题目
用离心泵将密闭容器中的有机液体送出,容器内液面上方的绝压为 85, (kPa)。在操作温度下液体的密度为 850, (kg/m)^3,饱和蒸气压为 72.12, (kPa)。吸入管路的压头损失为 1.5, (m),所选泵的允许汽蚀余量为 3.0, (m)。现拟将泵安装在液面以下 2.5, (m) 处,问该泵能否正常操作?
用离心泵将密闭容器中的有机液体送出,容器内液面上方的绝压为 $85\, \text{kPa}$。在操作温度下液体的密度为 $850\, \text{kg/m}^3$,饱和蒸气压为 $72.12\, \text{kPa}$。吸入管路的压头损失为 $1.5\, \text{m}$,所选泵的允许汽蚀余量为 $3.0\, \text{m}$。现拟将泵安装在液面以下 $2.5\, \text{m}$ 处,问该泵能否正常操作?
题目解答
答案
解题过程:
- 计算液体柱产生的压力:
$P_{\text{液柱}} = \rho g h = 850 \times 9.81 \times 2.5 = 20.83 \, \text{kPa}$ - 计算泵入口处的绝对压力:
$P_{\text{泵入口}} = P_{\text{绝压}} + P_{\text{液柱}} = 85 \, \text{kPa} + 20.83 \, \text{kPa} = 105.83 \, \text{kPa}$ - 计算实际汽蚀余量:
$NPSH_{\text{实际}} = \frac{P_{\text{泵入口}} - P_{\text{饱和蒸气压}}}{\rho g} - h_{\text{损失}} = \frac{105.83 \times 10^3 - 72.12 \times 10^3}{850 \times 9.81} - 1.5 = 2.54 \, \text{m}$ - 比较实际汽蚀余量与泵的允许汽蚀余量:
$NPSH_{\text{实际}} = 2.54 \, \text{m} < NPSH_{\text{允许}} = 3.0 \, \text{m}$
答案:
泵不能正常操作。
解析
本题考查离心泵汽蚀现象的判断,解题的关键在于计算实际汽蚀余量,并与泵的允许汽蚀余量进行比较。若实际汽蚀余量小于允许汽蚀余量,则泵会发生汽蚀,不能正常操作;反之则能正常操作。具体步骤如下:
- 计算液体柱产生的压力:
- 已知液体密度$\rho = 850\,\text{kg/m}^3$,重力加速度$g = 9.81\,\text{m/s}^2$,泵安装在液面以下$h = 2.5\,\text{m}$处。
- 根据液体静力学公式$P_{\text{液柱}}=\rho gh$,可得:
- $P_{\text{液柱}} = 850\times9.81\times2.5$
- $= 20831.25\,\text{Pa}$
- 因为$1\,\text{kPa}=1000\,\text{Pa}$,所以$P_{\text{液柱}} = 20831.25\div1000 = 20.83\,\text{kPa}$。
- 计算泵入口处的绝对压力:
- 已知容器内液面上方的绝压$P_{\text{绝压}} = 85\,\text{kPa}$。
- 泵入口处的绝对压力$P_{\text{泵入口}}$等于容器内液面上方的绝压加上液体柱产生的压力,即$P_{\text{泵入口}} = P_{\text{绝压}} + P_{\text{液柱}}$。
- $P_{\text{泵入口}} = 85 + 20.83 = 105.83\,\text{kPa}$。
- 计算实际汽蚀余量:
- 已知液体的饱和蒸气压$P_{\text{饱和蒸气压}} = 72.12\,\text{kPa}$,吸入管路的压头损失$h_{\text{损失}} = 1.5\,\text{m}$。
- 根据实际汽蚀余量公式$NPSH_{\text{实际}}=\frac{P_{\text{泵入口}} - P_{\text{饱和蒸气压}}}{\rho g}-h_{\text{损失}}$,可得:
- 先将压力单位换算为$\text{Pa}$,$P_{\text{泵入口}} = 105.83\times10^3\,\text{Pa}$,$P_{\text{饱和蒸气压}} = 72.12\times10^3\,\text{Pa}$。
- $NPSH_{\text{实际}}=\frac{105.83\times10^3 - 72.12\times10^3}{850\times9.81}-1.5$
- 先计算分子:$105.83\times10^3 - 72.12\times10^3=(105.83 - 72.12)\times10^3 = 33.71\times10^3\,\text{Pa}$。
- 再计算分母:$850\times9.81 = 8338.5$。
- 则$\frac{33.71\times10^3}{8338.5}\approx4.04\,\text{m}$。
- 所以$NPSH_{\text{实际}} = 4.04 - 1.5 = 2.54\,\text{m}$。
- 比较实际汽蚀余量与泵的允许汽蚀余量:
- 已知泵的允许汽蚀余量$NPSH_{\text{允许}} = 3.0\,\text{m}$。
- 因为$NPSH_{\text{实际}} = 2.54\,\text{m}