流体输送机械

1、第二章流体输送机械1用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前 A 、C 两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h，此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm ，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m 3。试求（ 1）管路特性方程； （ 2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。习题1附图解：（ 1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1 与 2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到H eKBqe2由于启动离心泵之前pA=pC,于是KZp =0g则H eBqe2又H eH

2、38 mB 38 /( 39) 2 h2/m 5=2.5× 10 2 h2/m5则H e 2.510 2 qe2 （ qe 的单位为 m3/h）（ 2）输油管线总长度lle2uHd2gu39 0.01m/s=1.38 m/s36004于是l le2gdH2 9.810.138 m=1960 mu20.021.3822用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa 和 220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为 6.7 kW 。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为hf,

3、0 1 3.0u12（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在 20 ， 98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（ 1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到0gZ1p1u12h f ,0 12将有关数据代入上式并整理，得3.5u12601032.59.8135.481000u13.184 m/s则q( 0.0823.1843600) m3/h=57.61 m 3/h4(2) 泵的扬程(60220)103H H 1 H 2 h00.5 m 29.04m10009.81(3) 泵的效率Hqs g

4、29.04 57.61 1000 9.81 100% =68%1000P360010006.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m 3/h H=29.04 m P=6.7 kW=68%3对于习题 2 的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变） 。（ 1）改送密度为（ 2）泵的转速降至1220 kg/m 3 的果汁（其他性质与水相近）2610 r/min 。；解：由习题 2 求得： q=57.61 m3/h H =29.04 m P=6.7 kW （ 1）改送果汁改送果汁后，q， H 不变， P 随 加大而增加，即P P 1220

5、6.7 1.22kW=8.174kW 1000(2) 降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为q57.612610m 3 h51.85 m 3 h290026102H29.04m23.52m29003P6.72610kW4.884kW29004用离心泵（转速为2900 r/min ）将 20 的清水以 60 m3/h 的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m 和 0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求 （ 1）泵的安装高度 （当地大气压为100 kPa）；（ 2）若改送 55 的清水，泵的安装高度是否合适。解

6、： (1)泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得pap1( H gu12H f,0 1 )g2g即64103H g 0.612.410009.81H g3.51 m（ 2）输送 55 清水的允许安装高度55 清水的密度为985.7 kg/m 3，饱和蒸汽压为15.733 kPapapv3则( NPSH )H f,01 = (100 15.733) 10(3.50.5) 2.4m=2.31mHgg985.79.81原安装高度（3.51 m）需下降1.5 m 才能不发生气蚀现象。5对于习题 4 的输送任务，若选用 3B57 型水泵，其操作条件下（55 清水）的

7、允许吸上真空度为 5.3 m，试确定离心泵的安装高度。解：为确保泵的安全运行，应以55 热水为基准确定安装高度。H gH Su125.30.61 2.42.29mH f,012g泵的安装高度为 2.0 m。6用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m，泵的必需气蚀余量为2.3 m，该泵安装在塔内液面下3.0 m 处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为H gpapvNPSHH f,01g式中papv0g则H g (2.30.5)1 .46 m-4.26m泵的允许安装位置应在塔内

8、液面下4.26m 处，实际安装高度为3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。7在指定转速下， 用 20 的清水对离心泵进行性能测试，测得 q H 数据如本题附表所示。习题7附表1q00.10.20.30.40.5(m3/min)H /m37.238.03734.531.828.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为H e1280.0 qe2 （qe 的单位为 m3/min ）试确定此管路中的q、 H 和 P(=81%)习题7附图解：该题是用作图法确定泵的工作点。由题给实验数据作出qH 曲40线。同时计算出对应流量下管路所要30求的 H e，在同一

9、坐标图中作qe He 曲线，如本题附图所示。m/20H两曲线的交点M 即泵在此管路中的工作点，由图读得q=0.455 m 3/min ，10H=29.0 m ，则00Hqs29.00.4551000kW=2.66 kWP601020.81102q HMqe He0.10.20.30.40.5习题 7 附图q / (m3/min)习题 7附表 2qe / (m 3/min)00.10.20.30.40.5He /m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量时，qH 曲线出现峰值。8用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为

10、H e 8.85.2105 qe2（ qe 的单位为 m3/s）单台泵的特性方程为H 284.2105 q 2（ q 的单位为 m3 /s）试求泵的流量、压头和有效功率。解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、 H，进而计算Pe。管路特性方程H e8.85.2105 qe2泵的特性方程H284.2105 q2联立两方程，得到q=4.52 ×10 3 m3 /sH =19.42 m则Pe Hq s g 19.42 4.52 10 31000 9.81 W=861 W9对于习题 8 的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输

11、水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联8.8 5.2 105 q228 4.2105 ( q ) 22解得：q=5.54× 103 m3/s=19.95 m3 /h(2) 两台泵的串联8.85.25q252102 (28 4.2 10q )解得：q=5.89× 103 m3/s=21.2 m 3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3 /h。10采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m 3 的粘稠液体送至表压为 1.62× 103 kPa 的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m，管路系统总压头损失

12、为 4 m。已知泵的活塞直径为70 mm，冲程为 225 mm ，往复次数为 200 min -1 ，泵的容积效率和总效率分别为0.96 和 0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。解：（ 1）往复泵的实际流量q3 v ASnr30.96 0.072 0.225200 m3/min=0.499 m 3/min4(2)泵的扬程HH e(81.6210612004) m=149.6 m9.81(3)泵的轴功率PHqs149.60.499 1200 kW=16.08 kW102601020.9111用离心通风机将50 、 101.3 kPa 的空气通过内径为 600 mm ，总长 105 m（包括所有

13、局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1× 104 Pa 的设备中。 空气的输送量为 1.5×104 m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机， 其性能为：转速 1450 min -1 ，风量 1.6× 104 m3/h，风压为1.2×104 Pa。试核算该风机是否合用。解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。u 2H T( p2p1)hf2pm11041013002Pa=106300Pam1.205106300293 kg/m3=1.147 kg/m 3101330323uVs pv15000 101300m/s=14

14、.40 m/sd2 pm3600 0.6210630044则H T1 1041.1470.0175105 114.402Pa=10483 Pa0.62H T104831.2Pa=10967 Pa1.147库存风机的风量q=1.6 × 104 m3/h，风压 H T=1.2×104 Pa 均大于管路要求（ qe=1.5×104m3/h， HT=10967 Pa），故风机合用。12有一台单动往复压缩机，余隙系数为 0.06，气体的入口温度为 20 ，绝热压缩指数为 1.4，要求压缩比为 9，试求（ 1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度； （ 2）两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度； （ 3）往复压缩机的压缩极限