第二章的流體輸送機(jī)械答案詳解

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔第二章流體輸送機(jī)械離心泵特性【 2-1 】某離心泵用15 的水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，水的體積流量為540m3/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(cè)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時(shí)995.7kg / m3 ，流量 qV540 m3/ h壓力表 pM350kPa，p30kPa（表壓）真空表V壓力表與真空表測(cè)壓點(diǎn)垂直距離h00.35m管徑 d10.35m， d20.31m流速u1qV540 / 36001.56 m / s224 d14(0.35)2211 5

2、60 351 9921d.uu2.0 31. m / sd.pMpu22u12揚(yáng)程h0Vg2 g0 35350103(301031 9921 5629 81)(.)( .).995 729 81.0.3538.90.07839 .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/m3 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

3、口壓力表讀數(shù)將增大。(3)液體密度增大，則軸功率PqVgH 將增大?！?2-3 】某臺(tái)離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，水的流量為18m3/h ，揚(yáng)程為 20m(H2O)。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(shí)，泵的流量與揚(yáng)程將變?yōu)槎嗌?？?(1)已知qV183 /,20m水柱，1000kg/3mh Hm有效功率PeqVgH1810009.81209813600W精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔(2)轉(zhuǎn)速n11450 r / min 時(shí)流量 qV 118 m3 h ，揚(yáng)程 H 120m H2 O柱轉(zhuǎn)速n21250 r / min流

4、量qV 2qV 1n2 18125015.5m3 / h11450n22揚(yáng)程H 2H 1n2125014.9m H2O柱n1201450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98.1kPa ，兩槽液位相差4m且維持恒定。已知輸送管路為45mm× 2.5mm，在泵出口閥門全開的情況下，整個(gè)輸送系統(tǒng)的總長(zhǎng)為 20m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），設(shè)流動(dòng)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 6 105 qV23（ qV 的單位為 m/s ， H的單位為 m）。水的密度可取為1000

5、kg/m 3。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 3 的堿液，則離心泵的工作點(diǎn)有何變化？解（ 1）管路特性方程H H 0 kqV2其中H 0zp498.110 3=14g1039.81k8 lle0.028203.231052 gd 53.14 29.810.04 5故管路特性方程H143.2310 5 qV2離心泵特性方程H286105 qV2兩式聯(lián)立286105 qV2143.23105 qV2得工作點(diǎn)下的流量與壓頭qV3.8910 3 m3 / s ， H18.92m（ 2）當(dāng)改送密度為1200 kg/m 3

6、的堿液時(shí)，泵特性方程不變，此時(shí)管路特性方程p3H 0'z498.11012.3' g12009.81流動(dòng)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)镠12.33.23105 qV 2將該方程與泵特性方程聯(lián)立精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔286 105 qV 212.33.2310 5 qV 2得新工作點(diǎn)下流量及壓頭q'V 4.1210 3 m3 / 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水池經(jīng)換熱器送到另一敞口高位槽，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(zhǎng)（包

7、括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)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0.03 。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 n2900r / m i n時(shí)的 HqV 特 性 曲 線 數(shù) 據(jù) 見下表。習(xí)題 2-5a 附圖qV/ m3 s 100.000.000.000.000.000.000.000.0012345678H / m2625.524.5232118.515.5128.5試求： (1)管路特性方程；(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3.510 3 m3 s ，應(yīng)將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到多少？（參看例2-3 ）。解已知d

8、0. 075,l le400,0. 03,32mm(1)管路特性方程HH20VkqH 0Zp10 010mH 2Ogk8ll e2 gd5d480.03400325.0210529.81(0.075)5(0.075)4H 10 5.02 105 qV2(2) 工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程管路特性曲線的qV 與 H 計(jì)算值如下qV / m3 s 100.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H / m1010.51214.51822.62834.642.1精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔工作點(diǎn)流量qVA0.0045 m3 / s ，揚(yáng)程 H A19. 8m H2 O(3) 將工作

9、點(diǎn)流量從qVA3qVC30.0045 m / s 調(diào)節(jié)到0.0035m / s ，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)由2900 r / min調(diào)節(jié)到多少？將 qVC3/ s 代入管路特性方程，求得0.0035 mH C105 0210 50.0035)216.1m H 2O.(等效率方程HKqV2系數(shù)KH C16.11 3110 62(0 00352.qV C.)得等效率方程H1.31106 qV2等效率方程的計(jì)算值如下qV m3s 10 0.001 0.002 0.0030.0040.0045H / m01.31 5.24 11.8 2126.5從 n2900r / min 的泵特性曲線與等效率曲線的交點(diǎn)D，得到q

10、0 0043/ s, H21m H 2O.mDVD習(xí)題 2-5b 附圖流量為qVC0.0035m3 / s 時(shí)的轉(zhuǎn)速為nC nDqVC29000.0035qVD2538r / min0.004精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔nDnC1002900 2538100 12.5%nD2900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)3流量 qV0.0053 m / s ，揚(yáng)程H23.7m 水柱習(xí)題2-6 附圖習(xí)題 2-7附圖【 2-7 】若習(xí)題 2-4 第 2 問改

11、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 qV0.0061m3 / s ，揚(yáng)程H30.02m 水柱離心泵的安裝高度【 2-8 】用型號(hào)為IS6550 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(duì)壓力為98kPa 。試求： (1)水溫 20時(shí)泵的安裝高度，(2)水溫 80時(shí)泵的安裝高度。解已知環(huán)境大氣壓力p098 kPa （絕壓）吸入管H f 4m( H 2O) ，查得泵的汽蝕余量h=2m(1) 20 的水，飽和蒸氣壓p23.38kPa，密度998 2kg/m3V.最大允許安裝高度為H g

12、允許= p0pVhH f(98 23.38)10324162mg998.2 9.81.精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔輸送 20 水時(shí)，泵的安裝高度H g1.62m(2) 80 的水，飽和蒸氣壓pV47.38 kPa ，密度971 .8kg / m3最大允許安裝高度為= p0pV(9847381032 40 69H 允許hH f. )m971 8981.gg.輸送 80 水時(shí)，泵的安裝高度H g0.69 m【 2-9 】 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，所選泵的允

13、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H g 允許 = p0pVhH f(8572.12)1033.0 1.52.96m850g9.81而實(shí)際安裝高度g 實(shí) 2.5mH g允，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H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?！?2-10 】用離心泵輸送80 熱水，今提出如下兩種方案（見習(xí)題2-10 附圖）。若兩方案的管路長(zhǎng)度（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）相同，離心泵的汽蝕余量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 。

14、習(xí)題2-10 附圖解水在 80時(shí)飽和蒸氣壓pV47.38kPa ，密度971.8kg / m3 ，汽蝕余量h 2m ，大氣壓力p0 101. 33kPa最大允許安裝高度為= p0pV101 3347.38)1033 66允許h(.2H fH fH ggH f9718 981.第 (2)方案的安裝高度H g7m ，大于 H g允許 ，不能完成輸送任務(wù)。第 (1)方案的安裝高度H g1m精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔若13.66H f 則H f4. 66m 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(zhǎng)度（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為45m。水溫為20

15、 ，管壁相對(duì)粗糙度= 0.001。要求輸水量為d2025m3/ h 。 (1)試選擇適當(dāng)管徑；(2)試選擇一臺(tái)離心泵。解20 水的998.2kg / m3 ,1 .00410 3 Pasl le45m,=0.001d最大流量 qV325 m / h(1) 管徑 d從教材表 1-3 中選管路中水的流速u2.5 m sdqV25/ 36000 0595 59 5u2 5.m. mm.44選公稱直徑65mm的低壓流體輸送用焊接鋼管管徑為 75.5mm3.75mm ，內(nèi)徑 d75.53.75 268mm最后計(jì)算流速qV25 / 36001.91m / su20 0682d4( .)4此流速在表1-4

16、中的 1. 53. 0m / s 范圍內(nèi)(2) 選離心泵揚(yáng)程HZpu2H fg2gp0,u 20Z20m,0 0681 91998 25Redu.129 101004 10 3.查得0.0218lle u2451912H f00218(.)2.68 md2g.06829.810揚(yáng)程H202.68 22.68 m有效功率PeqVgH25998.29.8122.6815401.54kW3600W設(shè)泵的效率=0. 65精彩文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔P1 54軸功率Pe=.=2 37kW0 65.選用離心泵IS6550160其 流 量 范 圍 為 1530 m3/ h ， 揚(yáng) 程 范 圍 為 3530m ， 轉(zhuǎn)

17、 速 為 2900r / m i n， 軸 功 率 為2.653.71kW ，汽蝕余量h 22. 5m。【 2-12 】有一臺(tái)離心泵的額定流量為16.8m 3/h ，揚(yáng)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75.5mm3.75mm ，管長(zhǎng)為 124m（包括直管長(zhǎng)度與所有管件的當(dāng)量長(zhǎng)度），摩擦系數(shù)為0.03 。解流量 qV250L / min25060 15m3/ h1000流速uqV15 / 36001.15m / s224 d40 0

18、68( .)壓頭HZpl l eu2gd2g301031241 1528 50 03(. )15 1液柱10609 810 06829 81. m.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(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)際流量/ 理論流量） 。解活塞行程S300 mm03m，活塞直徑 D0.18 m ，活塞截面積A22D0. 1844活塞桿直徑d005m，活塞桿截面積ad

19、2(0 05)244活塞往復(fù)頻率n55 1min理論流量qV理(2)(201820052 ) 03 55 0 807.3/ minA a Sn44m實(shí)際流量213qV實(shí)432.626 50693/ minm.容積效率qV 實(shí) / qV理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(cè)得的數(shù)據(jù)如下：空氣溫度為20，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1450r / min ，所需軸功率為0.81kW 。試求風(fēng)機(jī)的全風(fēng)精彩文案實(shí)

20、用標(biāo)準(zhǔn)文檔壓、靜風(fēng)壓及全風(fēng)壓效率。解 已知風(fēng)量 qV3900 m3 / h，吸入管內(nèi)徑d10.3m ，排出管內(nèi)徑 d2 0.25mu1qV3900 / 3600吸入管風(fēng)速215 .3m / s24d14(0.3)20 321排出管風(fēng)速d15 3.22210 25uu2.m / sd.t 20 ， p101.325kPa 下，空氣密度=1.205 kg / m321 205(15 321進(jìn)口動(dòng)壓pd1u.)22141Pa21 205(2222出口動(dòng)壓pd2u.)29222Pa進(jìn)口靜壓ps1150Pa ，出口靜壓ps2230Pa全風(fēng)壓pt( ps2Pd 2 ) （ps1Pd1） 230292150 140 532Pa靜風(fēng)壓ppp 2532292240sttPad已知軸功率P0.81kW810W有效功率Pept qV532390057636003600We576全風(fēng)壓效率P0.711P 810【 2-15 】 倉 庫 里 有 一臺(tái) 離 心 式 通 風(fēng) 機(jī) ， 其 銘 牌 上的 流 量 為 1.27 103 m3 / h ， 全 風(fēng) 壓 為1.569kPa 。 現(xiàn) 想 用 它 輸 送 密 度 為 1.0kg /