《化工过程流体机械》总结、思考、公式、习题（第一、二章）
2009.9.30
（内容总结）
第一章 概述
§ 1.1 流体机械的定义与分类 § 1.2 流体机械的工程应用 § 1.3 流体机械的技术发展
小结：1．流体机械的分类 叶片式、容积式；
2．流体机械在石油化工行业的应用； 3．（化工）过程流体机械。
（内容总结及思考题）
第二章 泵
§ 2.1 离心泵的结构类型 2.1.1 离心泵的基本结构 2.1.2 离心泵的类型
2.1.3 离心泵的典型结构 2.1.4 主要零部件
小结：1．离心泵的基本结构 单级单吸悬臂式；
2．离心泵的类型 单级、多级；单吸、双吸；水平中开、节段式； 3．叶轮 开式、闭式。
§ 2.2 离心泵的工作原理 2.2.1 离心泵的工作参数 2.2.2 离心泵的工作原理
2.2.3 叶轮中液体流动规律——速度三角形 2.2.4 离心泵基本方程式
2.2.5 叶片结构型式对能量转换的影响 2.2.6 有限叶片对叶轮能量转换的影响
小结：1．工作参数 流量Q、扬程H、功率N、效率η等；
2．速度三角形 速度u、w、c，分速度cu、cr；液流角α、β，叶片安装角βA2等；
3．基本方程 欧拉方程（表达形式两种、物理意义三项）、理论扬程HT∞、静扬程Hpol、动扬程Hhyn等； 4．叶片结构分析 后弯、前弯、径向叶片型（βA2＜＝＞90o）；反作用度ρR∞，βA2极限值βA2min、βA2max等； 5．叶片有限影响 轴向涡流，β2＜βA2、cu2＜c2∞，滑移系数μ；（叶片有限无损失）理论扬程HT＜HT∞等。
思考题：[2] 4-1．离心泵有哪些性能参数？其中扬程是如何定义的？它的单位是什么？
[2] 4-2．试写出表达离心泵理论扬程的欧拉方程式和实际应用的半经验公式。
§ 2.3 离心泵的工作性能 2.3.1 离心泵的吸入性能 2.3.2 离心泵的特性曲线 2.3.3 离心泵的性能换算
小结：1．吸入特性 汽蚀机理与危害，汽蚀参数（p、NPSH、HS、zg），
汽蚀判别、安全条件，汽蚀特性（[NPSH]、[HS]），抗汽蚀措施。
2．特性曲线 理论特性（HT∞－Q、NT∞－Q、ηT∞－Q）；
泵内损失（流动、流量、机械），效率（水力、容积、机械）， 实际特性（H－Q、N－Q、η－Q）、特性曲线应用。
3．性能换算 相似原理、相似条件，相似定律、比例定律、切割定律、比转数、汽蚀比转数，
通用特性，粘度换算。
思考题：[2] 4-3．简述汽蚀现象，并说明汽蚀的危害。
[2] 4-4．何谓有效汽蚀余量？何谓泵必需的汽蚀余量？并写出它们的表达式。
[2] 4-5．试写出泵汽蚀基本方程式。如何根据该方程式判断泵是否发生汽蚀及严重汽蚀？ [2] 4-6．提高离心泵抗汽蚀性能应采取哪些措施？试举例说明之。
1
[2] 4-7．示意画出离心泵的特性曲线，并说明每种特性曲线各有什么用途？ [2] 4-11．两泵流动相似，应具备哪些条件？
[2] 4-12．试写出泵的相似定律表达式和叶轮切割定律表达式，并说明它们用途。 [2] 4-13．何谓泵的比转数？比转数有何用途？
§ 2.4 其他类型的泵 2.4.1 叶片式泵
2.4.2 容积式往复泵 2.4.3 容积式回转泵 2.4.4 射流泵
小结：1．工作原理 叶片式泵叶轮做功；容积式泵（往复、回转）容积改变；
2．性能特点 叶片式泵流量与扬程（管路）一般有关；
容积式泵（往复、回转）流量与扬程（管路）一般无关；
3．损失类型 叶片式泵主要流动损失；容积式（往复、回转）主要泄漏损失； 4．应用要求 容积式泵（齿轮、螺杆）一般可以输送粘性液体；
叶片式泵一般不适合输送粘性液体（流动损失较大）。
5．阀门设置 （泵内工作阀件，非装置管路调节阀）
往复式泵一般设自动进排液阀（间歇输送）；
回转式泵（离心式）一般无进排液阀（连续输送）。
思考题：[2] 4-15．有哪些其他类型的泵？试任例举一种类型泵的工作原理和用途。
§ 2.5 泵的运行与调节 2.5.1 泵装置特性
2.5.2 泵的调节原理与方法 2.5.3 泵的不稳定工况 2.5.4 轴向力平衡装置 2.5.5 轴封装置
小结：1．装置特性 管路特性、工作点、泵串并联、交汇分支管路；
2．调节原理方法 调节原理（改变管路特性、泵特性）；调节方法（管路节流、旁路，泵变速、切割）； 3．不稳定工况 稳定工作点、不稳定工作点； 4．轴向力平衡 轴向力原因、方向、平衡方法； 5．轴封装置。
思考题：[2] 4–8．如何判别泵运行工况的稳定性？在什么条件下泵工作不稳定？
是否绝不允许泵在不稳定工况下工作？
[2] 4–9．改变泵的运行工况，可采取哪些调节措施？哪种调节措施比较好？ [2] 4-10．启动离心泵应如何操作才是正确安全的？
§ 2.6 泵的选型与应用
2.6.1 泵的高效工作范围 2.6.2 泵的系列型谱 2.6.3 泵的选用原则 2.6.4 泵的选型方法 2.6.5 泵的选用实例
小结：1．高效范围 高效率等效率线、变速切割范围、高效工作范围；
2．系列型谱 用途、来源、要求；
3．选用原则 基本要求（工艺、经济、应用），选用要求、选用原则； 4．选型方法 按类型、介质选型，选型依据、选型步骤； 5．选型实例 数据、计算、选型、校核。
思考题：[2] 4-14．何谓泵的高效工作区？并画出它的示意图。
[2] 4-17．选用泵应遵循哪些原则？ [2] 4-18．简述选用泵的选型步骤。
§ 2.7 离心泵性能实验简介
2
（参考公式及练习题）
第二章 泵
主要复习参考公式 课程 内容 参考教材[1]《石油化工流体机械》 张湘亚等主编．石油大学出版社．1996.8 22参考教材[2]《过程流体机械》 姜培正编．化工工业出版社．2001.8 22习题 [1] 扬程 1 计算 H?pd?ps?g?cd?cs2g?zd?zs H?pout?ping??cout?cin2?(Zout?Zin) (1-1.2) 1-1 1-2 1-3 1-4 (4-4) 2 理论 扬程 HT??1g(u2cu2??u1cu1?) (1-2.8) Ht?u2c2u?u1c1ug (4-11) 1-5 1-6 NPSH3 汽蚀 计算 (1-3.4) a?pA?pv?g?zg??hA?S NPSH??pv?paa?pA??pV???HA?S?Hg[HS]??[HS]??g?10 (1-3.13) 1-9 1-10 (4-17) 1-11 1-12 1-13 Q1Q2比例 4 定律 ?n1n2 (1-6.8) 2?qVqV?n?n (4-31) 2H1H2N1N2?n1?????n??2??n1?????n??2? (1-6.9) 3H?N??n?????Hn???n?????Nn??D?2D21-16 (4-32) 1-17 1-18 3 (1-6.10) (4-33) Q?Q切割 5 定律 ??D2D2 (1-6.12) 2?qVqVH?? (4-37) 2H????D2????D?H?2?N????D2?????N?D2? (1-6.13) 3?D?2?????D?H?2?N??D?2??????N?D2?1-21 (4-38) 1-22 1-23 3 (1-6.14) (4-39) 6 比转数 ns?3.65nQH3/4 (1-6.16) ns?3.65nqVH3/41-19 (4-35) 1-20
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（练习题参考解答）
第二章 泵（共19题）
1-1 一台离心泵从开口水池内吸水，其装置如题1-1附图所示：安装高度zg＝4 m，吸入管直径D1＝0.1 m，若泵的流量为34 m3/h，吸入管内摩擦阻力系数λ＝0.02，吸入管总当量长度为18 m，试计算输水时，泵入口处真空表的读数为多少汞柱？其绝对压力为多少水柱？
题1-1 附图
解：设水面为A，泵入口为B。
cB?4Q?dAB2?＝1.2025 m/s
2?h由
??lcd2g?0.2656 m
?(zB?zA)?cB?cA2g22H?pB?pA?g??hAB，得
pB?
－42526 Pa（负表压）＝58799 Pa（绝压）＝6.0 m（水柱）
1-2 某离心泵输送密度为750 kg/m3的汽油，实测得泵出口压力表读数为147100 Pa，入口真空表读为300 mm汞柱，两表测点的垂直距离为0.5 m，吸入管与排出管直径相同。试求以液柱表示的泵的实际扬程。 解：设泵入口为s，泵出口为d。
pd＝147100 Pa（表压），ps＝300.0 mmHg（负表压）＝39997 Pa（负表压）；zd－zs＝0.5 m；cd－cs＝0（管径相同）
H?
pd?ps?g?cd?cs2g22?(zd?zs)?25.955 m
3
1-3 设某离心水泵流量Q＝0.025 m/s，排出管压力表读数为323730 Pa，吸入管真空表读数为39240 Pa，表位差为0.8 m。吸入管直径为100 mm，排出管直径为75 mm。电动机功率表读数为12.5 kW，电动机效率为0.93，泵与电机采用直联。试计算离心泵的轴功率、有效功率和泵的总效率各为多少？
解：设泵入口为s，泵出口为d。
pd＝323730 Pa（表压），ps＝39240 Pa（负表压）；zd－zs＝0.8 m；
cs?cd?4Q?d2＝3.1831 m/s；
4Q?d2＝5.6588 m/s
H?轴功率
pd?ps?g?cd?cs2g22?(zd?zs)＝38.95 m
N?ND?DNe??NeN＝11.625 kW
＝9.5439 kW
有效功率
?gQH1000总效率?
?100％＝82.10％
4
1-4 某输送油品的离心泵装置如题1-4附图所示。试计算泵需要提供的实际扬程为多少？
3
已知：油品密度为850 kg/m；罐内压力p1＝196133 Pa（绝）；罐内压力p2＝176479.7 Pa（绝）；z1＝8 m；z2＝14 m；z3＝4 m；吸入管内损失hs＝1 m；排出管内损失hd＝25 m；经过加热炉时的压降Δp＝1372930 Pa。吸入管与排出管管径相同。
题1-4 附图
解：pB－pA＝p2－p1＋Δp，zB－zA＝－z1＋z2＋z3，cd－cs＝0（管径相同），ΣhAB＝hs＋hd
H?
pB?pA?g?(zB?zA)?cB?cA2g22??hAB＝198.458 m
1-5 有一离心泵叶轮 D2＝182 mm，b2＝7 mm，βA2＝30o，τ2＝0.9，D1＝90 mm，α＝90o，n＝1450 r/min，试求：
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（1）当理论流量QT∞＝7.2 m/h及Q′T∞＝28.8 m/h时的cr2、c′r2及HT∞、H′T∞各为多少？ （2）按比例画出出口速度三角形，并定性分析cr2、cu2与QT∞、HT∞间的对应变化关系。 解：（1）u2??D2n60QT?＝13.8178 m/s
cr2??2?cr?D2b2?2??QT＝0.5552 m/s；
?D2b2?2＝2.2209 m/s
cu2??u2?cr2?ctg?A2＝12.8561 m/s ?2??u2?cr?2?ctg?A2＝9.9711 m/s cucu1??c1?cos?1?0故
HT?????HT1g1g(u2cu2??uc1u)??11guc2u?2＝18.1268 m
?2?＝14.0590 m u2cu
（2）QT∞增加，cr2增加，cu2减小，HT∞减小。
1-6 有一离心泵，叶轮外径D2＝220 mm，叶轮出口宽度b2＝10 mm，叶片出口角βA2＝22o，叶片堵塞系数τ2＝0.95，转速n＝2900 r/min，
3
理论流量QT∞＝0.025 m/s，设液体径向流入叶轮（即α1＝90o），求u2、w2∞、c2∞及α2，并计算叶片无限多时叶轮的理论扬程HT∞。 解：
u2??D2ncr2?60QT?＝33.4056 m/s
?D2b2?2＝3.8075 m/s
cu2??u2?cr2?ctg?A2＝23.9816 m/s
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