流体输送机械习题解答7题

1．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 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 ℃， kPa 的条件下进行。试计算泵的流量、压头(泵的扬程)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

∑-+++=10,211

120f h u p gZ ρ 将有关数据代入上式并整理，得

48.3581.95.2100010605.33

2

1

=⨯-⨯=u 184.31=u m/s

则 2

π

(0.08 3.18436004Q =⨯⨯⨯m 3/h=57.61 m 3/h (2) 泵的扬程

3

(60220)100.50m 29.04m 10009.81H ⎡⎤+⨯=++=⎢⎥⨯⎣⎦

(3) 泵的效率

57.6129.0410009.813600100%10001000 6.7

HQ g P ρη⨯⨯⨯==⨯⨯=68%

2．用离心泵（转速为2900 r/min ）将20 ℃的清水以60 m 3/h 的流量送至敞口容器。

此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m 和0.61 m 。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa 。泵的必需气蚀余量为3.5 m 。试求泵的安装高度（当地大气压为100 kPa ）；

解：在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得

2a 11g f,01()2p p u H H g g

ρ--=++ 即 3

g 64100.61 2.410009.81

H ⨯=++⨯ 3.51g H =m

3．用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m ，泵的必需气蚀余量为2.3 m ，该泵安装在塔内液面下3.0 m 处。试核算该泵能否正常操作。

解：泵的允许安装高度为

a v g f,01p p H NPSH H g ρ--=

-- 式中 32.50a v a p p kP a v p p g ρ==-−−−−−→=

则 -4.26m m ]46.1)5.03.2([=-+-=g H

泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m 处，实际安装高度为–3.0m ，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m 。

4．用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m ，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为

52e e 8.8 5.210H Q =+⨯ （e Q 的单位为m 3/s ）

单台泵的特性方程为

5228 4.210H Q =-⨯ （Q 的单位为m 3/s ）

试求（a ）泵的流量、压头和有效功率。（b ）若用两台规格相同的离心泵组合操作，求可能的最大输水量。

解：（a ）联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的Q 、H ，进而计算N e 。

管路特性方程 52e e 8.8 5.210H Q =+⨯

泵的特性方程 5228 4.210H Q =-⨯

联立两方程，得到 Q =×10–3 m 3/s H =19.42 m

则 3e 19.42 4.521010009.81N HQ g ρ-==⨯⨯⨯⨯W=861 W

（b ）本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。

（1）两台泵的并联

52528.8 5.21028 4.210()2

Q Q +⨯=-⨯ 解得： Q =×10–3 m 3/s=19.95 m 3

/h

(2) 两台泵的串联 52528.8 5.2102(28 4.210)Q Q +⨯=⨯-⨯

解得： Q =×10–3 m 3/s=21.2 m 3

/h

在该条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m 3/h 。 思考题解答

1、刚安装好的一台离心泵，启动后出口阀已经开至最大，但不见水流出，试分析原因并采取措施使泵正常运行。

答：原因可能有两个：

其一，启动前没灌泵，此时应停泵、灌泵，关闭出口阀后再启动。

其二，吸入管路被堵塞，此情况下应疏通管路后灌泵，关闭出口阀，然后启动泵。

2、用离心泵将20℃的清水从水池送至敞口高位槽。在一定转速下，测得一组数据：流量Q，压头H，泵吸入真空度p1，泵出口压力p2，轴功率N。现分析改变如下某一条件，试判断上面五个参数将如何变化：

（1）将泵的出口阀开度加大；

（2）改送密度ρ’＝1200kg/m3的水溶液（其它性质与水相近）；

答：（1）泵出口阀开度加大，Q加大，H降低，N增加，（p2 -p1）减少；

（2）液体密度加大，Q、H不变，N增加，（p2 -p1）增大；

3、一定转速下，用离心泵向密闭高位槽（表压50kPa）输送水溶液（ρ＝1180kg/m3），出口阀门全开时，管路特性方程式为H e=A+BQ e2当分别改变如下操作参数时，管路特性方程式中的哪个参数将发生变化：

（1）关小泵出口阀；（2）改送清水（密闭高位槽压力仍为50kPa）；

（3）将密闭高位槽改为常压。

答：假设改变条件前后流动均在阻力平方区。

（1）关小出口阀，管路局部阻力加大，式中的B变大；

（2）改送清水，液体密度减小，Δp/ρ变大，故式中A变大（Δz不变）；

（3）高位槽改为常压，Δp＝0，因而式中A变小。