第二章的流體輸送機(jī)械答案詳解

1、第二章流體輸送機(jī)械離心泵特性2-1某離心泵用15乜的水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，水的體積流量為540m7h,泵出口壓力表 讀數(shù)為350kPa,泵入口真空表讀數(shù)為30kPao若壓力表與真空表測壓截面間的垂直距離為 350mm,吸入管與壓出管內(nèi)徑分別為350mm及310 mm,試求泵的揚(yáng)程。解 水在15°C時(shí)Q = 995.7焙/化 流量務(wù)=540屛"壓力表“ =350kPe真空表py =-3QkPa （表壓）壓力表與真空表測壓點(diǎn)垂直距離% = 0.35m管徑 4 = 0.35/zb dz = 0.31/?流速坷=衛(wèi)_ ="心叫=1.56/h / s和 ®35）2曲牆）

2、03叮=1.9汕/$揚(yáng)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原來用于輸送水的離心泵現(xiàn)改為輸送密度為1400kg/n?的水溶液，其他性質(zhì)可 視為與水相同。若管路狀況不變，泵前后兩個(gè)開口容器的液面間的高度不變，試說明：（1） 泵的壓頭（揚(yáng)程）有無變化；（2）若在泵出口裝一壓力表，其讀數(shù)有無變化；（3）泵的軸功 率有無變化。解（1）液體密度增大，離心泵的壓頭（揚(yáng)程）不變。（見教材）（2）液體密度增大，則出口壓力表讀數(shù)將増大。（3）液體密度Q增大，

3、則軸功率P =色型將增大。n【2-3】某臺(tái)離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，水的流量為18m7h揚(yáng)程為20m（FLO） 0試 求：（1）泵的有效功率，水的密度為1000kg/m'； （2）若將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到1250r/min時(shí)，泵 的流量與揚(yáng)程將變?yōu)槎嗌?2)轉(zhuǎn)速 兔=145(k/min 時(shí)流量 qvi = 18n?/ h ,揚(yáng)程 H. = 20m H2O 柱轉(zhuǎn)速流量t = 18Xi = 15W/，揚(yáng)程=14.9m 比0 柱管路特性曲線.工作點(diǎn)、等效率方程2-4】用離心泵將水由敞口低位槽送往密閉高位槽，高位槽中的氣相表壓為，兩槽液位相差 4m且維持恒定。已知輸送管路為45mmX2.5

4、mm,在泵出口閥門全開的情況下，整個(gè)輸送系統(tǒng)的總 長為20m （包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），設(shè)流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為。在輸送范圍內(nèi) 該離心泵的特性方程為/7 = 28-6xlO5 （弘的單位為n）7s, 的單位為m）。水的密度可取為 1000kR/m試求：（1）離心泵的工作點(diǎn)；（2）若在閥門開度及管路其他條件不變的情況下，而改 為輸送密度為1200 kg/m;!的堿液，則離心泵的工作點(diǎn)有何變化解 （1）管路待性方程H=Hkqv2其中故管路特性方程H = 14 + 323xl0/兩式聯(lián)立離心泵特性方程H=28-6xlO5%28 - 6x10“ =14 + 3.23x10/得工作點(diǎn)下的流

5、量與壓頭qv = 389x Is , H = 18.92/?（2）當(dāng)改送密度為1200 kg/n?的堿液時(shí)，泵特性方程不變，此時(shí)管路特性方程口 i P <98.1x10=z + 4- = 4 += 12.3PS 1200x9.81流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則£不變。因此管路待性方程變?yōu)镠 = 123 + 323xIO、q將該方程與泵特性方程聯(lián)立28 - 6xl0F=23 + 323xl05g.得新工作點(diǎn)下流量及壓頭qv =4.12x10'3/h'/5 , H = 17.78w2-5在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水由貯 水池經(jīng)換熱器送到另一敞口高位

6、槽，如習(xí)題2-5附圖所示。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m,管內(nèi)徑為75mm, 管路總長（包括局部阻力的當(dāng)量長度在內(nèi)）為400m。流體流 動(dòng)處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為。流體流經(jīng)換熱器的局部阻 力系數(shù)為=32。離心泵在轉(zhuǎn)速,? = 2900/7 min時(shí)的H-q、,特性曲線數(shù)據(jù)見 下表。qv / mz - $70Him26232112試求：（1）管路待性方程；（2）工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程；（3）若采用改變轉(zhuǎn)速的方法，使第（2）問求得的工作點(diǎn)流量調(diào)節(jié)到3.5x107亦/$,應(yīng)將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到多少（參看例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 + 豈=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) 工作點(diǎn)的流呈與揚(yáng)程管路特性曲線的與計(jì)算值如下qv /ms $70Him10121828工作點(diǎn)流量qVA = 0.0045屛Is ,揚(yáng)程Ha = 19.8 m HZO(3) 將工作點(diǎn)流量從血=0.0045屛/$調(diào)節(jié)到呢=0.0035/",泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)由2900r/min調(diào)節(jié)到多少將=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系數(shù) K = 16,1 . = 1.31X106QyC (0.0035)"得等效率方程 /=1.31xl06.等效率方程的計(jì)算值如下qv/ m3 s"10H/rn021從/? = 2900r/niin的泵特性曲線與等效率曲線的交點(diǎn)D,得到qVD = 0.004/r?3 /s.HD = 21 m HZO竽效率曲線管路特性曲線n=2900r/min農(nóng)心泵符性曲坡00 0020.0040.0060.0080.01習(xí)題2-5b附圖流量為qvc = 0.0035;? /$時(shí)的轉(zhuǎn)速為q.rr0.0035竺=2900 x= 2538r / minqVD0.004

9、2900-2538""2900x 100 = 12.5%轉(zhuǎn)速變化小于20%,效率基本不變。離心泵的并聯(lián)及串聯(lián)2-6若習(xí)題2-5第2問改為兩臺(tái)泵并聯(lián)操作，管 路特性曲線不變，試求泵工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程。解 習(xí)題2-6附圖中點(diǎn)A為工作點(diǎn)流量qv = 0.0053加'Is、揚(yáng)程H = 23.7m水柱2-7若習(xí)題2-4第2問改為兩臺(tái)泵串聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求工作點(diǎn)的流 量與揚(yáng)程。解習(xí)題2-7附圖中點(diǎn)A為工作點(diǎn)，流量 qv = 0.0061/s / s ,揚(yáng)程 H = 30.02/n 水柱離心泵的安裝高度2-8用型號為IS65-50-125的離心泵，將敞口水槽中的水送出

10、，吸入管路的壓頭損 失為4加，當(dāng)?shù)丨h(huán)境大氣的絕對壓力為98kPa。試求：(1)水溫2(TC時(shí)泵的安裝高度，(2)水溫8(TC時(shí)泵的安裝高度。解已知環(huán)境大氣壓力p0 =9SkPa (絕壓)吸入管工/ =4m(HzO),查得泵的汽蝕余量小=乃"(1) ZOP的水，飽和蒸氣壓幾=23.38RPd,密度p = 998.2kg/m3最大允許安裝高度為H 用詈宀-工比=11-2-4 = 1.62.輸送2(FC水時(shí),泵的安裝高度Hr <1.62/w(2) 80乜的水，飽和蒸氣壓幾=47.38好么，密度p = 971.8焙/屛最大允許安裝高度為H=(9S- 17.38)xlO _2_4=t.6

11、9加P8f 971.8x9.81輸送80P水時(shí)，泵的安裝高度<-0.69/h2-9用離心泵將密閉容器中的有機(jī)液體送出，容器內(nèi)液面上方的絕壓為85kPa。在操作 溫度下液體的密度為850kR/m飽和蒸汽壓為。吸入管路的壓頭損失為1.5m,所選泵的允許汽蝕 余量為3.0m?，F(xiàn)擬將泵安裝在液面以下2. 5m處，問該泵能否正常操作解泵的最大允許安裝高度一幾一幾P83.0 1.5 = 2.96/?(83 - 72.12)x10'850x9.81而實(shí)際安裝高度/i, = -2.5m>H,說明此泵安裝不當(dāng)，泵不能正常操作，會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。為保證泵的正常操作，泵應(yīng)至少安裝在液面下方35m或

12、更低?！?-10 用離心泵輸送8CTC熱水，今提出如下兩種方案（見習(xí)2-10附圖）。若兩 方案的管路長度（包括局部阻力的當(dāng)量長度）相同，離心泵的汽蝕余量叢=2川。試問這兩 種流程方案是否能完成輸送任務(wù)為什么環(huán)境大氣壓力為101.33 o習(xí)題2-10附圖解 水在80X：時(shí)飽和蒸氣壓pv =47.38 密度q = 9718焙/腫，汽蝕余量從=2加，大氣壓力幾=10133"a最大允許安裝高度為H航滬譽(yù)一叢-工巧(101.33 - 47.38)x103971.8x9.81- 2 -ZH § =3.66-送巧第（2）方案的安裝高度比=嘰 大于乞允甘 不能完成輸送任務(wù)。第（1）方案的安

13、裝高度Hv = -lm若-1S3.66-則 4.66/n水柱時(shí)可以用。離心泵的選用2-11用離心泵從江中取水送入貯水池內(nèi)，池中水面高出江面20m,管路長度（包括局部阻力的當(dāng)量長度）為45嘰 水溫為20°C,管壁相對粗糙度-O.OOlo要求輸水量為 d2025“,"。（1）試選擇適當(dāng)管徑；（2）試選擇一臺(tái)離心泵。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)管徑d從教材表1-3中選管路中水的流速n = 2.5 m/s生=22=00595加=59.5噸徵嶺2.5選公稱直

14、徑65mm的低壓流體輸送用焊接鋼管管徑為 75.5nmix3.75mm ,內(nèi)徑 d =75.5-3.75x2 = 68”最后計(jì)算流速= /5 7 3600 = 1.91/n /s-d2-x(0.068)244(2)選離心泵揚(yáng)程此流速在表1-4中的1.5-3.0/K/5范圍內(nèi)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揚(yáng)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設(shè)泵的效率77=0.65軸功率p = 5. = Lll= = 2.37 kW“ 0.65選用離心泵IS65-50-160其流量范圍為1530”/，揚(yáng)程范圍為35-30/?,轉(zhuǎn)速為2900/7min ,軸功率為 2.65T3.7LUV ,汽蝕余量4? = 225川。2-12有一臺(tái)離心泵的額定流量為16. 8m7h,揚(yáng)程為18m。試問此泵是否能將密度為 1060kg/m；!,流量為250L/min的液體，從敞口貯槽向上輸送到表壓為30kPa的設(shè)備中敞口貯 槽與高位設(shè)備的液位垂

16、直距離為85叭 管路的管徑為(fi75.5mmx3.75mm ,管長為124m (包括 直管長度與所有管件的當(dāng)量長度)，.摩擦系數(shù)為。?50解 流量 qv = 250L / min =x60 = 15mz I h1000流速1(=15/3600-d2 -x (0.068)-44壓頭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 沒 柱1060x9.810.068 2x9.81流量與壓頭都略小于額定值，該泵可以用。往復(fù)泵(2-13】有一臺(tái)雙動(dòng)往復(fù)泵，其活塞的行程為300mm,活塞直徑為1

17、80mm,活塞桿直徑 為50mm0若活塞每分鐘往復(fù)55次，其理論流量為若干又實(shí)驗(yàn)測得此泵在內(nèi)能使一直徑為 3m的圓形貯槽的水位上升2. 6m,試求泵的容積效率(即實(shí)際流量/理論流量)。解 活塞行程S=300nun = 03in,活塞直徑D = 0.18加，活塞截面積A = -D: =-x(0.18)-44活塞桿直徑” = 005n活塞桿截面積r/ = -r/-=-x(0.05):44活塞往復(fù)頻率 n = 55 1/min理論流量伽=(2A-a)Sn = (2x-xO.18:-x0.052)x0.3x55 = 0.807屛 /min44t實(shí)際流量 = x32 x2.6x= 0.693/r? /

18、min426.5容積效率 q =(h，Jq% =0.693/0.807 = 0.859氣體輸送機(jī)械(2-14】有一臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，測得的數(shù)據(jù)如下：空氣溫度為20r,風(fēng) 機(jī)出口的表壓為230Pa,入口的真空度為150Pa,送風(fēng)量為3900m3/h。吸入管與排出管的內(nèi) 徑分別為300mm及250mm,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1450/7min ,所需軸功率為。試求風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓、靜 風(fēng)壓及全風(fēng)壓效率。解 已知風(fēng)呈=3900/力，吸入管內(nèi)徑 =0.3/h ,排出管內(nèi)徑dz = 0.25/hqv 3900/3600z吸入管風(fēng)速排出管風(fēng)速u. = = 15.3/n / s x(0.3)"44z = 20toC, p = 101.325n 下，空氣密度 q=1205焙/F進(jìn)口靜壓全風(fēng)壓出口動(dòng)壓入=一 150%，出 口靜壓pf2 = 230Papt =(5+弘)一(幾+ £) = (230 + 292)-(一150 + 140) = 532%靜風(fēng)壓幾=p廠 PdZ = 532-292 = 240%已知軸功率 p = O.SLtVV = 810VVP = 081BV=810W有效功率p = ML =