·26· 化工原理学习辅导与习题解答 四、汽蚀现象 当泵入口截面的压强p:降至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸气压pv时 (即p1=pv),液体将发生沸腾并部分汽化，所生成的大量气泡在随液体从叶轮进 口向叶轮外围流动时，会因压力升高而立即凝聚。气泡的消失产生局部真空，周围 的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处会产生很高的局部压 力（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生 在叶轮表面时，众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中还可能 带有氧气等，对金属材料会发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致 叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀(cavitation)现象。 泵的安装高度H,不能太高，以保证叶轮中各处压力高于被输送液体的饱和 蒸气压pⅴ，避免汽蚀的发生。泵的安装高度可参考泵规格表中给出的汽蚀余量 (国外称净正输入压头net positive suction head,简写为NPSH)。 1.汽蚀余量 (1)有效汽蚀余量△h。 为了避免汽性的发生，液体经吸人管到达系人口所具有的压头（信+爱）不 仅应能将液体推进叶轮入口，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸气压头g 其差值为有效富余压头，常称为有效汽蚀余量(available NPSH)△h.,表达式为 ,=(e+) (2)必需汽蚀余量△h,。 必需汽蚀余量(required NPSH)是表示液体从泵入口流到叶轮最低压强处的 全部压头损失。 判别汽蚀的条件是：△h,>△h,时，不汽蚀：△h,=△h,时，开始发生汽蚀；△h,< △h,时，严重汽蚀。 (3)允许汽蚀余量△h。 为了保证泵的安全操作，不发生汽蚀，在必需汽蚀余量△h,上加上一安全裕量 0.3m作为允许汽蚀余量△h。 2.离心系的最大安装高度H。,m 当p1兰pv时发生汽蚀现象，此时的安装高度最大。安装高度的表达式为 H:=据-g-aA,2H: 当△h,减小到与允许汽蚀余量△h相等时，此时的安装高度称为最大安装高
第二章流体输送机械 ·27· 度，以H,mx表示。 He=e-g-△h-∑Hi pgPg 为安全起见，通常是将H,x减去一定量(0.5~1m)作为安装高度的上限， 称为最大允许安装高度。 五、气体输送机械 (1)离心式通风机 ①离心式通风机工作原理和结构； ②离心式通风机的性能参数（风量qv、全风压Hr和静风压H、轴功率P及 效率)与特性曲线： ③离心式通风机的选用。 (2)鼓风机。 (3)压缩机。 例题讲解 【例2-1】图2-1所示为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如 下一组数据：泵进口处真空表读数p1=2.67× 1 10‘Pa(真空度)，泵出口处压力表读数p2=2.55 ×105Pa(表压)，泵的流量gv=12.5×10-3m3/s, 吸入管直径d,=80mm,压出管直径d2=60 mm,两测压点间垂直距离x2一z:=0.5m。泵 由电动机直接带动，电动机所消耗功率为6.2 kW,传动效率可视为100%，电动机的效率为 93%,实验介质为20℃的清水。试计算在此流 量下泵的压头H.、轴功率P和效率？。 【解题思路】离心泵特性曲线的测定。 图2-1 (1)泵的压头。在真空表及压力表所在的 1一流量计：2一压力表：3-真空表： 截面1-1'与2-2'间列伯努利方程，得 4一离心泵5一贮槽 +是+装+H,=++器+H, 其中x2-x1=0.5m,p1=-2.67×10Pa(表压)，p2=2.55×105Pa(表压) -8=X509s=2.496 认1 r×0.082
·28· 化工原理学习辅导与习题解答 4qy_4×12.5×10-3 ua-xd m/s=4.42m/s x×0.062 两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故 H,-0.5+2.5X10名7X10+42a19)m=29.9m 1000×9.81 2×9.81 (2)泵的轴功率。用功率表测的功率为电动机的输人功率，电动机本身消耗 一部分功率，其效率为93%，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率）为 P=6.2×0.93kW=5.77kW (3)泵的效率。 7-月-93gs1=125x10×799品81X29,8-9=68% 5.77×1000 在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据，计算出相 应的H、P和)值，并将这些数据绘于坐标纸上，即可得该泵在固定转速下的特性 曲线。 【例2-2】将20℃的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面 13m。水塔及贮水池水面恒定不变，且均与大气相通。输水管为140mm× 4.5mm的钢管，总长为200m(包括局部阻力的当量长度)。现拟选用4B20型水 泵，当转速为2900r/min时，其特性曲线见图2-2，试分别求泵在运转时的流量、 轴功率及效率。摩擦系数入可按0.02计算。 【解题思路】求泵运转时的流量，轴功率及效率，实际上是求泵的工作点。即 应先根据本题的管路特性在图2-2上标绘出管路特性曲线。 (1)管路特性方程。 ,-248/min n-g 25 H-q 180 24 70 60 22 50 16 1 H.-9y p-qv 11 10 48121620242832 q(L/s) 图2-2
第二章流体输送机械 ·29· 在贮水池水面与水塔水面间列伯努利方程，得 H.=△z+2+H, 0及 其中 △z=13m,△p=0 输送管内流速为 = gve d2X10001000×至×0.1312 =0.0742q H-()层话-a02×20×a728 2×9.81 =0.00857g. 本题的管路特性方程为H.=13十0.00857q。 (2)标绘管路特性曲线。 根据管路特性方程，可计算不同流量所需的压头值，现将计算结果列于表2-1 中。 表2-1 9./(L/s)0 4 8 12 16 2024 28 H./m1313.1413.5514.2315.216.4317.9419.72 由上表数据可在4B20型水泵的特性曲线上标绘出管路特性曲线H。9v,。 (3)流量、轴功率及效率。 图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工作点，从图中M点读得 泵的流量 9v=27L/s=97.2m'/h 泵的轴功率 P=6.6 kW 泵的效率 0=77% 【例2-3】已知空气的最大输送量为14500kg/h。在最大风量下输送系统 所需的风压为1600Pa(以风机进口状态计)。风机的入口与温度为40℃、真空度 为196Pa的设备连接，试选合适的离心通风机。当地大气压为93.3×103Pa。 【解题思路】将系统所需的风压p竹换算为实验条件下的风压p,即 40℃时，p=(93300-196)Pa,查得1.0133×105Pa、40℃时的p=1.128 kg/m3,则 kg/m1.04 kg/m 所以 pr-160×品Pa=1846Pa
·30· 化工原理学习辅导与习题解答 风量按风机进口状态计得 gv=1450m'/h=13942m/h 1.04 根据风量9v=13942m3/h和风压pr=1846Pa查得4-72-11N0.6C型离 心通风机可满足要求。该机性能如下： 风压1941.8Pa,风量14100m3/h,效率91%，轴功率10kW。 【例2-4】选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度H,=7.5m。 现将该泵安装在海拔高度为500m处，已知吸入管的压头损失为1mH2O,泵人口 处动压头为0.2mH,0,夏季平均水温为40℃，问该泵安装在离水面5m高处是 否合适？ 【解题思路】使用时的水温及大气压力与实验条件不同，需校正。 当水温为40℃时，pv=7377Pa,可查得 H,=9.74m H=H.+H.-10)-(g.81x1o-0.24) =[7.5+(9.74-10)-(0.75-0.24)]m=6.73m 泵的允许安装高度为 H,=H,-8-∑h, =(6.73-0.2-1)m =5.53m>5m 故泵安装在离水面5m高处合适。 【例2-5】试选一台能满足9=80m'/h,H,=18m要求的水泵，列出其主 要性能。并求该泵在实际运行时所需的轴功率和因采用阀门调节流量而多消耗的 轴功率。 【解题思路】(1)泵的型号。由于输送的是水，故选用B型水泵。按q.=80 m'/h、H.=18m的要求在B型水泵的系列特性曲线图上标出相应的点，该点所 在处泵的型号为4B20-2900,故采用4B20型水泵，转速为2900r/min。 查得4B20型水泵最高效率点的性能数据为 9v=90m3/h,H=20m,P=6.36kw,7=78%,H,=5m (2)泵实际运行时所需的轴功率，即工作点所对应的轴功率。在4B20型水泵 的特性曲线上查得qv=80m'/h时所需的轴功率P=6kW。 (3)用阀门调节流量多消耗的轴功率。当qv=80m'/h时，在4B20型水泵的 特性曲线上查得H=1.2m,7=77%。为保证要求的输水量，可采用泵出口管线 的阀门调节流量，即关小出口阀门，增大管路的阻力损失，使管路系统所需的压头