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    北京化工大学离心泵实验-

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    北 京 化 工 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告



    实验名称： 离心泵性能试验 班 级： 0000 姓 名： XXX 学 号： 2016000000 同 组 人：


    实验日期： 2018年11月19日
    一、实验目的及任务
    ①了解离心泵的构造,掌握其操作和调节方法。
    ②测定离心泵在恒定转速下的特性曲线,并确定泵的最佳工作范围。 ③熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。 ④测定孔板流量计的孔流系数。 ⑤测定管路特性曲线。
    二、基本原理
    1.离心泵特性曲线测定
    离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。其中理论压头与流量的关系,可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到,如图4-3中的曲线。由于流体流经泵时,不可避免地会遇到各种阻力,产生能量损失,诸如摩擦损失、环流损失等,因此,实际压头比理论压头小,且难以通过计算求得,因此通常采用实验方法,直接测定其参数间的关系,并将测出的He-Q、N-Q和η-Q三条曲线称为离心泵的特性曲线。另外,根据此曲线也可以求出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。

    泵的扬程用下式计算:


    泵的有效功率和效率
    由于泵在运转过程中存在种种能量损失,使泵的实际压头和流量较理论值为低,而输入泵的功率又比理论值高,所以泵的总效率为:

    2.孔板流量计孔流系数的测定 孔板流量计的结构如图4-4所示。

    在水平管路上装有一块孔板,其两侧接测压管,分别与压差传感器两端连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用,使流速增大,压强减小,造成孔板前后压强差,作为测量的依据。若管路直径d1,孔板锐孔直径为d0,流体流经孔板后形成缩脉的直径为d2 ,流体密度ρ,孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为u1、u2和p1、p2,根据伯努利方程,不考虑能量损失,可得:


    由于缩脉的位置随流速的变化而变化,故缩脉处截面积S2难以知道,孔口的面积为已知,且测压口的位置在设备制成后也不改变,因此,可用孔板孔径处的u0代替u2,考虑到流体因局部阻力而造成的能量损失,用校正系数C 校正后则有:
    对于不可压缩流体,根据连续性方程有:
    经过整理可得:

    根据u0和S2即可算出体积流量:

    孔流系数的大小由孔板锐孔的形状,测压口的位置、孔径与管径比和雷诺数共同决定。具体数值由实验确定。当d0/d1 一定,雷诺数Re 超过某个数值后,C0 就

    接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在C0为常数的流动条件下使用。


    三、装置和流程
    图4-5所示为泵性能实验带控制点的工艺流程。



    四、操作要点
    1、打开主管路的切换阀门,关闭流量调节阀门6,按变频仪7绿色按钮启动泵,固定转速(频率在50Hz,观察泵出口压力表读数在0.2MPa左右时,即可开始实验。
    2、通过流量调节阀6,调节水流量,从0到最大(流量由涡轮流量计3测得,记录相关数据,完成离心泵特性曲线和孔板孔流系数实验。
    3、打开全部支路阀门,流量调节阀6使流量固定在6,通过改变变频仪频率,实现调节水流量,完成管路特性曲线实验一。


    4、将频率调回50Hz,流量调节阀6使流量固定在4,通过改变变频仪频率,实现调节水流量,完成管路特性曲线实验二。
    5、将频率调回50Hz,流量调节阀6使流量固定在2,通过改变变频仪频率,实现调节水流量,完成管路特性曲线实验三。
    6、每个实验均测10-12组数据,实验完后再测几组验证数据,若基本吻合,则可停泵(按变频仪红色按钮停泵,关闭流量调节阀6,做好卫生工作,同时记录设备的相关数据(如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等。
    五、实验数据整理
    A、原始数据











    表1.管路特性曲线的实验数据
    开度=6m3/h序号123456789101112
    qv/(m3/hH压/m5.9914.95.4412.24.869.84.297.73.665.82.933.82.452.81.831.71.231.00.590.50.180.40.000.4H真/m0.00.10.20.30.30.40.40.50.50.50.50.5n(Hz50.0045.0239.9735.0929.9523.9019.9715.039.984.973.042.74t/℃30.130.130.130.130.130.130.130.130.130.130.130.1ρ/(kg/m3扬程He/m995.715.1995.712.5995.710.2995.78.2995.76.3995.74.4995.73.4995.72.4995.71.7995.71.2995.71.1995.71.1
    以第10组数据为例，计算如下：
    H=H压力表+H真空表+H0=0.5+0.5+0.2=1.2m


    表2.管路特性曲线的实验数据
    开度=4m3/h序号123456789101112
    qv/(m3/hH压/m4.1417.63.7914.43.4211.53.018.92.586.72.144.81.773.31.302.00.881.10.550.60.020.40.000.4H真/m0.30.30.30.40.40.50.50.50.50.50.50.5
    n(Hz50.0045.0540.0235.0330.0524.9220.3115.0410.096.433.302.00t/℃30.230.230.230.230.230.130.130.130.130.130.130.1ρ/(kg/m3扬程He/m995.718.1995.714.9995.712.0995.79.5995.77.3995.75.5995.74.0995.72.7995.71.8995.71.3995.71.1995.71.1
    以第10组数据为例，计算如下：
    H=H压力表+H真空表+H0=0.6+0.5+0.2=1.3m





    表3 离心泵特性曲线的测定数据序号123456789101112qv/(m3/hH压/m0.7713.61.3613.21.9912.62.8511.93.5911.34.0210.84.7310.05.868.46.467.56.996.77.476.07.945.1H真/m0.50.50.50.40.30.30.20.0-0.1-0.2-0.3-0.4N电/kw0.300.320.350.380.410.420.440.470.470.480.470.47泵的性能 40Hzt/℃ρ/(kg/m3扬程He/m29.8995.814.329.8995.813.929.8995.813.329.8995.812.529.8995.811.829.8995.811.329.8995.810.429.8995.88.629.8995.87.629.9995.86.729.9995.85.929.9995.84.9N轴/kw0.270.290.320.340.370.380.400.420.420.430.420.42Ne/kw0.030.050.070.100.110.120.130.140.130.130.120.11效率/％11.117.822.828.231.132.633.732.331.529.428.324.9


    以第10组数据为例，计算如下：

    d0=18.0mm
    d1=33*3.5mm 所测数据：

    QV=6.99m3•h-1 H真=-0.2 mH2O H压=6.7 mH2O N电=0.48kW 流量：
    QV=6.99m3•h-1

    扬程：
    He=H压力表+H真空表+H0=6.7-0.2+0.2=6.7m
    有效功率：

    轴功率：
    轴 电 电 转
    效率：

    轴
    序号123456789101112qv/(m3/hH压/m9.987.29.089.18.5310.38.0211.27.4612.36.8813.36.3814.25.5715.54.5716.93.8517.83.0618.62.4519.3H真/m-0.9-0.8-0.6-0.5-0.3-0.2-0.20.00.20.30.40.4泵的性能 50HzN电/kwt/℃ρ/(kg/m3扬程He/m0.8327.9995.96.50.8328.7995.98.50.8228.8995.99.90.8128.9995.910.90.7829.2995.912.20.7629.2995.913.30.7429.4995.914.20.7129.5995.915.70.6629.6995.917.30.6229.6995.918.30.5829.6995.919.20.5629.7995.919.9N轴/kw0.750.750.740.730.700.680.670.640.590.560.520.50Ne/kw0.180.210.230.240.250.250.250.240.210.190.160.13效率/％23.628.031.032.535.236.336.937.136.134.230.526.2


    以第10组数据为例，计算如下：
    d0=18mm
    d1=33*3.5mm


    所测数据：

    QV=3.85m3•h-1 H真=0.3mH2O H压=17.8mH2O N电=0.62kW 流量：
    QV=3.85m3•h-1

    扬程：
    He=H压力表+H真空表+H0=17.8+0.3+0.2=18.3m
    有效功率：

    轴功率：
    轴 电 电 转
    效率：







    轴 表5 孔板流量计的的数据表
    序号123456789101112qv/(m3/h△P/kpa7.4064.407.0057.656.5249.855.8540.455.3833.904.7626.434.0318.973.5814.983.1111.352.497.251.934.330.500.43t/℃31.131.131.531.531.631.631.731.831.831.931.932.2ρ/(kg/m3995.1995.1995.1995.1995.1995.1995.1995.1995.1995.1995.1995.1C00.710.710.710.710.710.710.710.710.710.710.710.59流速/(m/s）3.8723.6623.4113.0612.8152.4902.1081.8731.6271.3031.0100.262
    Re129417122422114027102309940908324770480626105439043547337538744μ0.7740.7740.7740.7740.7740.7740.7740.7740.7740.7740.7740.774

    以第10组数据为例进行计算
    d0=0.018m ， d=（33-2×3.5）/1000=0.026m ， 31.1ºC时水的粘度μ= 0.774mPa·s 孔流系数： 雷诺数：













    六、 实验结果与讨论
    1. 管路的特性曲线


    2. 泵的特性曲线











    3. 泵的效率曲线





    4. 孔流系数C0与雷诺数Re的关系

    结论：
    1. 管路特性及效率曲线分析：
    由管路特性曲线可以看出，随流体流量的增加，管路的压头有递增的趋势。并由图可知H与q成二次方关系（曲线为抛物线）。

    2. 离心泵特性及效率曲线分析：
    （1）随着流体流量的增大，离心泵的扬程逐渐减小，且减小的越来越快，轴功率增大；
    （2）分析泵的效率曲线可知，随着流体流量的增大，离心泵的效率先增大，后减小，存在极值。50Hz时，最大效率在37.1%附近，此时流量为5.57m3•h-1；40Hz时，最大效率在33.7%附近，此时流量为4.73m3•h-1。
    （3）由泵的轴功率曲线，可以观察出，在流量为0时，仍有一定的功率存在，并且随着流量的增加迅速增加。所以在启动泵时，应该关闭出口阀，避免启动时轴功率过大对电机造成损伤。

    3. 孔板流量计曲线分析：
    从上图分析，在完全湍流区，孔流系数C0随雷诺数Re的变化不大，几近趋于平稳。所以在完全湍流区可视为孔流系数与雷诺数无关。据曲线的变化趋势，稳定时的C0约为0.71。

    七、 思考题
    1.根据泵的工作原理，在启动前为何要关闭调节阀6？
    答： 离心泵启动流量最小时，启动电流最小，有利于降低泵启动电流，而漩涡泵属于容积式泵，若启动时出口阀没有关闭，泵出口压力会很高，严重时回

    打坏选涡轮泵的叶轮。

    2．当改变流量调节阀开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？
    答：当改变流量调节阀开度，流量增加，由柏努力方程可推知，压力表和真空表的读数都逐渐减小。

    3．用孔板流量计测流量时，应根据什么选择孔口尺寸和压差计的量程？
    答：应根据测量所要求的精度值和能量损失的要求，以及使孔流系数C0不随雷诺数Re改变这三个方面来选择孔口尺寸和压差计的量程。

    4．试分析气缚现象与汽蚀现象的区别。
    答：泵在运转时，吸入管路和泵的轴心常处于负压状态，若管路及轴封密封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降。若平均密度下降严重，泵将无法吸上液体，此成为气缚现象；而汽蚀现象是指泵的安装位置过高，使叶轮进口处的压强降至液体的饱和蒸汽压，引起液体部分气化的现象，汽蚀现象会使泵体振动并发生噪声，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体还会对金属材料发生腐蚀现象，在这种情况下导致叶片过早损坏。

    5.根据什么条件来选择离心泵？
    1．先根据所输送的液体及操作条件来确定泵的类型； 2．根据所要求的流量与压头确定泵的型号；
    3．若被输送的液体的粘度与密度与水相差较大时，应核算泵的特性参数：流量、压头和轴功率。

    6.从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可采取哪些措施？
    答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减小液体的粘度，改变液体，使用比重较小的液体。

    7.试分析允许吸上真空高度与泵的安装高度的区别。
    答：两者单位都可以是米，但泵的安装高度是指泵轴中心线与泵吸入液面的垂直距离，是高度概念，而泵不发生气蚀，其入口处允许的最低绝对压力（表示为真空度），以液柱高度表示时是允许吸上真空高度，是一个压力概念。安装高度取决于水泵允许吸上真空高度的大小。

    8．允许吸上真空高度Hs=7m，若选用密度比水轻的苯作介质，允许吸上真空高度将如何变化，为什么？
    答：若密度减小，允许吸上真空高度增大，因为允许吸上真空高度反比于工作温度下输送液体的密度。

    答：相同压力下，允许的汽蚀余量与密度成反比，苯密度比水小，故增大。 9．若要实现计算机在线测控，应如何选用测试传感器及仪表？
    答：应选用能测量泵的扬程H，流量Q（用涡轮是流量计），泵的转速n，从而可以得到泵的功率和效率，即可实现对实验的计算机在线监控。





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