=0.3m，排出管内径d0. 2 m吸入管风速U1qv3900 /3600排出管风速ji4dJI4(0.3)2= 15.3= 15.3m / s= 22m/ s3t =20 J p=101.32
20、5kPa 下，空气密度=1.205 kg /m进口动压出口动压pd2 二並 J.2 0 5( 2?292Pa2 2进口静压Psi =-150Pa，出口静压Ps2 =230Pa全风压Pt =(Ps2 P2)-(Psi- Pi) 230 292150140 =532Pa静风压Pst= Pt - Rd53 2_2 9 2二 2F4a)已知轴功率P=0.8kW二 8 1V0有效功率卩_业=532 397制36003600全风压效率=空=576 =0.711P 810【2-15】仓库里有一台离心式通风机，其铭牌上的流量为1.27 103m3/h ,全风压为1.569kPa。现想用它输送密度为1.0kg/
21、m3的气体，气体流量为1.27 103m3/h，全风压为(20 C, 101.325kPa)下用空气测定的,1.3kPa。试问该风机是否能用？解通风机铭牌上的风量与全风压是在标定条件标定条件下空气的密度为 1.2kg/m3。现在把气体在操作条件下的流量1.27 103m3/h及全风压1.3kPa换算为标定条件下的风量Ovo及全风压 Pt0。31.27 101.012=1.058 103 m3/h1.2Pt0 T.3 1 0= 1.56 kPa被输送气在标定条件下的风量及全风压都稍低于通风机铭牌上的风量及全风压，该风 机可以使用。【2-16】有温度为25 C、流量为 60m3 / min的空气，
22、从 101kPa压缩到505kPa (均为绝对压力)，绝热指数为1.4，试求空气绝热压缩后的温度，并求等温压缩和绝热压缩所需理论功率，假设为理想气体。f 詈”J4丄解 -1)T2 =Tj P = 273 25 505 14 =472K = 199C5丿 01丿RT18 314298(2)等温压缩L 丨51 &1p75kJ .kg /M $ ,291=1.185 kg / m3, q/ =60m3 / min =1m3 / s流量qm =qV p =1 疋 1 1 8=5 . 1 kg 8S5功率Rs。-Wisoqm =137.5 1.185 =163 kWk r1 48 314(3) 绝热压缩Wad =(T2-Ti= - k -472-298) = 174.6 kJ/kgadk 1M 0.429功率Fad =Wadqm =174.6 1.185 =207kW