第二章的流体输送机械答案详解

1、第二章流体输送机械离心泵特性2-1某离心泵用15乜的水进行性能实验，水的体积流量为540m7h,泵出口压力表 读数为350kPa,泵入口真空表读数为30kPao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 = 995.7焙/化 流量务=540屛"压力表“ =350kPe真空表py =-3QkPa （表压）压力表与真空表测压点垂直距离% = 0.35m管径 4 = 0.35/zb dz = 0.31/?流速坷=卫_ ="心叫=1.56/h / s和 ®35）2曲牆）

2、03叮=1.9汕/$扬程Pg 2gc cu 350xio3 一(一30x103) (1.99)2 -(1.56)2 995.7x9.812x9.81= 0.354-38.9 + 0.078 = 39.3/?水柱2-2原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/n?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：（1） 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増大。（3）液体密度Q增大，

3、则轴功率P =色型将增大。n【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m7h扬程为20m（FLO） 0试 求：（1）泵的有效功率，水的密度为1000kg/m'； （2）若将泵的转速调节到1250r/min时，泵 的流量与扬程将变为多少(2)转速 兔=145(k/min 时流量 qvi = 18n?/ h ,扬程 H. = 20m H2O 柱转速流量t = 18Xi = 15W/，扬程=14.9m 比0 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，两槽液位相差 4m且维持恒定。已知输送管路为45mmX2.5

4、mm,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。在输送范围内 该离心泵的特性方程为/7 = 28-6xlO5 （弘的单位为n）7s, 的单位为m）。水的密度可取为 1000kR/m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 为输送密度为1200 kg/m;!的碱液，则离心泵的工作点有何变化解 （1）管路待性方程H=Hkqv2其中故管路特性方程H = 14 + 323xl0/两式联立离心泵特性方程H=28-6xlO5%28 - 6x10“ =14 + 3.23x10/得工作点下的流

5、量与压头qv = 389x Is , H = 18.92/?（2）当改送密度为1200 kg/n?的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程口 i P <98.1x10=z + 4- = 4 += 12.3PS 1200x9.81流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则£不变。因此管路待性方程变为H = 123 + 323xIO、q将该方程与泵特性方程联立28 - 6xl0F=23 + 323xl05g.得新工作点下流量及压头qv =4.12x10'3/h'/5 , H = 17.78w2-5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

6、槽，如习题2-5附图所示。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。流体流经换热器的局部阻 力系数为=32。离心泵在转速,? = 2900/7 min时的H-q、,特性曲线数据见 下表。qv / mz - $70Him26232112试求：（1）管路待性方程；（2）工作点的流量与扬程；（3）若采用改变转速的方法，使第（2）问求得的工作点流量调节到3.5x107亦/$,应将转速调节到多少（参看例2-3）o解 已知 d = 0075m+ /（ = 400mM=003,g = 32（1）管路特性方

7、程 H = H。皿H =乜 + 岂=10 + 0 = 10必0 Pg斗孚+孕亠X 0.03X二+ 亠_ =5.02x10?rx981(0.075)5(0.075/=10 + 5.02xl05(2) 工作点的流呈与扬程管路特性曲线的与计算值如下qv /ms $70Him10121828工作点流量qVA = 0.0045屛Is ,扬程Ha = 19.8 m HZO(3) 将工作点流量从血=0.0045屛/$调节到呢=0.0035/",泵的转速应由2900r/min调节到多少将=0.0035屛/s代入管路特性方程，求得=10 + 5.02x10s x(0.0035)2 =16.1 m HZ

8、O等效率方程 H = Kq系数 K = 16,1 . = 1.31X106QyC (0.0035)"得等效率方程 /=1.31xl06.等效率方程的计算值如下qv/ m3 s"10H/rn021从/? = 2900r/niin的泵特性曲线与等效率曲线的交点D,得到qVD = 0.004/r?3 /s.HD = 21 m HZO竽效率曲线管路特性曲线n=2900r/min農心泵符性曲坡00 0020.0040.0060.0080.01习题2-5b附图流量为qvc = 0.0035;? /$时的转速为q.rr0.0035竺=2900 x= 2538r / minqVD0.004

9、2900-2538""2900x 100 = 12.5%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 习題2-6附图中点A为工作点流量qv = 0.0053加'Is、扬程H = 23.7m水柱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 = 0.0061/s / s ,扬程 H = 30.02/n 水柱离心泵的安装高度2-8用型号为IS65-50-125的离心泵，将敞口水槽中的水送出

10、，吸入管路的压头损 失为4加，当地环境大气的绝对压力为98kPa。试求：(1)水温2(TC时泵的安装高度，(2)水温8(TC时泵的安装高度。解已知环境大气压力p0 =9SkPa (绝压)吸入管工/ =4m(HzO),查得泵的汽蚀余量小=乃"(1) ZOP的水，饱和蒸气压几=23.38RPd,密度p = 998.2kg/m3最大允许安装高度为H 用詈宀-工比=11-2-4 = 1.62.输送2(FC水时,泵的安装高度Hr <1.62/w(2) 80乜的水，饱和蒸气压几=47.38好么，密度p = 971.8焙/屛最大允许安装高度为H=(9S- 17.38)xlO _2_4=t.6

11、9加P8f 971.8x9.81输送80P水时，泵的安装高度<-0.69/h2-9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850kR/m饱和蒸汽压为。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一几一几P83.0 1.5 = 2.96/?(83 - 72.12)x10'850x9.81而实际安装高度/i, = -2.5m>H,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35m或

12、更低。【2-10 用离心泵输送8CTC热水，今提出如下两种方案（见习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，离心泵的汽蚀余量丛=2川。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101.33 o习題2-10附图解 水在80X：时饱和蒸气压pv =47.38 密度q = 9718焙/肿，汽蚀余量从=2加，大气压力几=10133"a最大允许安装高度为H航沪譽一丛-工巧(101.33 - 47.38)x103971.8x9.81- 2 -ZH § =3.66-送巧第（2）方案的安装高度比=叽 大于乞允甘 不能完成输送任务。第（1）方案的安

13、装高度Hv = -lm若-1S3.66-则 4.66/n水柱时可以用。离心泵的选用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20m,管路长度（包括局部阻力的当量长度）为45叽 水温为20°C,管壁相对粗糙度-O.OOlo要求输水量为 d2025“,"。（1）试选择适当管径；（2）试选择一台离心泵。解 20°C 水的 q = 998.2/mz，/= 1.001 xW3Pa s/ + /=45必-=0.001最大流量 =25/r?3 /;(1)管径d从教材表1-3中选管路中水的流速n = 2.5 m/s生=22=00595加=59.5吨徵岭2.5选公称直

14、径65mm的低压流体输送用焊接钢管管径为 75.5nmix3.75mm ,内径 d =75.5-3.75x2 = 68”最后计算流速= /5 7 3600 = 1.91/n /s-d2-x(0.068)244(2)选离心泵扬程此流速在表1-4中的1.5-3.0/K/5范围内Ap AirH =AZ +丄 + + RH,Pg 2g3 = ()/= 0. AZ = 20 mRe = 0.068x1.91x998.21.004 x IO-3=1.29xlO5查得 2 = 0.0218ZH=久1 Zrd 2g= 0-0218X08X2Sl = 2-68扬程 H= 20 + 2.68 = 22.68 m有

15、效功率P q、,pgH - 25 x 998.2x9.81 x 22.68 -1540VV -1.54 kW e v3600设泵的效率77=0.65轴功率p = 5. = Lll= = 2.37 kW“ 0.65选用离心泵IS65-50-160其流量范围为1530”/，扬程范围为35-30/?,转速为2900/7min ,轴功率为 2.65T3.7LUV ,汽蚀余量4? = 225川。2-12有一台离心泵的额定流量为16. 8m7h,扬程为18m。试问此泵是否能将密度为 1060kg/m；!,流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中敞口贮 槽与高位设备的液位垂

16、直距离为85叭 管路的管径为(fi75.5mmx3.75mm ,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。?50解 流量 qv = 250L / min =x60 = 15mz I h1000流速1(=15/3600-d2 -x (0.068)-44压头H = S竺xfPS d 2g=1.15m / soc 30xl03 cc。 124(1.15)2 込，立 a=8.5 + 0.03 xx= 15.1/rz 没 柱1060x9.810.068 2x9.81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1

17、80mm,活塞杆直径 为50mm0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=300nun = 03in,活塞直径D = 0.18加，活塞截面积A = -D: =-x(0.18)-44活塞杆直径” = 005n活塞杆截面积r/ = -r/-=-x(0.05):44活塞往复频率 n = 55 1/min理论流量伽=(2A-a)Sn = (2x-xO.18:-x0.052)x0.3x55 = 0.807屛 /min44t实际流量 = x32 x2.6x= 0.693/r? /

18、min426.5容积效率 q =(h，Jq% =0.693/0.807 = 0.859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20r,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1450/7min ,所需轴功率为。试求风机的全风压、靜 风压及全风压效率。解 已知风呈=3900/力，吸入管内径 =0.3/h ,排出管内径dz = 0.25/hqv 3900/3600z吸入管风速排出管风速u. = = 15.3/n / s x(0.3)"44z = 20toC, p = 101.325n 下，空气密度 q=1205焙/F进口静压全风压出口动压入=一 150%，出 口靜压pf2 = 230Papt =(5+弘)一(几+ £) = (230 + 292)-(一150 + 140) = 532%靜风压几=p厂 PdZ = 532-292 = 240%已知轴功率 p = O.SLtVV = 810VVP = 081BV=810W有效功率p = ML =