化工原理(第四版)王志魁_第二章_流体输送机械

第二章 流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/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℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==，流速 / ./(.)1221540360015603544V q u m s d ππ===⨯. ../.221212035156199031d u u m s d ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭扬程 222102M V p p u u Ηh ρg g--=++ ()(.)(.)....⨯--⨯-=++⨯⨯332235010301019915603599579812981....m =++=0353890078393 水柱【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：(1)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ρ增大，则轴功率V q gHP ρη=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; (2)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/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱， 有效功率 .e V P q gH W ρ==⨯⨯⨯=181000981209813600(2) 转速 /m i n 11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱 转速/m i n 21250n r = 流量 ./322111250181551450V V n q q m h n ==⨯= 扬程 .2222121125020149m H O 1450n H H n ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭柱 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。

第二章 流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。

假设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别离为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。

解 水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==，流速 / ./(.)1221540360015603544V qu m s d ππ===⨯. ../.221212035156199031d u u m s d ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭扬程 222102M V p p u u Ηh ρg g--=++ ()(.)(.)....⨯--⨯-=++⨯⨯332235010301019915603599579812981....m =++=0353890078393 水柱【2-2】原先用于输送水的离心泵现改成输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。

假设管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无转变；(2)假设在泵出口装一压力表，其读数有无转变；(3)泵的轴功率有无转变。

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，那么出口压力表读数将增大。

(3)液体密度ρ增大，那么轴功率V q gHP ρη=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; (2)假设将泵的转速调剂到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变成多少？解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱， 有效功率 .e V P q gH W ρ==⨯⨯⨯=181000981209813600(2) 转速 /min 11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱转速/min 21250n r =流量 ./322111250181551450V V n q q m h n ==⨯= 扬程 .2222121125020149m H O 1450n H H n ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭柱 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，两槽液位相差4m 且维持恒定。

第二章 流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/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℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==，流速 / ./(.)1221540360015603544V qu m s d ππ===⨯扬程 222102M V p p u u Ηh ρg g--=++ 【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：(1)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ρ增大，则轴功率V q gHP ρη=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; (2)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/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱， 有效功率 .e V P q gH W ρ==⨯⨯⨯=181000981209813600(2) 转速 /m i n11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱 转速 /m i n 21250n r = 流量 ./322111250181551450V V n q q m h n ==⨯=扬程 .2222121125020149m H O 1450n H H n ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭柱 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。

第二章流体输送机械离心泵特性【2・1】某离心泵用15*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 o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310mm,试求泵的扬程。

解水在15°C时^=995. 7kg/m\ 流墩务= 540n?/h压力表pM = 350kPa<真空表p v = — 30kPa （表压）压力表与真空表测压点垂宜距离h Q =0. 35m计管径d\ =0. 35m, d z =0. 31m管血估弘/3600 540/3600 =皿；流速“1 =----- = ------------ = 1. 56 m/s乎d：~X（0. 35）24 4…（就= 】.56X（劇 = 1・99 m/s扬程H=/iu +如二匕+述严pg2g_c ?£- . 350X103-（-30X103） . （1. 99严一（1. 56）2 99T7X9?*8l十2X9.81=0. 35 + 38. 9 + 0. 076 = 39. 3 m 水柱12-2］原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m3的水溶液，其他性质可视为与水相同。

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：（1）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p增大，则轴功率卩=也晋旦将增大。

【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m3/h,扬程为20m （H2O）o 试求：（1）泵的有效功率，水的密度为1000kg/m3；（2）若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流册与扬程将变为多少？解（1）已知<?v=18m3/h, H = 20m 水柱，p=1000kg/m31 o有效功率Pc = X 1000X 9. 81 X20-981 W2324（2）转速 幽=1450r/min 时流量g 门=18n?/h,扬程耳=20mH?0柱 转速肥=1250r/min流量g 尸=如竺=18 X 等洱=15・5 m 3/h* V1 n } 14o0 扬程 =（签「= 20x （醫）2 = 14. 9m 1仏（）柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【27】 在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口崗位槽.如习题2-4附图所示。

《化工原理》内容提要第二章流体输送机械1. 基本概念1）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳2）泵的流量q v：指泵的单位时间内送出的液体体积，等于管路中的流量，这是输送任务所规定必须达到的输送量。

3）泵的压头（又称扬程）He是指泵向单位重量流体提供的能量。

4）流体输送机械的分类：动力式（叶轮式）、容积式（正位移式）、其他类型。

5）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳。

6）离心泵的主要性能参数：流量、扬程、效率、轴功率。

7）离心泵特性曲线：描述压头、轴功率、效率与流量关系的曲线。

8）离心泵的工作点：泵特性曲线与管路特性曲线的交点。

9）离心泵的调节：改变管路特性（阀门的开大关小，改变K值）；改变泵的特性（改变D、n，调节工作点）。

10）往复泵的结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。

2. 基本原理1）离心泵的工作原理：电动机经泵轴带动叶轮旋转，叶片间的液体在离心力作用下，沿叶片间的通道从叶轮中心进口处甩向叶轮外围，以很高速度汇入泵壳；液体经泵壳将大部分动能转变为静压能，以较高压力从压出口进入排出管。

2）泵的汽蚀现象：当水泵叶轮中心进口出压力低于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将发生沸腾部分汽化。

所生成的汽泡，在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，因压强升高，气泡立即凝聚。

高速度冲向原空间，在冲击点处产生高频高压强冲击。

当气泡的凝结发生在叶轮表面时，气泡周围液体在高压作用下如细小的高频水锤撞击叶片，加之气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用，将导致叶片过早损坏。

3）离心泵的选用原则：①根据被输送液体的性质确定泵的类型；②确定输送系统的流量和所需压头；③根据所需流量和压头确定泵的型号。

4）往复泵的工作原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。

5）气体输送的特点：气体的密度相对液体很小，①动力消耗大；②气体输送机械体积一般都很庞大；③输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。

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。

第二章流体输送机械2-1 流体输送机械有何作用？答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。

2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。

由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。

此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。

虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。

泵入口处于一定的真空状态（或负压）2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？1、流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。

2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m3、功率与效率：轴功率P：泵轴所需的功率。

或电动机传给泵轴的功率。

有效功率Pe：效率：2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？答：1、离心泵的H、P、与qv之间的关系曲线称为特性曲线。

共三条；2、离心泵的压头H一般随流量加大而下降离心泵的轴功率P在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。

与qv先增大，后减小。

额定流量下泵的效率最高。

该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。

3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。

2-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2间列伯努利方程得：3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q与η-Q曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。

第二章 流体输送设备§1 概述 2-1 流体输送概述气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。

液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。

固体的输送，特别是粉粒状固体，可采用流态化的方法，使气-固两相形成液体状物流，然后输送，即气力输送。

流体输送在化工中用处十分广泛，有化工厂的地方，就有流体输送。

流体输送机械主要分为三大类：（1）离心式。

靠离心力作用于流体，达到输送物料的目的。

有离心泵、多级离心泵、离心鼓风机、离心通风机、离心压缩机等。

（2）正位移式。

靠机械推动流体，达到输送流体的目的。

有往复泵、齿轮泵、螺杆泵、罗茨风机、水环式真空泵、往复真空泵、气动隔膜泵、往复压缩机等。

（3）离心－正位移式。

既有离心力作用，又有机械推动作用的流体输送机械。

有漩涡泵、轴流泵、轴流风机。

象喷射泵属于流体作用输送机械。

本章主要研究连续输送机械的原理、结构及设计选型。

§2 离心泵及其计算 2-2 离心泵构造及原理若将某池子热水送至高m 10的凉水塔，倘若外界不提供机械能，水能自动由低处向高处流吗？显然是不能的，如图2-1所示，我们在池面与凉水塔液面列柏努利方程得：图2-1 流体输送示意图f e h gu g p z h g u g p z +++=+++2222222111ρρ∵00211===p p z ，(表压)，01012==u m z ，，若泵未有开动，则：0=e h代入上式得： gud l le 21010000022⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++λ∴dl l gu e++⨯-=λ121022 2u 为虚数 此计算说明，泵不开动，热水就不可能流向凉水架，就需要外界提供机械能量。

能对流体提供机械能量的机器，称为流体输送机械。

离心泵是重要的输送液体的机械之一。

如图2-2 所示，离心泵主要由叶轮和泵壳所组成。

图2-2 离心泵构造示意图先将液体注满泵壳，叶轮高速旋转，将液体甩向叶轮外缘，产生高的动压头⎪⎪⎭⎫⎝⎛g u 22，由于泵壳液体通道设计成截面逐渐扩大的形状，高速流体逐渐减速，由动压头转变为静压头⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛g P ρ，即流体出泵壳时，表现为具有高压的液体。