“化工原理”第2章《流體輸送機械》復(fù)習(xí)題

C低轉(zhuǎn)速、大直徑D低轉(zhuǎn)速、小直徑三、問答題：1．何謂離心泵的“氣縛〞和“氣蝕〞現(xiàn)象，它們對泵的操作有何危害？應(yīng)如何防止？***答案***“氣縛〞：由于泵內(nèi)存氣，啟動泵后吸不上液的現(xiàn)象，稱“氣縛〞現(xiàn)象?！皻饪`〞現(xiàn)象發(fā)生后，泵無液體排出，無噪音，振動。為防止“氣縛〞現(xiàn)象發(fā)生，啟動前應(yīng)灌滿液體。“氣蝕〞：由于泵的吸上高度過高，使泵內(nèi)壓力等于或低于輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓時，液體氣化，氣泡形成，破裂等過程中引起的剝蝕現(xiàn)象，稱“氣蝕〞現(xiàn)象，“氣蝕〞發(fā)生時液體因沖擊而產(chǎn)生噪音、振動、使流量減少，甚者無液體排出。為防止“氣蝕〞現(xiàn)象發(fā)生；泵的實際安裝高度應(yīng)不高于允許吸上高度。2.***答案***由離心泵的工作點知，改變泵出口閥的開度，使局部阻力改變，而管路特性曲線改變，流量隨之改變，此法雖不經(jīng)濟，但對泵運轉(zhuǎn)無其它影響；而往復(fù)泵屬容積式泵，壓頭與流量根本無關(guān)，假設(shè)關(guān)閉出口閥，那么因泵內(nèi)壓力急劇升高，造成泵體，管路和電機的損壞，故不宜用出口閥來調(diào)節(jié)流量。3.離心泵的揚程和升揚高度有什么不同？***答案***離心泵的揚程是指泵給以單位重量液體的有效能量、液體獲得能量后，可將液體升揚到一定高度△Z，而且還要用于靜壓頭的增量△P/ρg和動壓頭的增量△u/2g及克服輸送管路的損失壓頭，而升揚高度是指將液體從低處送到高處的垂直距離，可見，升揚高度僅為揚程的一局部，泵工作時，其揚程大于升揚高度。4.當離心泵啟動后不吸液，其原因主要有哪些？5.按圖寫出離心泵開泵及停泵操作程序。***答案***開泵：關(guān)閉閥B一翻開閥A一灌液一關(guān)閉閥A一啟動鍵K一全開閥B一調(diào)節(jié)閥A至適宜流量。停泵：關(guān)閉閥A一關(guān)閉閥B〔假設(shè)長期停泵可不關(guān)，以便放完管路中的液體〕一按停止電鍵K6.離心泵的操作三要點是什么？答：操作三要點，一是灌水(防氣縛)；二是泵啟動前關(guān)出口閥(降低啟動功率)；三是停機前關(guān)出口閥(防高壓液體倒流損壞葉輪)。7.離心泵啟動前要灌引水其目的是什么？泵啟動后卻沒有水出來，其可能的原因又是什么？答：啟動前必須灌水，其目的是防止發(fā)生氣縛現(xiàn)象。如果不灌液，那么泵體內(nèi)存有空氣，由于ρ空氣<<ρ液，

所以產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓缺乏以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，達不到輸液目的。泵啟動后卻沒有水出來，其可能的原因一管路堵塞，二是電機接線反了使葉輪倒轉(zhuǎn)，三是泵的安裝高度可能高了。8.某廠剛完成大修任務(wù)，其中一臺通過電機帶動的離心泵在開啟出口閥后不能送液，其可能的原因是什么？答：原因可能有兩個：其一，啟動前沒灌泵，此時應(yīng)停泵、灌泵，關(guān)閉出口閥后再啟動。其二，電機接線不正確，致使葉輪倒轉(zhuǎn)。9.離心泵的真空度隨著流量的增大是增加還是減小，為什么？答：增大，因為流量增大時，泵入口處的動能增大，同時流動阻力也增大，根據(jù)柏努利方程，總能量不變，那么入口處的靜壓能將減小，也就是真空度增大。10．簡述離心泵的工作原理。答：離心泵工作分吸液與排液過程。吸液過程的推動力是液面壓力〔常為大氣壓〕與泵內(nèi)壓力〔負壓〕之差，而泵內(nèi)的負壓是由于電機帶動泵軸、泵軸帶動關(guān)鍵部件葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，葉片之間的液體從葉輪中心處被甩向葉輪外圍，葉輪中心處就形成真空。排液過程的推動力那么是由于液體以很高的流速流入泵殼的蝸形通道后，因截面積擴大，大局部動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能而形成壓差，將液體從壓出口進入壓出管，輸送到所需的場所。四、計算題：1.〔10分〕將20℃的水由水池打至一敞口高位槽中，槽內(nèi)的水面與水池內(nèi)的水面的垂直距離為31.6m。管路總能量損失為50J/kg，流量為20m3/h，試求理論功率為多少kw？***答案***在水池液面1-1與高位槽液面2-2間列柏努利方程(1-1為基準)：ｇZ1＋ｕ12/2＋P1/ρ＋Ｗe＝ｇZ2＋ｕ22/2＋P2/ρ+∑hfZ1＝0，Z2＝31.6m，P1＝P2，ｕ1≈0，ｕ2≈0，∑hf＝50Ｊ/kgＷe＝ｇZ2＋∑hf＝9.81×31.6＋50＝360Ｊ/kgms＝20/3600×1000＝5.556kg/s;Pe＝Ｗems＝360×5.556＝2000Ｊ/s＝2kw3,泵的效率為0.8,輸水量為10m3/h，求:(1)泵軸功率P軸=?(2)壓力表的讀數(shù)為多少kgf/cm2**答案***⑴P軸=Pe/η,Pe=qm·We,qm=10×1000/3600=2.778kg/sWe--泵對單位質(zhì)量流體所做的有效功。選取1-1與2-2截面，并以1-1截面的基準面。在兩截面間做能量衡算：ｇZ1＋ｕ12/2＋P1/ρ＋Ｗe＝ｇZ2＋ｕ22/2＋P2/ρ+∑hf∵Z1=0Z2=2+18=20mp1=p2=0ｕ1≈0，ｕ2≈0，We=g·Z2+ΣhfΣhf=λ(ΣL/d)(u2/2)u=(qv/3600)/[(π/4)d2]=(10/3600)/(0.7852×0.052)=1.415m/sΣhf=0.025×(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kg;We=9.81×20+50.06=246.25J/kgPe=qm·We=2.778×246.25=684J/s;P軸=Pe/0.8=684/0.8=855W⑵再就3-3與2-2截面做能量衡算，并取3-3為基準面gZ3+(p3/ρ)+(u32/2)=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+hf∵Z3=0Z2=18p2=0u2=0∴p3/ρ=gZ2+hf-(u32/2)=9.81×18+λ(l/d)(u32/2)-(u32/2)=176.58+0.025(80/0.05)×(1.4152/2)-(1.4152/2)=176.58+40.04-1.0=215.62J/kg;P3=ρ×215.62=215620N/m2P3=215620/(9.81×104)=2.198kgf/cm2(表)3.(15分)用一離心泵以40m3/h的流量將20℃的水從開口貯槽送到某開口容器，貯槽和容器的水位恒定，液面高度差為30m。管道均為φ80×2.5mm的無縫鋼管，吸入管長為20m，排出管長為100m(均包括局部阻力的當量長度)，摩擦系數(shù)為0.02。泵前后兩測壓口的垂直距離為0.5m，泵安裝在液面上方4.5m處，允許汽蝕余量為2.5m。20℃①泵的效率為70%，水泵的軸功率；②泵能否正常操作？解：(1)在開口貯槽液面1-1與開口容器液面2-2間列柏努利方程Hf=【λ〔l＋le〕/d+∑ζ】u2/2gλ=0.02u=4qv/πd2=40×4/(3.14×0.0752×3600)=2.516m/sHf=0.02×120×2.5162/0.075×2×9.81=10.32mHe=Z2－Z1＋(p2－p1)/ρg＋Hf=30＋0＋0＋10.32=40.32mP=qvHρg/η=40×40.32×1000×9.81/3600×0.7=6278W泵實際安裝在液面上4.5m處，貯槽液面0-0與泵入口處1-1間允許安裝高度為：Hg=(p0-pv)/gρ--△h—hf,0-1Hf，0-1==0.02×20×2.5162/0.075×2×9.81=1.72mHg=(101.3－2.335)×1000/1000×9.81－2.5－1.72=5.87m為防止發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，實際安裝高度比理論值低1m，即為4.87m，故泵能夠正常操作。4.〔15分〕欲用離心泵將20℃水以30m3/h的流量由水池打到敝口高位槽，兩液面均保持不變，液面高差為18m，泵的吸入口在水池液面上方4.5m處。泵的吸入管路全部阻力為1mH2O柱，壓出管路全部阻力為3mH2O柱，泵的效率為0.6，求泵的軸功率。假設(shè)泵的允許汽蝕余量為2.53，飽和蒸汽壓為2.335kPa。分析：水池液面為1-1，高位槽液面為2-2，并以1-1為基準面根據(jù)柏氏方程Z1＋P1/ρｇ＋u12/2ｇ＋He＝Z2＋P2/ρｇ＋u22/2ｇ＋∑Hfu1≈0u2≈0p1=0(表壓)p2=0(表壓)z1=0z2=18H＝ΔZ＋∑Hf(1–2)＝18＋1＋3＝22m∴P軸＝qvHρ/〔102η〕＝(30/3600)×22×1000/(102×0.6)＝3kwHg=(p0-pv)/gρ--△h—Hf,0-1=(101.3－2.335)×1000/1000×9.81－2.5－1.0=6.59m為防止發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，實際安裝高度比理論值低1m，即為5.69m，而泵實際安裝在液面上4.5m處，故泵能夠正常操作。5.某離心泵的額定流量為16.8m33、流量為250L/min的堿液自敞口堿池輸送到表壓為30kPa塔內(nèi)？堿液面到塔液面間的垂直距離為10m，管路為Ф75×3.5mm鋼管，泵的吸入管路和壓出管路總長為120m(均包括局部阻力的當量長度)，管路的摩擦系數(shù)λ為0.03。分析：流量Qe=250L/min=15m3/h＜16.8m3/h(1分)水池液面為1-1，高位槽液面為2-2，并以1-1為基準面(解題要點3分)根據(jù)柏氏方程