化工原理 流体输送机械 离心泵安装

第二章 流体输送设备【例2－1】 离心泵特性曲线的测定附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：泵进口处真空表读数p 1=×104Pa(真空度) 泵出口处压强表读数p 2=×105Pa(表压) 泵的流量Q =×10－3m 3/s 功率表测得电动机所消耗功率为 吸入管直径d 1=80mm 压出管直径d 2=60mm 两测压点间垂直距离Z 2－Z 1=泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，电动机的效率为 实验介质为20℃的清水试计算在此流量下泵的压头H 、轴功率N 和效率η。

解：（1）泵的压头 在真空表及压强表所在截面1－1与2－2间列柏努利方程：=+++H gu g p Z 22111ρf H g u g p Z +++22222ρ式中 Z 2－Z 1=p 1=－×104Pa （表压） p 2=×105Pa （表压）u 1=()m/s 49.208.0105.12442321=⨯⨯⨯=-ππd Q u 2=()m/s 42.406.0105.12442322=⨯⨯⨯=-ππd Q 两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故H =+()()81.9249.242.481.910001067.21055.22245⨯-+⨯⨯+⨯ =（2）泵的轴功率 功率表测得功率为电动机的输入功率，电动机本身消耗一部分功率，其效率为，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率）为：N =×=（3）泵的效率===Ng QH N N e ρη100077.581.9100088.29105.123⨯⨯⨯⨯⨯- =63.077.566.3=在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据，计算出相应的H 、N 和η值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特性曲线。

【例2－2】 将20℃的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面13m 。

第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15C的水进行性能实验，水的体积流量为540m3/h，泵出口压力表读数为350kPa，泵入口真空表读数为30kPa。

若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管与压出管内径分别为350mm及310 mm，试求泵的扬程。

解水在15 C 时］=995.7kg/m3，流量q V =540m3/h压力表P M=：350kPa,真空表內-；OkPa （表压）压力表与真空表测压点垂直距离h0=0.35m管径d i =0.35m, d2 =0.31mL.亦需卜珈"2 2H 丸• P M-P V■ U2 -U1 e 2gcc 350x103—(d0x103) (1.99)2 _(1.56)2= 0.35亠亠995.7X9.81 2x9.81= 0.35 38.9 0.078 =39.3m 水柱视为与水相同。

若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明:泵的压头（扬程）有无变化；（2）若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；（3）泵的轴功率有无变化。

解（1）液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。

（见教材）（2）液体密度增大，则出口压力表读数将增大。

（3）液体密度T增大，则轴功率P =% ：gH将增大。

【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h，扬程为20m（H 2O）。

试求：（1）泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3；⑵ 若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少？解(1)已知q V =18 m3 / h, H =20m 水柱，『=1000kg/m3有效功率巳二q V TgH 竺1000 9.81 20 =981W3600流速U i q v 540 / 3600= 1.56m /s二 2 4dic C L 4(0.35)扬程【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可(1)(2)转速 n 1 =1450r/ m i 时流量 qv^18m 3/h ，扬程 已=20m H 2O 柱转速 n 2 =1250r /min管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为 98.1kPa ，两槽液位相差4m 且维持恒定。

2-l 在用常温水(其密度为1000kg/m3)测定离心泵性能的实验中，当水的流量为26m3/h时，泵出口压力表读数为 1.52×105Pa，泵入口处真空表读数为185mmHg，轴功率为2.45KW，转速为2900r/min。

真空表与压力表两测压口间的垂直距离为400mm，泵的进、以口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可解：×105Pa，18∴41m.∴0。

2-2 某台离心泵在转速为2950r/min时，输水量为18m3/h，压头为20m H2现因电动机损坏，用一转速为2900r/min的电动机代用，问此时泵的流量、压头和轴功率各为多少(泵功效率取60％)？解：转速变化后，其他参数也相应变化。

m 695.171829502900 '' 3=⋅⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=Q n n Q O m H n n H 222H328.192029502900 ' '=⋅⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛= kW g Q H Ne 55.16.0/81.91000328.193600695.17/ ' ' '=⨯⨯⨯==ηρ 2-3己知80Y-60型离心泵输送常温水时的额定流量Q ＝50m 3/h ，额定压头H ＝60mH 20，转速n ＝2950r/min ，效率V ＝64％。

试求用该泵输送密度为700kg/m 3、粘度为1mm 2/S 的汽油和输送密度为820kg/m 3、粘度为35mm 2/S 的柴油时的性能参数。

解：设常温下水的密度为：3/1000m kg =ρ，粘度为：cP 1=μ输送汽油时：汽油的运动粘度s mm s mm /20/1221<=ν，则粘度的影响可忽略。

h m Q Q /5031==∴，m H H 601==汽油柱，%641==ηη 输送柴油时：柴油的运动粘度s mm s mm /20/35222>=ν，查图可得：%84=ηC ，%100=Q C ，%98=H C则：h m QC Q Q /5015032=⨯== m HC H H 8.5898.0602=⨯==柴油柱 538.084.064.02=⨯==ηηηCkW gH Q N 22.121000538.081.98208.5836005022222=⨯⨯⨯⨯==∴ηρ2-4 在海拔1000m 的高原上，使用一离心泵吸水，该泵的允许吸上真空高度为6.5m ，吸入管路中的全部阻力损失与速度头之和为3mH 20。

化工原理典型例题题解第2章 流体输送机械例1 离心泵的工作点用某一离心泵将一贮罐里的料液送至某高位槽 ，现由于某种原因，贮罐中料液液面升高，若其它管路特性不变，则此时流量将（ ）。

A 增大B 减少C 不变D 不确定例 2 附图例2 附图解：该题实际上是分析泵的工作点的变动情况。

工作点是泵特性曲线与管路特性曲线的交点，其中任何一条特性曲线发生变化，均会引起工作点的变动，现泵及其转速不变，故泵的特性曲线不变。

将管路的特性曲线方程式列出2421212)(8v q gd d l g P P Z Z H πζλρ++-+-= 现贮槽液面升高，1Z 增加，故管路特性曲线方程式中的截距项数值减小，管路特性曲线的二次项系数不变。

由曲线1变为曲线2，则工作点由A 点变动至B 点。

故管路中的流量增大，因此答案A 正确。

例2 离心泵压头的定义 离心泵的压头是指（ ）。

A 流体的升举高度； B 液体动能的增加； h m ,Q 3m,H eC 液体静压能的增加；D 单位液体获得的机械能。

解：根据实际流体的机械能衡算式H e =(Z 2-Z 1)+(P 2-P 1)+(u 22-u 12)/2g+ΣH f离心泵的压头可以表现为液体升举一定的高度(Z 2-Z 1)，增加一定的静压能(P 2-P 1)/(g ρ)，增加一定的动能(u 22-u 12)/(2g)以及用于克服流体流动过程中产生的压头损失ΣH f 等形式，但本质上离心泵的压头是施加给单位液体（单位牛顿流体）的机械能量J(J/N=m).故答案D 正确。

例3离心泵的安装高度H g 与所输送流体流量、温度之间的关系分析离心泵的安装高度H g 与所输送流体流量、温度之间的关系。

解：根据离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r ，计算泵的最大允许安装高度的计算公式为[][]5.0)()10(0+---=∑-r f vgNPSH H g P g P H ρρ (1) 首先分析离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r 的定义过程。

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 m 3/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）。

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2e e H K Bq =+由于启动离心泵之前p A =p C ,于是g p Z K ρ∆+∆==0则 2e e H Bq = 又 e 38H H ==m])39/(38[2=B h 2/m 5=2.5×10–2 h 2/m 5则 22e e 2.510H q -=⨯（q e 的单位为m 3/h ）（2）输油管线总长度2e 2l l u H d gλ+= 39π0.0136004u ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦m/s=1.38 m/s于是 e 22229.810.1380.02 1.38gdH l l u λ⨯⨯⨯+==⨯m=1960 m 2．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2f,0113.0h u -=∑（u 1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习题1 附图的条件下进行。

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∑-+++=10,211120f h u p gZ ρ将有关数据代入上式并整理，得48.3581.95.2100010605.3321=⨯-⨯=u184.31=u m/s则 2π(0.08 3.1843600)4q =⨯⨯⨯m 3/h=57.61 m 3/h(2) 泵的扬程29.04m m 5.081.9100010)22060(3021=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⨯+=++=h H H H(3) 泵的效率s 29.0457.6110009.81100%100036001000 6.7Hq g P ρη⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=68%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 η=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）。

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 m 3/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）。

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2e e H K Bq =+由于启动离心泵之前p A =p C ,于是g p Z K ρ∆+∆==0则 2e e H Bq = 又 e 38H H ==m])39/(38[2=B h 2/m 5=2.5×10–2 h 2/m 5则 22e e 2.510H q -=⨯（q e 的单位为m 3/h ）（2）输油管线总长度2e 2l l u H d gλ+= 39π0.0136004u ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦m/s=1.38 m/s于是 e 22229.810.1380.02 1.38gdH l l u λ⨯⨯⨯+==⨯m=1960 m 2．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2f,0113.0h u -=∑（u 1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习题1 附图的条件下进行。

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∑-+++=10,211120f h u p gZ ρ将有关数据代入上式并整理，得48.3581.95.2100010605.3321=⨯-⨯=u184.31=u m/s则 2π(0.08 3.1843600)4q =⨯⨯⨯m 3/h=57.61 m 3/h(2) 泵的扬程29.04m m 5.081.9100010)22060(3021=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⨯+=++=h H H H(3) 泵的效率s 29.0457.6110009.81100%100036001000 6.7Hq g P ρη⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=68%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 η=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）。