第二章的流體輸送機械答案詳解

1、第二章流體輸送機械離心泵特性【2-1】某離心泵用15 C的水進(jìn)行性能實驗，水的體積流量為540m 3/h，泵出口壓力表讀數(shù)為350kPa，泵入口真空表讀數(shù)為30kPa。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，試求泵的揚程。解 水在 15 C 時 Q =995.7kg/m 3，流量 qv =540m 3/h壓力表 Pm =350kPa ,真空表 Pv - ； 0kPa （表壓）壓力表與真空表測壓點垂直距離h0 =0.35m流速J c C L4(0.35)qv二 2_4d1540/3600=1.56m /sL.亦需L.99m/s2 2揚程

2、H-he -Pm 內(nèi) U2 _U1 e 2gcc 350X10 3 _(<0X10 3) (1.99) 2 _(1.56) 2=0.35亠亠995.7X9.8127.81=0.35 38.9 0.078 =39.3m 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/m 3的水溶液，其他性質(zhì)可視為與水相同。若管路狀況不變，泵前后兩個開口容器的液面間的高度不變，試說明：（1）泵的壓頭（揚程）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。管徑 dt = 0.35m, d2 =0.31m解 （1）液體密度增大，離心泵的壓頭（揚程）不變。（見教材

3、）（2）液體密度增大，則出口壓力表讀數(shù)將增大。（3）液體密度增大，則軸功率 P =%T將增大?！?-3】某臺離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時，水的流量為18m 3/h，揚程為20m（ H 2O）。試求：（1）泵的有效功率，水的密度為1000kg/m 3；（2）若將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到 1250r/min時，泵的流量與揚程將變?yōu)槎嗌伲拷猓?）已知 qV =18m3 / h, H =20 m 水柱，=1000 kg/ rri有效功率巳二 qv?gH 色 1000 9.81 20 =981W3600轉(zhuǎn)速n2 =1250r /min流量qv?Hi=15.5m 3 / h1450揚程n25=20/12502

4、 、(1450 =14.9m HQ 柱（2）轉(zhuǎn)速ni =1450r/min 時流量 qvi -18m 3/h，揚程已=20m H 2O 柱n2管路特性曲線、工作點、等效率方程=qVl ,兩槽【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98.1kPa液位相差4m且維持恒定。已知輸送管路為45m" 2.5mm ,在泵出口閥門全開的情況下，整個輸送系統(tǒng)的總長為20m （包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），設(shè)流動進(jìn)入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.02。在輸送范圍內(nèi)該離心泵的特性方程為H =28 _6x105qv（ Cv的單位為 m'/s, H的單位為 m）。水的密度可

5、取為1000kg/m 3。試求：（1）離心泵的工作點；（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 3的堿液，貝V離心泵的工作點有何變化?（1）管路特性方程H 二 Ho kqv2其中Ap Az Pg3,98.1 漢4310 X9.8110 一=142 0 5 3.2 o 1 00.04、8 I +He8k5 =0.02 2d3.1 衣 9.81H =14 3.23 10 5qv2故管路特性泵特性方程H =28 -6 10叱V2兩式聯(lián)立28 -6 10 5qV2 =14 - 3.23 10 5qv2得工作點下的流量與壓頭qv =3.89 10 Am 3/s ,

6、 H =18.92m（2）當(dāng)改送密度為1200 kg/m 3的堿液時，泵特性方程不變，此時管路特性方程3u '人紳丄 98.110 cH 0= Az 412.3Pg 1200 9.81流動進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則k不變。因此管路特性方程變?yōu)閷⒃摲匠膛c泵特性方程聯(lián)立28 _6 10 2H =105.02 10 q v（2）工作點的流量與揚程管路特性曲線的qv與h計算值如下qv2 =12.33.23 10 5qv2得新工作點下流量及壓頭qv =4.12 10 -m 3 /s , H '=17.78m【2-5】在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水由貯10m捱枠黑水池經(jīng)換熱

7、器送到另一敞口高位槽，如習(xí)題已知高位槽液面比貯水池液面高出2-5附圖所示。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流體流動處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.03。流體流經(jīng)換熱器的局部阻力系數(shù)為=32。離心cv / m3 s _L00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H /m2625.524.5232118.515.5128.5n在轉(zhuǎn)速n=2900r/m i時的H -qv特性曲線數(shù)據(jù)見下表。試求：（1）管路特性方程；（2）工作點的流量與揚程；（3）若采用改變轉(zhuǎn)速的方法，使第（2）問求得的工作點流量調(diào)節(jié)到3.5 10 -m

8、3/s，應(yīng)將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到多少？（參看例2-3 ）。解 已知 d =0.075m, l - L = 400m, ? = 0 03 = 32（1）管路特性方程H二H。- kqvHA.'-Z =10 0 =10mH 2OPg8k 2/-54"I d d 78400325* *0.0354 =5.02 105H X9.81J (0.075)(0.075)qv / m3 s100.0010.0020.00314.50.0040.0050.0060.0070.008H /m1010.5121822.6 2834.642.1、工作點流量.i qvA =0.0045m /s3，揚程Ha =19

9、.8 m H 2O(3)將工作點流量從qvA =0.3004 5m /s 調(diào)節(jié)到 仏=0.00353m /s，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)由2900r / min 調(diào)節(jié)到多少?將qvc = 0.0035 m 3/s代入管路特性方程，求得H2O得等效率方程2=Kvq等效率方程161 2He = 10 +5.02x105 x(0.0035) 2 =16.1系數(shù)K -竺qV C(0 00351.31 1062)H =1.31 10qvq/ ms 00.0010.0020.0030.0040.0045H /m1.35.2411.82126.5從 n =2900r / min1的泵特性曲線與等效率曲線的交點D，得到13=

10、0.004m / s, H d =21等效率方程的計算值如下流量為qVC =0.0035m 3/s時的轉(zhuǎn)速為m H2OncqVDO/c CCCC 0.0035 CLCC ,. 一 °=2900= 2538r / min一 n 一0.004C/DnD2900 2538n- 100100 =12.5%2900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問改為兩臺泵并聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求泵工作點的流量與揚程。解習(xí)題2-6附圖中點A為工作點Q£證t習(xí)題2-6附圖流量 qv =0.0053m3/s，揚程 H =23.7m 水柱01602 C

11、 OM 0 0060 0080 01Q/ml-習(xí)題2-7附圖Ah=p0 -一 g允許P ?g一.h H f2m(98 23.38) 10 3998.2 9.81= 1.62m【2-7】若習(xí)題2-4第2問改為兩臺泵串聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求工作點的流 與揚程。解習(xí)題2-7附圖中點A為工作點， 流量 qv =0.0061m3 /s，揚程 H =30.02m 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，吸入管路的壓頭損失為4m，當(dāng)?shù)丨h(huán)境大氣的絕對壓力為98kPa。試求：（1）水溫20 C時泵的安裝高度，（2）水溫80 C時泵的安裝高度。解已知環(huán)

12、境大氣壓力p = 98kPa （絕壓）吸入管Hf-4m（ H2O），查得泵的汽蝕余量（1）20 C的水，飽和蒸氣最大允許安裝高度為輸送20 C水時，泵的安裝高度Hg < 1.62m80 C的水，飽和蒸氣壓pv =47.38kPa，密度=971.8kg/m 3最大允許安裝高度為Hg允許Po3(98_47.38) 102 4971.8 9.81-0.69m85kPa。輸送80 C水時，泵的安裝高度Hg乞J0.69m在操作【2-9 用離心泵將密閉容器中的有機液體送出，容器內(nèi)液面上方的絕壓為溫度下液體的密度為850kg/m 3,飽和蒸汽壓為 72.12kPa。吸入管路的壓頭損失為1.5m ,所選

13、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Hg允許=罟”*(85 72.12) 10 3850 9.81_3.0_1.5 =_2.96m而實際安裝高度 Hg實二一 2.5m Hg允，說明此泵安裝不當(dāng)，泵不能正常操作，會發(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3.5m或更低?！?-10 用離心泵輸送 80 C熱水，今提出如下兩種方案(見習(xí)題案的管路長度(包括局部阻力的當(dāng)量長度)相同，離心泵的汽蝕余量2-10附圖)。若兩方厶h =2m。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101.33kPa。水在8

14、0 C時飽和蒸氣壓Pv =47.38kPa，密度 習(xí)題2-10附圖P =971.8kg/m 3，汽蝕余量Lh =2m ,大氣壓力 po =101.33kPa最大允許安裝高度為Hg允許=駕一(101 33_47 38)漢 103Hf-2971.8 9.81H f =3.66 H f第(2)方案的安裝高度Hg = 7m,大于Hg允許，不能完成輸送任務(wù)。第(1)方案的安裝咼度Hg =-1m若-1 _3.66 -' H f .貝H f -4.66m水柱時可以用20m，管路長度(包括二士 0.001。要求輸水量為d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 局部阻力

15、的當(dāng)量長度)為45m。水溫為20 C,管壁相對粗糙度20? 25m3/h。(1)試選擇適當(dāng)管徑；(2)試選擇一臺離心泵。解 20 C 水的 -998.2kg /m 3-1 004 10-Pa s1 le =45m，d=°.°01最大流量qv =25m 3/ h(1)管徑dd = I25/360° =0.0595m=59.5mm| V4U 4X25I從教材表1-3中選管路中水的流速u =2.5 m/ s選公稱直徑65mm的低壓流體輸送用焊接鋼管管徑為 75.5mm 3.75mm，內(nèi)徑 d =75.5 -3.75 2 =68mm最后計算流速CV25 / 36001 9

16、1 ,u1.91m/ s:2 * . . 2d(0.068)此流速在表1-4中的1.5? 3. 0m /s范圍內(nèi)(2)選離心泵HiPJ F揚程Pg 2g即=0,加 2 =0,迄=20 mRe-duP,. 068 "91 A8.2八 29 価卩 1.004X10$查得？=0.0218寸、丨 +le u45(1.91)送 川=人e =0.0218 漢 漢')=2.68 md 2g0.0682 疋 9.81揚程H =20 2.68 =22.68 m25有效功率Pe 許引=3600 998?2 9?81 22-6A1540W 九 54 kW設(shè)泵的效率 =0.65P 15 4軸功率p=

17、二一=237W0. 6 5選用離心泵IS65 -50-160其流量范圍為15? 30m3 /h ,揚程范圍為35? 30m ,轉(zhuǎn)速為2900r /min軸功率為2.65? 3.71kW，汽蝕余量 冷=2? 2. 5m?！?-12】有一臺離心泵的額定流量為16.8m 3/h，揚程為18m。試問此泵是否能將密度為1060kg/m 3,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)備的液位垂直距離為8.5m。管路的管徑為 475.5mm 3.75mm，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 0.03。nr n流速壓頭qvd215

18、 /3600= 1.15m / s:X(0.068)230 103=85 1060 9.810.03 0.068 2 9.81=15.1m液柱解流量250L/m 心而 0 60 = 15m3/h流量與壓頭都略小于額定值，該泵可以用往復(fù)泵【2-13】有一臺雙動往復(fù)泵，其活塞的行程為300mm，活塞直徑為180mm，活塞桿直徑為50mm。若活塞每分鐘往復(fù)55次，其理論流量為若干？又實驗測得此泵在26.5min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（即實際流量/理論流量）。解 活塞行程 S=300mm = 0.3m，活塞直徑D=0.18m，活塞截面積 A =中D2=寸咒（0

19、.18 丫活塞桿直徑d =0.05m，活塞桿截面積a ' d2(0.05)244活塞往復(fù)頻率n =5 5 / m i n理論流量實際流量qv 理=(2A-a)S n (201820.052) 0.3 55 =0.807m 3/min44K1qv 實二32 2.6>=0.693m3/ min426.5容積效率n 二q 實 /qV理=0 .6 9 3 0 80 7. 0 8 5 9氣體輸送機械20 C,風(fēng)【2-14】有一臺離心式通風(fēng)機進(jìn)行性能實驗，測得的數(shù)據(jù)如下：空氣溫度為機出口的表壓為 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300

20、mm及250mm，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為1450r / min，所需軸功率為0.81kW。試求風(fēng)機的全風(fēng)壓、靜風(fēng)壓及全風(fēng)壓效率。解已知風(fēng)量qvT900m3/ h，吸入管內(nèi)徑dA0.3m，排出管內(nèi)徑dA0.25m吸入管風(fēng)速3900 /36004di-(°.3)._15 3m/=22m / s排出管風(fēng)速t =20 ”，di3p=101.325kPa 下，空氣密度 ；=1.205 kg /m進(jìn)口動壓2 2Pdl=YJ. 20 ；( i5)J14IPa出口動壓Pct =手 J.聲鞏? 2292Pa進(jìn)口靜壓Psi - -150Pa，出 口靜壓 Ps2 =230Pa全風(fēng)壓pt =( “+R ( Psi+Pci)= (230+292>(_150+140 )=532Pa靜風(fēng)壓Pst= Pt- Pd 53 2 2 9 2= 2f4<0已知軸功率 P =0. 8 k W 8 1V0有效功率卩。=四 V =532 3900 = 576W36003600全風(fēng)壓效率二F =蘭=0.711P 810【2-15】倉庫里有一臺離心式通風(fēng)機，其銘牌上的流量為1.27 10 3m3/h ,全風(fēng)壓為1.569kPa