化工原理第二章流体输送设备

化工原理-第二章-流体输送设备
一、选择题
1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。

A
A. 气缚现象；
B. 汽蚀现象；
C. 汽化现象；
D. 气浮现象。

2、离心泵最常用的调节方法是 ( )。

B
A. 改变吸入管路中阀门开度；
B. 改变压出管路中阀门的开度；
C. 安置回流支路，改变循环量的大小；
D. 车削离心泵的叶轮。

3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。

B
A. 包括内能在内的总能量；
B. 机械能；
C. 压能；
D. 位能（即实际的升扬高度）。

4、离心泵的扬程是 ( )。

D
A. 实际的升扬高度；
B. 泵的吸液高度；
C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度
D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。

5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。

C
A. 水温太高；
B. 真空计坏了；
C. 吸入管路堵塞；
D. 排出管路堵塞。

6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。

A
A. 大于；
B. 小于；
C. 等于。

7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。

A；C
A. 出口阀
B. 进口阀
C. 旁路阀
8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。

输送大流量，低粘度的液体应采用（）。

C；A
A. 离心泵；
B. 往复泵；
C. 齿轮泵。

9、1m3 气体经风机所获得能量，称为（）。

A
A. 全风压；
B. 静风压；
C. 扬程。

10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。

A
A. 打开；
B. 关闭；
C. 半开。

11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。

C
A. 发生了气缚现象；
B. 泵特性曲线变了；
C. 管路特性曲线变了。

12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。

D
A 灌水；
B 放气；
C 灌油；
D 灌泵。

13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。

A
A. 吸入管路；
B. 排出管路；
C. 调节管路；
D. 分支管路。

14、为有效提高离心泵的静压能，宜采用_____ 叶片。

B
A 前弯；
B 后弯；
C 垂直；
D 水平。

15、往复泵的_____ 调节是采用回路调节装置。

C
A. 容积；
B. 体积；
C. 流量；
D. 流速。

16、离心泵铭牌上标明的扬程是指( ) D
A. 功率最大时的扬程
B. 最大流量时的扬程
C. 泵的最大扬程
D. 效率最高时的扬程
17、往复泵在操作中( ) B
A. 不开旁路阀时，流量与出口阀的开度无关
B. 允许的安装高度与流量无关
C. 流量与转速无关
D. 开启旁路阀后，输入的液体流量与出口阀的开度无关
18、一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。

发生故障的原因是( ) D
A. 忘了灌水
B. 吸入管路堵塞
C. 压出管路堵塞
D. 吸入管路漏气
19、当管路中性能曲线写为H e=A+BQ2时②③
①A只包括单位重量流体需增加的位能②A包括单位重量流体需增加的位能与静压能之和③ BQ2代表管路系统的阻力损失④ BQ2代表单位重量流体需增加的位能20、离心泵在恒定转速下的扬程与流量（H－Q）曲线为已知，现增大转速，此时H～Q线会_______。

①
①上移②下移③不变④不确定
21、用离心泵在两个敞口容器间输送液体。

若维持两容器的液面高度不变，则当输送管道上的阀门关小后，管路总阻力将。

B
A. 增加；
B. 不变；
C. 减小；
D. 不确定。

22、用一气蚀余量为3m的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体，若泵前管路的全部流
动阻力为1.5m液柱，则此泵的安装位置必须＿＿。

C
A 高于塔底液面4.5m的上方
B 高于塔底液面1.5m的上方
C 低于塔底液面4.5m的下方
D 低于塔底液面3.0m的下方
23、影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为哪方面？如何影响泵的安装高度？答： 流体的种类，一般来说，蒸汽压越大，最大允许安装高度越低； 流体的温度，温度越高，最大允许安装高度越低；●流体流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允许安装高度越低；❍储槽压力和吸入管路配置情况；⏹当被输送液体沸腾时，最大允许安装高度与流体的种类无关，主要取决于流体的流量和吸入管路的阻力。

24、离心泵停止操作时宜。

A.先关出口阀后停电；
B.先停电后关阀；
C. 先关出口阀或先停电均可
二、填空题
1、某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为H = 19m水柱,输水量为20kg·s-1,则泵的有效功率为_________。

3728w
2、离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______。

泵壳；叶轮；泵轴
3、调节离心泵流量的方法有：___________,___________,____________。

改变阀门的开度；改变泵的转速；车削叶轮外径
4、泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是______________________________。

降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤；同时也避免出口管线水力冲击
5、离心泵的流量调节阀安装在离心泵______管路上，关小出口阀门后，真空表的读数______，压力表的读数______。

出口；减小；增大
6、离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。

离心泵特性；管路特性
7、泵的扬程的单位是______，其物理意义是______。

M；泵提供给单位重量流体的能量
8、离心泵输送的液体粘度越大，其扬程______，流量_______,轴功率______，效率________。

越小；越小；越大；越小
9、离心泵输送的液体密度变大，则其扬程_________，流量________，效率_________，轴功率_________。

不变；不变；不变；变大
10、通风机的全风压是指_________的气体通过风机所获得的能量，单位常用_________；习惯上以_________单位表示。

单位体积；Pa；mmH2O
11、水环真空泵可以造成的最大真空度为85%，即真空泵能达到的最低压力（绝压）是_________mmHg。

114
12、启动往复泵时灌泵。

不需要
13、齿轮泵的流量 _____ 而扬程 ______。

较小；较高
14、石油化工厂常用的压缩机主要有_____和_______两大类。

往复式；离心式
15、往复泵常用 _____ 的方法来调节流量。

回路调节
16、往复泵适用于。

流量较小，扬程较高的场合
17、产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的下，输送时的性能曲线。

转速；20℃清水
18、用离心泵在两敞口容器间输液, 在同一管路中，若用离心泵输送ρ＝1200kg.m-3的某液体(该溶液的其它性质与水相同)，与输送水相比，离心泵的流量,扬程,泵出口压力,轴功率。

(变大,变小,不变,不确定) 不变；不变；变大；变大
19、泵的扬程的单位是，其物理意义是。

20、离心泵的泵壳制成蜗牛状及在叶轮和泵壳之间安装导轮，其作用是有效提高离心泵的静压能。

21、离心泵的工作点是指。

22、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生现象。

23、离心泵在操作过程中，发生轻微汽蚀，为了消除该不正常现象，试说明可采取哪些措施？请从所列举出的这些方法中选择一个你认为最佳的措施，分析说明其利弊。

24、工程上离心泵的流量调节是通过调节阀门来进行，而往复泵的流量调节则是通过来进行；当离心泵入口处压力低于同温度下输送液体的饱和蒸汽压时，则会发生现象；当液体为理想液体，叶轮为理想叶轮时，流体通过叶轮所获得的能量，称离心泵的扬程。

25、双吸式叶轮的优点是有较大的吸液能力，同时还可自动消除。

轴向推力
26、单吸式叶轮平衡孔的作用是。

平衡轴向推力
27、被输送流体的温度提高，对提高泵的安装高度不利；提高上游容器的操作压强，则对安装高度有利。

三.问答题
1.离心泵的工作原理。

答案：离心泵先灌泵后启动，当叶轮高速旋转时，液体获得了动能并甩向叶轮外缘。

由于叶片间的流体通道截面和泵壳的蜗形流道截面都是逐渐扩大的，使流体在泵内的流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，而使流体压强逐渐增高，最后从压出口压出，与此同时，由于离心力作用，叶轮中心的流体被甩向叶轮外缘，叶轮中心形成负压，使得流体不断被吸入。

2.什么是气缚现象？
答案：如果离心泵启动前未灌满液体，泵内有空气，由于空气的密度小，叶轮旋转产生的离心力小，致使液体难以被吸入，此时叶轮虽在旋转，却不能输送液体并产生噪声。

该现象为气缚。

3.什么是气蚀现象？
答案：当泵入口压强低于被输送液体的饱和蒸汽压时，被吸入的流体在泵的入口处汽化，形成气泡混杂在液体中，由泵中心的低压区进入泵外缘高压区，由于气泡受压而迅速凝结，使流体内部出现局部真空，周围的液体则以极大的速度填补气泡凝结后出现的空间，可产生很大的冲击力，损害泵壳和叶轮，该现象是气蚀。

4.离心泵的特性曲线有哪几条？是在何条件下测定的？
答案：离心泵的特性曲线有扬程曲线，功率曲线，效率曲线。

是在常温，常压下用水作实验测定的，如果用于输送其他流体则需要换算。

5.离心泵起动时，为什么要把出口阀门关闭？
答案：离心泵工作时，其轴功率Ne 随着流量增大而增大，所以泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致于超负荷而受到损失，同时也避免出口管线的水力冲击。

7.采用多级压缩对生产工艺有何好处？
答案：好处：（1）降低了排气温度； （2）减少了功耗；
（3）提高气缸容积利用率； （4）使压缩机的结构更为合理。

8.为什么单缸往复压缩机的压缩比太大，将会使压缩机不能正常工作？
答案：当余隙系数一定时、压缩比愈高，余隙内的残余气体膨胀所占气缸的容积就愈多，使每次循环的吸气量减少，而当压缩比太大时（即容积系数为零时），残余气体膨胀已占满整个气缸，使压缩机根本无法吸入新鲜气体，也就无法正常正作了。

9.离心泵的主要部件有哪些？各有什么作用？
答案：离心泵的主要部件有叶轮、泵壳、轴封装置。

叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体、使液体的动能和静压能均得到提高。

泵壳具有汇集液体和将部分动能转为静压能的作用，轴封装置的作用是防止泵内高压液体外漏及外界大气漏入泵内。

10.离心泵的扬程和升扬高度有什么不同？
答案：离心泵的扬程是指泵给以单位重量液体的有效能量、 液体获得能量后，可将液体
升扬到一定高度△Z ，而且还要用于静压头的增量△P/ρg 和动压头的增量△u 2/2g 及克
服输送管路的损失压头，而升扬高度是指将液体从低处送到高处的垂直距离，可见，升扬高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升扬高度。

四、计算题
1、拟用泵将碱液由敞口碱液槽大入位差为10m 高的塔中，塔顶压强（表压）为0.06 Mpa.全部输送管均为 φ57mm ⨯3.5mm 无缝钢管。

管长50m （包括局部阻力的当量长度）。

碱液
的密度 ρ = 1200kg/m 3，粘度为 μ = 2mPa ·s 。

管路粗糙度为 0.3mm 。

λ = 0.033试求：
（1）流动处于阻力平方区时的管路特性曲线；
（2）流量为30 m 3/h 时的 H e 和P e 。

解：（1）管路特性方程：
（2）q v = 30 m 3/h 时,
2522
26252104.4150.053.149.81500.03389.811200100.06108)
(q q q d g l g P H H ⨯⨯+=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+=++=πλρ表W g q H P N J q
H 32525104.59.81120036003045.6/45.6)360030(104.415104.415⨯=⨯⨯⨯===⨯⨯+=⨯+=ρ
2、采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。

最后槽内液面将降到泵人口以下
2.4m 。

已知该泵在额定流量60m 3/h 下的(NPSH)r 为
3.98m ，60℃水的饱和蒸汽压Pv 为19.92kp a 、ρ为983.2kg/m 3，泵吸入管路的阻力损失为3.0m ，问该泵能否正常工作。

解：
说明安装高度偏高。

∴该泵不能正常工作。

3、拟用一台IS65-50-160A 型离心泵将20ºC 的某溶液由溶液罐送往高位槽中供生产使用，溶液罐上方连通大气。

已知吸入管内径为50 mm ，送液量为20 m 3/h ，估计此时吸入管的阻力损失为3m 液柱，求大气压分别为101.3 kPa 的平原和51.4kPa 的高原地带泵的允许安装高度，查得上述流量下泵的允许汽蚀余量为3.3 m ，20ºC 时溶液的饱和蒸汽压为5.87 kPa ，密度为800 kg/m 3。

解：
[]()m Z 86.53.3381
.98001087.53.10131=--⨯⨯-= []()m Z 5.03.3381.98001087.54.5132-=--⨯⨯-= 其中[Z 2]为为负值，表明在高原安装该泵时要使其入口位于液面以下，才能保证正
常操作。

同时考虑实际操作的波动一般还应给予适当的裕量，比如安装高度再降低0.5m ，变成-1m 。

4、今选用IS 型水泵将水从低位水池向高位槽送水，要求送水量为40 t/h ，槽内压强（表压）为0.03 Mpa ，槽内水面离低位水池水面16 m ，管路总阻力为4.1 J/N 。

试确定选用哪一种类型为宜？
解：在槽内水面和低位水池水面之间列柏努利方程：
即管路所需压头为23.2 m 。

查课本附录9 ，选IS-80-65-160型合适。

5、用一离心泵将敞口低位槽中的水送到高位水槽中，两水槽的垂直距离为8m ，且已知
高位槽内的压力为200kPa （表压）。

当管路内供水量为40m 3/h 时，管内流动已进入完全湍流区。

已知该泵的特性方程为20052.03.42Q H -=（H 单位为m,Q 单位为m 3
/h ）.现该管路系统改送密度为1200kg/m 3
的碱液，阀门开度和其它管路条件都不变，问此时泵的流量和有效功率是多少？ 解：输送水时，管路特性曲线方程为2240*1000
*81.92000008B BQ g p z H ++=+∆+∆=ρ，于是得管路特性方程为：
B H 2404.28+= 该泵在水流量为40m 3
/h 时的工作压头可由离心泵的特性方程20052.03.42Q H -=求出： m H 3440*0052.03.422=-=
代入管路特性方程可得B 值：B=0.0035
[]m m H NPSH g
p g p H f r v g 4246.10.398.381
.92.9831092.1981.92.98310013.13
5100.〈=--⨯⨯-⨯⨯=---∑-ρρ＝，允许∑
=+⨯⨯+=+∆+∆=m H g p z
H 23.24.19.811000100.03166ρh m q
q /401000104033
=⨯==ρ
改为输送碱液时，B 值不变，于是管路特性方程变为：
2220035.0250035.01200*81.92000008Q Q BQ g p z H +=++=+∆+∆=ρ 泵的特性方程不变，此时它与管路特性方程求解可得输送碱液时的工作点：
Q=44.6m 3/h, H=32m
有效功率：W g HQ N e 466781.9*1200*3600
6.44*32===ρ 6、用离心泵向水洗塔送水。

在额定转速下，从泵特性曲线查得：当输水量为0.013m 3/s 时，泵提供的扬程为45m 。

阀门全开时管路特性曲线可用25101.120Q H ⨯+=（Q 单位为m 3/s ）表示。

为了将管路流量调节到0.013m 3/s ，需关小阀门至一定位置。

问：
（1）因关小阀门而损失的压头；
（2）关小阀门后管路特性曲线方程如何表示？
解：（1）该泵在流量为0.013m 3/s 时可为流体提供的压头是45m 。

泵安装于管路时且当阀门全开时，流量达到0.013m 3/s 管路所需要的压头为：m Q H 59.38101.12025=⨯+=；采用关小阀门，这样泵的扬程上升至H=45m 时流量会达到要求；（45-38.59）=6.41 m 即为关小阀门而引起的压头损失。

(2)关小阀门后，管路特性将与原来有所不同，在2BQ A H +=中，g p z A ρ/∆+∆=不变，B 将发生变化。

此时压头达到45，流量达到0.013，将这些数据代入方程中可得51048.1⨯=B 因此新的管路特性方程为：251048.120Q H ⨯+=
7、用离心泵将20℃的水从水池送入高压高位槽（见图2-15）。

泵的进、出口处分别装有真空表及压力表。

在一定转速下测得离心泵的流量Q 、扬程e H 、泵出口压力p 表、泵入口真空度p 真以及泵的轴功率N 。

现改变以下各条件之一而其它条件不变，问上述离心泵各参数将如何变化？
（1）出口阀门开度增大；
（2）液体密度改为1500 kg/m 3；
（3）泵叶轮直径减小5%；
（4）转速提高5%。

解：（1）出口阀门开度增大，则管路阻力变小，管路特性曲线
变平缓；但其起点g p z A ρ/∆+∆=不变；泵的特性不会发生
变化。

因此，出口阀门开度增大将使工作点向右下方移动(图
中由D 到E)，结果是流量Q 增大、扬程H e 下降、轴功率N
上升。

以低位槽液面为上游截面（1-1）、以压力表所在处为下游截
面（4-4），写柏努利方程：
414244121122-∑+++=+++f e H z g
u g p H z g u g p ρρ
()()g u d le l z z H H g u z z H g p g p g p e f e 212244141244114⎪⎭
⎫ ⎝⎛∑++---=∑----=-=-λρρρ压 （1） 当出口阀门开大时，上式右端各变量中，H e 下降、u 4上升；其余量都不变。

因此，压力表读数下降。

以低位槽液面为上游截面（1-1）、以压力表所在处为下游截面（3-3），写柏努利方程：
313233121122-∑+++=++f H z g
u g p z g u g p ρρ ()312313312-∑++-=-=f H g u z z g p g p g p ρρρ真 （2）
当出口阀门开大时，上式右端各变量中，u 3上升、31-∑f H 上升，其余量不变。

因此，真空表读数上升。

（2）高位槽为密闭容器，故管路特性曲线在H 轴上截距g p z A ρ/∆+∆=中的p ∆为正。

当被输送液体密度增大时，A 下降，管路特
性曲线向下平移，如图所示。

工作点由A
点移到B 点。

结果是流量Q 增大、扬程H e 下降、轴功率
N 上升(泵的H ~Q 曲线不随被输送液体密度
的变化而变化)。

当流量增加时，管内流速和能量损失
都增大，由式（2）可知，真空表读数增大。

以压力表所在处（4-4）为上游截面，
以管路出口处（2-2）为下游截面，写柏努
利方程：
232222323322-∑+++=++f H z g
u g p z g u g p ρρ 233223-∑+-+==f H z z g p g p g
p ρρρ压 （3） 其中32u u =。

由式（3）可以看出，流量增加时，管路能量损失增大，在流体密度上升的情况下，压力表读数是增加的。

（3）叶轮直径减小5%时泵的特性曲线变化情况如图所示，特性曲线由1变为3，工作点由C 变为D ，结果是流量Q 减小、扬程H e 下降、轴功率N 下降。

（用切割定律也可得到相同的结论）
流量减小时，管路能量损失减小，由
式（2）可知，真空表读数下降。

流量减小时，管路能量损失减小，由
式（3）可以看出，压力表读数要减小。

（4）转速提高5%时泵的特性曲线变化如
图所示，特性曲线由1变为2，工作点由C
变为E ，结果是流量Q 增加、扬程H e 上升、轴功率N 上升。

由式（3）可知，压力表读数增加；
由式（2）可知，真空表读数增加。

点评：离心泵的工作状态与其工作点对应，而工作点由泵的特性和管路的特性共同决定。

改变这两种特性都可以使工作点发生变化，对应的流量、压力、轴功率、压力表和真空表都会发生变化。

工程上，离心泵所在管路的流量调节也正是基于这一原理而实现的。

8、用某种型号的离心泵从敞口容器中输送液体，离心泵的吸入管长度为12m ，直径为62mm 。

假定吸入管内流体流动已进入阻力平方区，直管摩擦阻力系数为0.028，总局部
阻力系数2=∑ς.1，当地的大气压为1.013⨯105Pa 。

试求此泵在以下各种情况下允许安装
高度为多少？
（1） 输送流量为25m 3/h 、温度为20︒C 的水；
（2） 输送流量为25m 3/h 、温度为60︒C 的水；
（3） 输送流量为25m 3/h 、温度为20︒C 的油；（饱和蒸汽压2.67⨯104Pa ，密度
740kg/m 3）
（4） 输送流量为30 m 3/h 、温度为20︒C 的水
（5） 输送流量为25m 3/h 的沸腾水。

解：（1）从泵的样本查得，该泵在流量为25m 3/h ，允许汽蚀余量为2.0m 。

吸入管内流速：s m d Q u /30.23600
*062.0*14.325*44221===π 吸入管路阻力损失：m g u d l H f 87.181
.9*23.21.2062.01003.0222=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=∑ζλ 20︒C 水的饱和蒸汽压2.33kPa 。

此时泵的允许安装高度为：
m H h g p g p H f v g 22.687.10.281
.91000233081.910001001.150max =--⨯-⨯⨯=∑-∆--=ρρ （2）60︒C 水的饱和蒸汽压19.93kPa ，代入上式解得：
m H h g p g p H f v g 42.487.10.281
.910001993081.910001001.150max =--⨯-⨯⨯=∑-∆--=ρρ （3）20︒C 油饱和蒸汽压2.67⨯104
Pa ，将相关数据代入上式得：
m H h g p g p H f v g 41.687.10.281.97402670081.97401001.150max =--⨯-⨯⨯=∑-∆--=ρρ （4）流量变化，则吸入管路阻力也要变化。

此时，s m d Q u /76.23600
*062.0*14.330*44221===π m g u d l H f 69.281
.9*276.21.2062.01003.0222=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=∑ζλ最大允许安装高度：m H h g p g p H f v g 4.569.20.281
.91000233081.910001001.150max =--⨯-⨯⨯=∑-∆--=ρρ
（5）液体沸腾时，0p p v =
此时，m H h H f g 87.387.10.2max -=--=∑-∆-=
点评：影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为以下几个方面：
流体的种类，一般来说，蒸汽压越大，最大允许安装高度越低；
流体的温度，温度越高，最大允许安装高度越低；
●流体流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允许安装高度越低；
❍储槽压力和吸入管路配置情况；
⏹当被输送液体沸腾时，最大允许安装高度与流体的种类无关，主要取决于流体的流量和吸入管路的阻力。

可见，生产中流体温度和流量的上浮都可能导致原本正常工作的泵发生汽蚀。

因此，计算泵的最大允许安装高度时，应以可能的最高操作温度和流量来计算。

9、利用虹吸管将池中温度为90℃热水引出，两容器水面
的垂直距离为2m ，管段AB 长5m ，管段BC 长10m(皆
包括局部阻力的当量长度)，管路直径为20mm ，直管阻
力系数为0.02。

若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点
的最大安装高度为多少？ (已知90℃热水的饱和蒸汽压
为7．01×104Pa)
解： 设顶点压强V B p p =，在断面1—1和断面B —B 之间列机械能街算式， 在断面1—1和2—2之间列机械能衡算式，可求得
管内流速
可求出B 点最大安装高度为：。