食品工程原理 第二章 流体输送

【 例 2 - 2 】 天 津 地 区 某 化 工 厂 ， 需 将 60 ℃ 的 热 水 用 泵 送 至 高10 m 的 凉 水 塔 冷 却 ， 如 图 所 示 。 输 水 量 为 80 ~ 85 m 3 h 1 ， 输 水 管 内 径 为 106 mm ， 管 道 总 长 （ 包 括 局 部 阻 力 当 量 长 度 ） 为100 m ， 管 道 摩 擦 系 数 为 0 . 025 ， 试 选 一 合 适 离 心 泵 。


l

le

u
2 2
0 . 025
100 ( 2 . 68 ) 2
8 . 63
d 2g
0 . 106 2 9 . 81
H 10 ( 2 . 68 ) 2 8 . 63 19 m 2 9 . 81
查 王 志 魁 主 编 的 《 化 工 原 理 》 附 录 21， 可 选
2g
H A hf
……………… (e)
hf
l le u 2 d 2g



l
le d


1 2g


(
qv 2 d 2 )2 (3600)2

Bqv2
4
其中
B

6.38 109


l
le d5

，
qv 单位为 m3 h 1
2、避免“汽蚀”发生的条件：泵的吸入口的压力大 于吸液条件下被输送液体的饱和蒸汽压。
3、泵的安装高度：为了保证离心泵入口的压力不至 于太低，泵的安装高度不能超过一定的值。
泵的允许安装高度用允许吸上真空高度Hs和汽蚀余 量Δh来表示。
在 图 中 的 贮 槽 液 面 0-0 与 泵 入 口 处 1-1 截 面 ， 列柏努利方程得，
(2) 兰 州 地 区 的 安 装 高 度 为 ：
H g max
85000 19919 4.5 1 1.13 m 1000 9.81 1000 9.81
在兰州地区安装高度应更低，才能正常运行。所以该设计图用于兰州地区，则应该根据兰州地区大 气压数据进行修改。
这个例题说明，同样的工艺流程，用于海拔不同的地区，离心泵安装高度是不同的。
100
0.106 5
qv 2
H 10 0.00119qv2 将上式计算若干数据，如下表：
qv / m3 h 1
70
80
90
100
H /m
15.83
17.62
19.64
21.9
取 IS100-80-125 泵的特性曲线，
qv / m3 h 1
60
100
120
H /m
24
20
3.32 m s1 ；
u1

60
3600 0.12
2.12 m s1
4
4
∴ H 0.4 0.21 0.0210 6 3.322 2.122 0.4 23.44 0.332 24.2 m
1000 9.81
2 9.81
Z1

u12 2g

P1
g
H

Z2

u22 2g

P2
g
H Z2
Z1
u22 u12 2g
P2 P1
g
泵的铭牌上标出的性能参数指最高效率下的参数
三、离心泵的特性曲线
H
η
H
P
qV
影响特性曲线的因素：比例定律，切割定律
泵性能实验装置示意图
泵性能实验原理图。泵的流量，压头，功率，效率之间的关系，可以用实验方 法测得。在这套实验装置中，水是循环的，水泵前后安装了真空表和压力表，还有 流量计和电功率表。改变水的流量，读得真空表，压力表，功率表数据，即为一组 数据。读10—15组数据，就可以得到泵性能曲线。
Z0

u
2 0
2g

p0 g

Z1

u
2 1
2g

p1 g
Hf
z0 0 , z1 H g , u0 0
Hg

p0 p1 g

u
2 1
2g
H f
… … … … … …( a )
气蚀余量
h
，
是
指
泵
入
口
处
动
压
头
与
静
压
头
之
和

u 2
2 1
g

p1 g

，超过液体在操作温度下的饱和蒸
管路工作时，液体要求泵提供的压头，可由柏努利方程求得，
H
z2

z1
p2 p1 g

u11

u
2 2
2g
hf
…………… (d)
由于位压头和静压头与流量无关，可令其为常数 A ，即 A
z2

z1
p2 p1 g
。又因为 u1 u2 ，所
以
u
2 2
u12
0 ，所以式 (d) 为：
汽压具有的静压头 ( pv ) 之差，即 g
h


u
2 1
2g

p1 g

pv g
… … … (…b )
改 写 式 （ a） 并 将 式 （ b） 代 入 得 ：
Hg p 0 p v h Hf … … … … （ c ） g g
Hm ga x p g 0 p g v h 允许 Hf
解：在水池液面与喷水口截面列柏努利方程
Z1
u
2 1
2g

p1 g
H

Z2

u
2 2
2g

p2 g
Hf
85 u 2 3 6 0 0 (0 .1 0 6 )2 2 .6 8
4 p1 p 2 ， u1 0 ， z1 0
m s 1 ，
代入上式得
Hf
允许吸上真空高度Hs
Hg

p0

pv

u
2 1
Hf
g
2g
定义 Hs p 0 p 1 则 g
Hg

Hs

u
2 1
Hf
2g
六、离心泵的类型与选用 通过例题来学习
【 例 2-1 】 今 有 一 台 IS100 80 125 型 离 心 泵 ， 测 定 其 性 能 曲 线 时 的 某 一 点 数 据 如 下 ： qv 60 m3 h 1 ；真空计读数 pV 0.02MPa ，压力表读数为 0.21 MPa ，功率表读数为
T S100-80-125 型 离 心 泵
选择泵的依据是，计算管道中需要泵提供的压头H，和需要输送的液体流量Q， 然后查泵样本就可以了。
【 例 2 -3 】 在 【 例 2-2 】 的 输 水 系 统 中 ， 泵 的 吸 入 管 内 径 为 150 mm 吸 入 管 压 头 损1失 为 m[ H 2 O ]，
泵性能实验装置
这是泵性能测定装置，它既可以测定泵性能曲线，还可以测定管道 阻力系数。
四、离心泵的工作点与流量调节
工作点——泵的特性曲线与管路特性曲线的交点
图 2-6 离心泵工作点示意图
流量调节：改变阀门开度，改变离心泵转速，改变叶轮直径
离心泵工作时，不仅取决于泵的特性曲线 H ~ qv 线，而且取决于工作管路的特性。当离心泵在给定
第二章 流体输送(二)
二、离心泵的主要性能参数
1、流量（q v ）：m³/h或m/s³
2、扬程（压头）：m 3、功率（P）：有效功率— p e ，轴功率—P， w
4、效率（η ）： Pe P
P eqm w qm gH qv gH
扬程的确定，分别在吸入口初和排出口处取两个截面，能量损失忽略不计：
Pe

qv1
H


g

60 24.2 1000 9.81 3600
3956
W
Pe 3956 71% P 5550
wk.baidu.com
我们可以根据实验读得的真空表，压力表，流量计，功率表的读数，计算得 到泵提供的压头H，泵功率Pe，泵效率η。从这个例题，我们学会计算泵功率Pe。 解决了第二讲中的第二个问题，计算泵功率Pe的问题。
5550W 。已知液体密度为 1000 kg m3 。真空计与压力计的垂直距离为 0.4 m ，吸入管直径为
100 mm ，排出管直径为 80 mm ，试求此时泵的扬程 H ，功率 Pe 和效率 。
解： H
h0
pM pV g

u
2 2

u12
2g
u2

60
3600 0.082
H A Bqv2 …………… ( f )
式 ( f ) 为管路特性曲线。离心泵的稳定工作点应是泵特性曲线（ H ~ qv 曲线）与管路特性曲线式 ( f )
的交点，如图 2-6 所示。
五、离心泵的“汽蚀”现象与安装高 度
1、 “汽蚀”现象：当泵的吸入口的压力小于或等于 吸液条件下被输送液体的饱和蒸汽压时，吸入的液 体会发生沸腾蒸发，形成大量汽泡。当汽泡被甩到 外周后，由于压力升高而迅速冷凝为液体，体积急 剧减小，造成对泵壳内壁的冲击、腐蚀。
16.5
将泵性能曲线与管路特性曲线绘在图 2-7 中，
得到交点为： qv 94.5 m3 h 1 , H 20.8 m 此即泵的稳定工作点。
此时泵的有效功率为：
Pe

qv Hg

94.5 20.81000 9.81 3600
5
3
5 6W
图 2-7 【例 2-4】附图
第三节 其它类型泵
选 用 IS 100 80 125 型 泵 ， 该 离 心 泵 的 性 能 参 数 如 下 ：
流量
扬程 H /m
气蚀余量 h / m
qv / m 3 h 1
60
24
4.0
100
20
4.5
120
16.5
5.0
60
19910 Pa
0 .101 MPa
试 计 算 ：（ 1 ）泵 的 安 装 高 度 。已 知 oC 水 的 饱 和 蒸 汽 压 为
一、往复泵 1、结构及工作原理 结构：活塞、泵腔、吸入活门及排出活门
2、流量调节：调节活塞往复次数——改变转速 采取旁路回流 改变活塞行程
二、其它类型泵
这是一台等待出厂的齿轮泵，进出口呈水平方向。
【例 2-4】 在【例 2-2】中，若安装了 IS100 80 125型泵，试求此时泵的稳定工作点。再求此时
泵的有效功率。 解：管路特性曲线
H

z2

z1
p2 p1 g

6.38

10
9


l
d
le
5
qv
2
10

0

0

6.38 10 9

0.025
，天 津 地 区 平 均 大 气 压 为
。
0 .085 MPa
（ 2）若 该 设 计 图 用 于 兰 州 地 区 某 化 工 厂 ，该 泵 能 否 正 常 运 行 ？ 已 知 兰 州 地 区 平 均 大 气 压 为
。
解:
(1) H g max

p0 g

pv g

h

hf
101330 19919 4.5 1 2 .8 m 1000 9.81 1000 9.81