第二章的流体输送机械答案详解

1、实用标准文档第二章流体输送机械离心泵特性【 2-1 】某离心泵用15 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时995.7kg / m3 ，流量 qV540 m3/ h压力表 pM350kPa，p30kPa（表压）真空表V压力表与真空表测压点垂直距离h00.35m管径 d10.35m， d20.31m流速u1qV540 / 36001.56 m / s224 d14(0.35)2211 5

2、60 351 9921d.uu2.0 31. m / sd.pMpu22u12扬程h0Vg2 g0 35350103(301031 9921 5629 81)(.)( .).995 729 81.0.3538.90.07839 .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/m3 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

3、口压力表读数将增大。(3)液体密度增大，则轴功率PqVgH 将增大。【 2-3 】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m3/h ，扬程为 20m(H2O)。试求： (1) 泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3 ; (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？解 (1)已知qV183 /,20m水柱，1000kg/3mh Hm有效功率PeqVgH1810009.81209813600W精彩文案实用标准文档(2)转速n11450 r / min 时流量 qV 118 m3 h ，扬程 H 120m H2 O柱转速n21250 r / min流

4、量qV 2qV 1n2 18125015.5m3 / h11450n22扬程H 2H 1n2125014.9m H2O柱n1201450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45mm× 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 6 105 qV23（ qV 的单位为 m/s ， H的单位为 m）。水的密度可取为1000

5、kg/m 3。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 3 的碱液，则离心泵的工作点有何变化？解（ 1）管路特性方程H H 0 kqV2其中H 0zp498.110 3=14g1039.81k8 lle0.028203.231052 gd 53.14 29.810.04 5故管路特性方程H143.2310 5 qV2离心泵特性方程H286105 qV2两式联立286105 qV2143.23105 qV2得工作点下的流量与压头qV3.8910 3 m3 / s ， H18.92m（ 2）当改送密度为1200 kg/m 3

6、的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程p3H 0'z498.11012.3' g12009.81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H12.33.23105 qV 2将该方程与泵特性方程联立精彩文案实用标准文档286 105 qV 212.33.2310 5 qV 2得新工作点下流量及压头q'V 4.1210 3 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。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

7、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 。离心 泵 在 转 速 n2900r / m i n时的 HqV 特 性 曲 线 数 据 见下表。习题 2-5a 附图qV/ m3 s 100.000.000.000.000.000.000.000.0012345678H / m2625.524.5232118.515.5128.5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3.510 3 m3 s ，应将转速调节到多少？（参看例2-3 ）。解已知d

8、0. 075,l le400,0. 03,32mm(1)管路特性方程HH20VkqH 0Zp10 010mH 2Ogk8ll e2 gd5d480.03400325.0210529.81(0.075)5(0.075)4H 10 5.02 105 qV2(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 s 100.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H / m1010.51214.51822.62834.642.1精彩文案实用标准文档工作点流量qVA0.0045 m3 / s ，扬程 H A19. 8m H2 O(3) 将工作

9、点流量从qVA3qVC30.0045 m / s 调节到0.0035m / s ，泵的转速应由2900 r / min调节到多少？将 qVC3/ s 代入管路特性方程，求得0.0035 mH C105 0210 50.0035)216.1m H 2O.(等效率方程HKqV2系数KH C16.11 3110 62(0 00352.qV C.)得等效率方程H1.31106 qV2等效率方程的计算值如下qV m3s 10 0.001 0.002 0.0030.0040.0045H / m01.31 5.24 11.8 2126.5从 n2900r / min 的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到q

10、0 0043/ s, H21m H 2O.mDVD习题 2-5b 附图流量为qVC0.0035m3 / s 时的转速为nC nDqVC29000.0035qVD2538r / min0.004精彩文案实用标准文档nDnC1002900 2538100 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3流量 qV0.0053 m / s ，扬程H23.7m 水柱习题2-6 附图习题 2-7附图【 2-7 】若习题 2-4 第 2 问改

11、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 qV0.0061m3 / s ，扬程H30.02m 水柱离心泵的安装高度【 2-8 】用型号为IS6550 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时泵的安装高度，(2)水温 80时泵的安装高度。解已知环境大气压力p098 kPa （绝压）吸入管H f 4m( H 2O) ，查得泵的汽蚀余量h=2m(1) 20 的水，饱和蒸气压p23.38kPa，密度998 2kg/m3V.最大允许安装高度为H g

12、允许= p0pVhH f(98 23.38)10324162mg998.2 9.81.精彩文案实用标准文档输送 20 水时，泵的安装高度H g1.62m(2) 80 的水，饱和蒸气压pV47.38 kPa ，密度971 .8kg / m3最大允许安装高度为= p0pV(9847381032 40 69H 允许hH f. )m971 8981.gg.输送 80 水时，泵的安装高度H g0.69 m【 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/m 3，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

13、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 = p0pVhH f(8572.12)1033.0 1.52.96m850g9.81而实际安装高度g 实 2.5mH g允，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为H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 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 。

14、习题2-10 附图解水在 80时饱和蒸气压pV47.38kPa ，密度971.8kg / m3 ，汽蚀余量h 2m ，大气压力p0 101. 33kPa最大允许安装高度为= p0pV101 3347.38)1033 66允许h(.2H fH fH ggH f9718 981.第 (2)方案的安装高度H g7m ，大于 H g允许 ，不能完成输送任务。第 (1)方案的安装高度H g1m精彩文案实用标准文档若13.66H f 则H f4. 66m 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45m。水温为20

15、 ，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 水的998.2kg / m3 ,1 .00410 3 Pasl le45m,=0.001d最大流量 qV325 m / h(1) 管径 d从教材表 1-3 中选管路中水的流速u2.5 m sdqV25/ 36000 0595 59 5u2 5.m. mm.44选公称直径65mm的低压流体输送用焊接钢管管径为 75.5mm3.75mm ，内径 d75.53.75 268mm最后计算流速qV25 / 36001.91m / su20 0682d4( .)4此流速在表1-4

16、中的 1. 53. 0m / s 范围内(2) 选离心泵扬程HZpu2H fg2gp0,u 20Z20m,0 0681 91998 25Redu.129 101004 10 3.查得0.0218lle u2451912H f00218(.)2.68 md2g.06829.810扬程H202.68 22.68 m有效功率PeqVgH25998.29.8122.6815401.54kW3600W设泵的效率=0. 65精彩文案实用标准文档P1 54轴功率Pe=.=2 37kW0 65.选用离心泵IS6550160其 流 量 范 围 为 1530 m3/ h ， 扬 程 范 围 为 3530m ， 转

17、 速 为 2900r / m i n， 轴 功 率 为2.653.71kW ，汽蚀余量h 22. 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/m 3，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直距离为8.5m 。管路的管径为75.5mm3.75mm ，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 qV250L / min25060 15m3/ h1000流速uqV15 / 36001.15m / s224 d40 0

18、68( .)压头HZpl l eu2gd2g301031241 1528 50 03(. )15 1液柱10609 810 06829 81. m.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 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S300 mm03m，活塞直径 D0.18 m ，活塞截面积A22D0. 1844活塞杆直径d005m，活塞杆截面积ad

19、2(0 05)244活塞往复频率n55 1min理论流量qV理(2)(201820052 ) 03 55 0 807.3/ minA a Sn44m实际流量213qV实432.626 50693/ minm.容积效率qV 实 / qV理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20，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 。试求风机的全风精彩文案实

20、用标准文档压、静风压及全风压效率。解 已知风量 qV3900 m3 / h，吸入管内径d10.3m ，排出管内径 d2 0.25mu1qV3900 / 3600吸入管风速215 .3m / s24d14(0.3)20 321排出管风速d15 3.22210 25uu2.m / sd.t 20 ， p101.325kPa 下，空气密度=1.205 kg / m321 205(15 321进口动压pd1u.)22141Pa21 205(2222出口动压pd2u.)29222Pa进口静压ps1150Pa ，出口静压ps2230Pa全风压pt( ps2Pd 2 ) （ps1Pd1） 230292150 140 532Pa静风压ppp 2532292240sttPad已知轴功率P0.81kW810W有效功率Pept qV532390057636003600We576全风压效率P0.711P 810【 2-15 】 仓 库 里 有 一台 离 心 式 通 风 机 ， 其 铭 牌 上的 流 量 为 1.27 103 m3 / h ， 全 风 压 为1.569kPa 。 现 想 用 它 输 送 密 度 为 1.0kg /