化工原理 流體輸送機(jī)械復(fù)習(xí)題 (離心泵)

第二章流體輸送設(shè)備【例2－1】離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定附圖為測(cè)定離心泵特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中已測(cè)出如下一組數(shù)據(jù)：泵進(jìn)口處真空表讀數(shù)p1=2.67×104Pa(真空度)泵出口處壓強(qiáng)表讀數(shù)p2=2.55×105Pa(表壓)泵的流量Q=12.5×10－3m3/s功率表測(cè)得電動(dòng)機(jī)所消耗功率為6.2kW吸入管直徑d1=80mm壓出管直徑d2=60mm兩測(cè)壓點(diǎn)間垂直距離Z2－Z1=0.5m泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，電動(dòng)機(jī)的效率為0.93實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為20℃的清水試計(jì)算在此流量下泵的壓頭H、軸功率N和效率η。解：（1）泵的壓頭在真空表及壓強(qiáng)表所在截面1－1與2－2間列柏努利方程：式中Z2－Z1=0.5mp1=－2.67×104Pa（表壓）p2=2.55×105Pa（表壓）u1=u2=兩測(cè)壓口間的管路很短，其間阻力損失可忽略不計(jì)，故H=0.5+=29.88mH2O（2）泵的軸功率功率表測(cè)得功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，電動(dòng)機(jī)本身消耗一部分功率，其效率為0.93，于是電動(dòng)機(jī)的輸出功率（等于泵的軸功率）為：N=6.2×0.93=5.77kW（3）泵的效率=在實(shí)驗(yàn)中，如果改變出口閥門(mén)的開(kāi)度，測(cè)出不同流量下的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)的H、N和η值，并將這些數(shù)據(jù)繪于坐標(biāo)紙上，即得該泵在固定轉(zhuǎn)速下的特性曲線(xiàn)。【例2－2】將20℃的清水從貯水池送至水塔，已知塔內(nèi)水面高于貯水池水面13m。水塔及貯水池水面恒定不變，且均與大氣相通。輸水管為φ140×4.5mm的鋼管，總長(zhǎng)為200m（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。現(xiàn)擬選用4B20型水泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2900r/min時(shí)，其特性曲線(xiàn)見(jiàn)附圖，試分別求泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量、軸功率及效率。摩擦系數(shù)λ可按0.02計(jì)算。解：求泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量、軸功率及效率，實(shí)際上是求泵的工作點(diǎn)。即應(yīng)先根據(jù)本題的管路特性在附圖上標(biāo)繪出管路特性曲線(xiàn)。（1）管路特性曲線(xiàn)方程在貯水池水面與水塔水面間列柏努利方程式中ΔZ=13mΔp=0由于離心泵特性曲線(xiàn)中Q的單位為L(zhǎng)/s，故輸送流量Qe的單位也為L(zhǎng)/s，輸送管內(nèi)流速為：=本題的管路特性方程為：He=13+（2）標(biāo)繪管路特性曲線(xiàn)根據(jù)管路特性方程，可計(jì)算不同流量所需的壓頭值，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列表如下：Qe/L·s－1He/m04812162024281313.1413.5514.2315.216.4317.9419.72由上表數(shù)據(jù)可在4B20型水泵的特性曲線(xiàn)圖上標(biāo)繪出管路特性曲線(xiàn)He－Qe。（3）流量、軸功率及效率附圖中泵的特性曲線(xiàn)與管路特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)就是泵的工作點(diǎn)，從圖中點(diǎn)M讀得：泵的流量Q=27L/s=97.2m3/h泵的軸功率N=6.6kW泵的效率η=77%【例2－3】選用某臺(tái)離心泵，從樣本上查得其允許吸上真空高度Hs=7.5m，現(xiàn)將該泵安裝在海拔高度為500m處，已知吸入管的壓頭損失為1mH2O，泵入口處動(dòng)壓頭為0.2mH2O，夏季平均水溫為40℃，問(wèn)該泵安裝在離水面5m高處是否合適？解：使用時(shí)的水溫及大氣壓強(qiáng)與實(shí)驗(yàn)條件不同，需校正：當(dāng)水溫為40℃時(shí)pv=7377Pa在海拔500m處大氣壓強(qiáng)可查表2-1得Ha=9.74mH2OH's=Hs+（Ha－10）－=7.5+（9.74－10）―（0.75―0.24）=6.73mH2O泵的允許安裝高度為：（2-22b）=6.73―0.2―1=5.53m＞5m故泵安裝在離水面5m處合用?！纠?-4】試選一臺(tái)能滿(mǎn)足Qe=80m3/h、He=180m要求的輸水泵，列出其主要性能。并求該泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的軸功率和因采用閥門(mén)調(diào)節(jié)流量而多消耗的軸功率。解：（1）泵的型號(hào)由于輸送的是水，故選用B型水泵。按Qe=80m3/h、He=180m的要求在B型水泵的系列特性曲線(xiàn)圖2-15上標(biāo)出相應(yīng)的點(diǎn)，該點(diǎn)所在處泵的型號(hào)為4B20-2900，故采用4B20型水泵，轉(zhuǎn)速為2900r/min。再?gòu)慕滩母戒浿胁?B20型水泵最高效率點(diǎn)的性能數(shù)據(jù)：Q=90m3/hN=6.36kWH=20mη=78%Hs=5m（2）泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的軸功率，即工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的軸功率。在圖2-6的4B20型離心水泵的特性曲線(xiàn)上查得Q=80m3/h時(shí)所需的軸功率為N=6kW（3）用閥門(mén)調(diào)節(jié)流量多消耗的軸功率當(dāng)Q=80m3/h時(shí)，由圖2-6查得H=1.2m，η=77%。為保證要求的輸水量，可采用泵出口管線(xiàn)的閥門(mén)調(diào)節(jié)流量，即關(guān)小出口閥門(mén)，增大管路的阻力損失，使管路系統(tǒng)所需的壓頭He也等于21.2m。所以用閥調(diào)節(jié)流量多消耗的壓頭為：ΔH=21.2－18=3.2m多消耗的軸功率為：【例2－5】已知空氣的最大輸送量為14500kg/h。在最大風(fēng)量下輸送系統(tǒng)所需的風(fēng)壓為1600Pa（以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)）。風(fēng)機(jī)的入口與溫度為40℃，真空度為196Pa的設(shè)備連接，試選合適的離心通風(fēng)機(jī)。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為93.3×103Pa。解：將系統(tǒng)所需的風(fēng)壓p'T換算為實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓pT，即操作條件下ρ'的計(jì)算：（40℃，p=（93300－196）Pa）從附錄中查得1.0133×105Pa，40℃時(shí)的ρ=1.128kg/m3所以風(fēng)量按風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)根據(jù)風(fēng)量Q=13940m3/h和風(fēng)壓pT=1846Pa從附錄中查得4－72－11NO.6C型離心通風(fēng)機(jī)可滿(mǎn)足要求。該機(jī)性能如下：風(fēng)壓1941.8Pa=198mmH2O風(fēng)量14100m3/h效率91%軸功率10kW例2-1用一離心泵輸送酒精，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=2900r/min時(shí)泵的特性曲線(xiàn)方程為。兩式中Q的單位為m3/h，H、he的單位是m。問(wèn)：(1)此時(shí)的輸送量為多少？(2)若生產(chǎn)需要的酒精量為上述的80%，擬采用變速調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速如何變化？，已知出口閥全開(kāi)時(shí)管路特性曲線(xiàn)方程為解：(1)根據(jù)，即得輸送量Q=14m3/h。(2)改變轉(zhuǎn)速時(shí)，管路特性曲線(xiàn)不變，而泵的特性曲線(xiàn)將改變。根據(jù)管路特性曲線(xiàn)可知，當(dāng)Q減少時(shí)，管路所需要的壓頭降低，即工作點(diǎn)向左方移動(dòng)。而要實(shí)現(xiàn)此變化，泵的特性曲線(xiàn)也只能向左下方移動(dòng)（如圖中的虛線(xiàn)），即轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)泵所提供的壓頭也降低。例2-2擬用一臺(tái)IS65-50-160A型離心泵將20oC的某溶液由溶液罐送往高位槽中供生產(chǎn)使用，溶液罐上方連通大氣。已知吸入管內(nèi)徑為50mm，送液量為20m3/h，估計(jì)此時(shí)吸入管的阻力損失為3m液柱，求大氣壓分別為101.3kPa的平原和51.4kPa的高原地帶泵的允許安裝高度，查得上述流量下泵的允許汽蝕余量為3.3m，20oC時(shí)溶液的飽和蒸汽壓為5.87kPa，密度為800kg/m3。解：由式(2-32)得：其中[Z2]為為負(fù)值，表明在高原安裝該泵時(shí)要使其入口位于液面以下，才能保證正常操作。同時(shí)考慮實(shí)際操作的波動(dòng)一般還應(yīng)給予適當(dāng)?shù)脑Ａ浚热绨惭b高度再降低0.5m，變成-1m。例2-3擬用一離心泵將江中的水送到16m高的敞口高位槽中供生產(chǎn)使用，已知輸送量為25m3/h，估計(jì)管路的壓頭損失為6mH2O?，F(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中有以下三個(gè)型號(hào)的水泵，主要性能數(shù)據(jù)列于表2-1中（轉(zhuǎn)速為2900rpm時(shí)）。問(wèn)該系列的泵是否合適？請(qǐng)選出最合用的一個(gè)。若考慮到江面和高位槽內(nèi)液位有可能發(fā)生變化，分別給流量和壓頭增加10%的裕度，又以哪個(gè)泵最合用？表2-1例2-3附表Q（m3/h）N（kW）N電（kW）型號(hào)H（m）（%）10203034.530.8241.872.603.0750.66463.5IS65-50-1604IS65-50-160A10203025354528.525.22026.2251.452.062.542.833.353.87354.565.664.163.770.871.2IS80-65-160A5.522.5解：（1）流量Q=25m3/h時(shí)所需泵的壓頭為：題中輸送的是清水，一般采用離心泵，又所需的流量、壓頭不大，可選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的水泵。為確定表中的離心泵是否適用，將各泵的H~Q線(xiàn)畫(huà)于圖2-13中，同時(shí)將工作點(diǎn)也列于其中（圖中點(diǎn)O）。從圖中看出，工作點(diǎn)都落在三種規(guī)格的離心泵的下方且在高效區(qū)附近，表明該三種規(guī)格的離心泵都能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。再仔細(xì)觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)工作點(diǎn)最靠近IS65-50-160A型的H~Q線(xiàn)，說(shuō)明采用該型號(hào)的離心泵最經(jīng)濟(jì)（可比較工作時(shí)的各個(gè)數(shù)據(jù)：IS65-50-160型泵：Q=25m3/h，H=27.4m，N=2.84kW，=63.8%；IS65-50-160A型泵：Q=25m3/h，H=23.6m，N=2.30kW，=64.0%；IS80-65-160A型泵：Q=25m3/h，H=26.2m，N=2.83kW，=63.7%）。（2）考慮流量和壓頭各增加10%的裕度，即流量Q=1.125=27.5m3/h，壓頭H=1.122=24.2m。將該工作點(diǎn)也畫(huà)于圖2-13中（圖中點(diǎn)□），可以看出工作點(diǎn)落在IS65-50-160A型離心泵的上方，表明該型號(hào)的離心泵不能滿(mǎn)足使用要求。IS65-50-160和IS80-65-160A型泵都能用，且都較為經(jīng)濟(jì)（IS65-50-160型泵：Q=27.5m3/h，H=25.7m，N=2.95kW，=63.6%；IS80-65-160A型泵：Q=27.5m3/h，H=25.8m，N=2.96kW，=65.5%）。例2-4某流態(tài)化干燥裝置的流程如圖2-14所示，新鮮空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入干燥器，排出的廢氣由通風(fēng)機(jī)送至旋風(fēng)分離器，經(jīng)收塵后排入大氣。已知進(jìn)入風(fēng)機(jī)的廢氣溫度為75oC，空氣的流量在0oC，101.3kPa下為7500m3/h，流經(jīng)預(yù)熱器、干燥器和旋風(fēng)分離器時(shí)的阻力損失分別為180Pa、370Pa、240Pa（以上均包括相應(yīng)的連接管路在內(nèi)）。設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，旋風(fēng)分離器排風(fēng)口的直徑為580mm，內(nèi)部的熱損失可忽略不計(jì)。試選擇一臺(tái)合適的離心通風(fēng)機(jī)。解：（1）求管路所需的實(shí)際流量已知風(fēng)機(jī)進(jìn)口空氣溫度為75oC，壓力為：101300-（180+370）=100750Pa已知在0oC、101.3kPa下的流量為7500m3/h，它應(yīng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際狀況下的流量，以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)。此狀態(tài)下流量為：（2）求管路的實(shí)際風(fēng)壓在空氣的入口截面1至出口截面2之間列柏努利方程，得已知進(jìn)預(yù)熱器前空氣的壓力p1及出旋風(fēng)分離器后空氣的壓力p2均是大氣壓，空氣的進(jìn)口速度u1=0，出口速度為：出口狀況下空氣的密度為圖2-14例2-4附圖設(shè)備和管路的總阻力損失為代入數(shù)據(jù)得pt=1.02