毕业设计（论文）-ZSB-1油田注水泵及其系统性能测试综合试验台设计.doc

其他资料邮件149008574zsb-1油田注水泵及其系统性能测试综合试验台设计摘要：注水泵属于通用机械的范畴，在能源经济的各部门应用十分广泛。注水泵在供水系统中是实现动力循环的重要组成部分，是重要的辅机之一。为了实现水泵的安全经济运行，提高注水系统的效率，必须掌握水泵基本原理、性能、结构、及运行调节等方面的必要知识，掌握水泵性能试验技术。为了测定注水泵的各项性能参数，进而绘制出泵的性能曲线，我设计了注水泵性能测试实验台.可实现能动态模拟油田注水工况，进行动态试验；能实现注水泵串并联工作、多级注水泵的拆级、增级工作及注水泵系统能耗测试及 节能分析的实验；本次实验使用的多级泵为离心泵，型号分别为为md12-25-5和md12-25-7，增压泵型号为kql50/150-2.2/2,进出口管径均设计为57mm。通过操作本次实验，我们可以熟悉离心泵实验装置的布置以及各种测试的操作方法，并且掌握实验原理。通过对数据的处理以及离心泵性能曲线的绘制，可以加深对离心泵性能的了解。关键词：注水泵、性能参数、性能曲线、试验装置49the design of comprehensive experiment stage of the injecting pump and its system performance testabstract：injecting pumps belongs to the scope of general machinery, in the energy sources economy with a wide range of departments should.injecting pump in the water supply system power cycle is to achieve an important component of the auxiliary is an important one. in order to achieve safe and economic operation of the pump, we must master the basic principles of pumps, performance, structure, and operational aspects of regulating the necessary knowledge and technology to master pump performance test.to the determination of the performance parameters of centrifugal pump, centrifugal pump and then to map out the performance curve, i designed a centrifugal pump performance test-bed. the test-bed can achieve the goal which trending imitate the oil filed water injecting condition, work the trends experiment; could achieve the injecting pump work in series or in parallel, add the steps of pumps and achieve the energy consume testing of the injecting pump system, do the experiment of the energy conseveration analyse.the steps pump used in experimental model is md12-25-5 and md12-25-7, the pressure boost pump used in experimental model is kql50/150-2.2/2, the pipe are designed to import and export of diameter 57mm. through the operation of this experiment, we can experiment with centrifugal pump installations as well as the layout of the operation of various instruments, and master the principle of the experiment. of data processing as well as the centrifugal pump performance curve of the mapping, you can deepen the understanding of the performance of centrifugal pump.keywords: water injecting pump, performance parameters, performance curves, the experimental device目 录1 课题来源及意义11.1 国内外研究现状11.1.1 国外发展现状11.1.2 国内发展现状21.1.3 水泵测试系统的发展趋势31.2 离心泵的基础知识41.3 离心泵的工作原理61.4 离心泵的主要参数及性能曲线61.4.1 离心泵性能参数61.4.2 离心泵性能曲线82 系统总体方案设计102.1 方案提出102.2 水泵的性能曲线112.3 实验原理122.3.1 实验方法122.3.2 泵实验原理133 系统设计153.1 实验装置的配置153.2 管路的设计153.2.1 管路材料的选型153.2.2 管路直径和长度的确定153.2.3 管子壁厚的确定173.3 泵和电动机的选型设计173.3.1 泵的选型设计173.3.2 电动机的选型213.4 阀门的选型223.4.1 阀门的种类及特点243.4.2 阀门的调节机构283.4.3 阀门的具体选择293.5 流量计，转矩转速传感器和压力传感器的选择323.5.1 流量计的选择323.5.2 压力传感器的选择373.5.3 转矩转速传感器的选择383.6 常压水箱的设计394 离心泵性能曲线测定实验指导书404.1 实验目的404.2 实验原理404.3 实验步骤414.4 实验数据处理42总 结44参考文献45致谢46技术经济性分析471 课题来源及意义本毕业设计的题目为zsb-1油田注水泵及其系统性能测试综合实验台设计，本题目主要是设计一个综合实验台，对注水泵各个方面的性能进行测试和计量，用以提高泵效及其使用寿命。水泵测试系统对于水泵基础理论的研究与发展、水泵性能改进、水泵设计方法的完善都有着极其重要的作用，因此，水泵综合参数自动化测试系统的研究已经成为工业界广泛关注的课题之一。目前，国内水泵测试精度低、实时性和可靠性差，很多还是传统的半自动化形式，其测位分散，全部测量信号没有综合管理，而且人机界面不够友好。与国外性比，技术水平相对落后。本文正是针对这种情况，对水泵的测试原理和方法进行研究和分析，根据测试系统的要求，将计算机技术、传感器技术、数据采集技术、智能控制技术相结合并融入现场总线控制技术，实现了水泵各项参数的控制、性能试验、数据保存、传输及曲线拟合等功能。研究了数据采集与处理、曲线拟合、控制算法、数据库开发、通信等实现中的重难点问题，并采取了有效的硬件和软件抗干扰措施，确保了系统的稳定性高和可靠性。油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。因此，这就需要从根本出发，找到问题解决的办法，循序渐进，才能有新的突破。因此，现阶段我们开展水泵综合参数的自动化测试系统的研究，能够促进水泵测试系统的自动化水平，有助于提高泵产品的研发效率、改善产品的性能水平，具有较高的实用价值，对于降低油田生产成本，提高我国石油企业的竞争力也具有现实意义！1.1 国内外研究现状1.1.1 国外发展现状在国外，欧美等发达国家关于泵的相关研究起步较早，在特殊泵的制造，泵的内特性测试等方面仍领先于国内。对泵的外特性测试装置而言，早在1961年，英国国立工程实验室（nel）立了自己的水力机械试验台，可用于水泵和模型水轮机（最大转轮直径0.5m）的性能试验，可以在开式和闭式两种循环方式进行效率和气蚀实验，部分参数是先半自动控制，实验数据由计算机自动采集和处理，并能自动绘制试验曲线和打印实验结果。大量外文书刊级互联网资料显示，目前国外水泵测试系统的产品已经比较成熟，美国，德国等发达国家已经普遍化，并呈现高集成，小体积，可移动，多功能，设备全，易操作等特点。例如美国tecquipment inc.生产的centrifugal pump test set,是一台用于离心泵测试的装置，为研究离心泵在不同扬程，流量和转速下的特性提供了一种新的测试方法。尽管这类水泵测试装置具有高集成，小体积，可移动，多功能，设备全，易操作等优点，但在数据处理方面功能薄弱，缺少嵌入式的数据处理分析系统，效率不高。1.1.2 国内发展现状在国内，泵测试技术的发展历程可以简单的划分为两个阶段：20世纪70年代，20世纪80年代至今。29世纪70年代属于指针式测试系统时期，泵的测试基本采用分立式仪器和仪表来测量各种物理量。例如，用水银压力计，弹簧压力计等测量压力，用文土里流量计，涡轮流量计等测量流量，用电流表，电压表等测量电力参数。测试仪表体积庞大，成本高，可靠性低，实验人员多，工作量大，效率低等都是这一时期水泵测试系统存在的问题。一般情况下，整整一天时间内很难做完水泵的所有实验，为了得到性能优良的水力模型，往往需要进行多次模型试验，效率极低。20世纪80年代至今属于测试系统的自动化时期。随着产品结构调整和更新换代速度加快，市场对产品种类等方面已经难以满足泵产品研制合计顺改造的要求。而这个时期正是计算机技术，通讯技术和智能控制技术高速发展的时期。自动控制领域日新月异，智能仪表，先进的控制系统层出不穷。这给水泵测试技术带来了契机，人们面临的困难迎刃而解。智能电磁流量计，超声波流量计，微光流量计，智能电容式压力变送器，转矩转速传感器，微机扭矩仪，电子计算机、单片机等先进的智能电子装置迅速的被应用于新一代的水泵测试系统中，极大地提高了水泵测试系统自动化程度、测试精度、响应速度和人工效率。尽管如此，这种测试系统仍然存在着部分参数手动控制，费时费力，调节精度不高，系统庞大，接口复杂，连线众多，计算机接口资源紧张，维护困难，程序编写难度高和应用软件界面不友好等特点。在这一时期中后期，这种系统进建立在一些科研单位、高校和主要生产单位。例如，江苏大学。华北水利电力学院、清华大学、浙江机械研究所、东方电机厂等。据调研资料表明，很多水泵测试系统还是传统的半自动化，其测位分散，全部测量信号没有综合管理，而且软件界面不够有好，真正建立有水泵微机自动化辅助测试平台的厂家还不是很多。1.1.3 水泵测试系统的发展趋势随着工业技术的发展，我国水泵企业对测试设备的自动化、智能化要求与日俱增。一方面，要求测试系统具有更高的速度、精度、可靠性和自动化水平，以便减少人力和提高工作效率；另一方面，要求测试系统具有更大的灵活性和适应性。总体来说，水泵测试系统正朝着以下几个方向发展：采用高精度、自动化的智能测试技术传统的方式中，由于缺乏先进的控制方法，使得测量精度的提高进一步受到限制，不能鉴别设计上的微小改善，尤其是对流量这个非线性、时变、难以建立精确数学模型的控制对象，通常的方法是：由人工进行工况调节，完全依靠工作人员的经验，调节费时、费力、稳定性差且精度不高。 随着科学技术的发展，尤其是自适应控制、鲁棒控制、非线性控制、大系统理论和预测控制等现代理论的出现，以及仪器仪表的高度自动化和信息管理的现代化，使得对流量的自动调节成为可能。一些先进的控制方法和模糊控制不依赖于被控对象的数学模型，对无法建模或很难建模的复杂对象，也能利用人的经验知识来设计模糊控制器来完成任务。与传统的pid控制相结合，也可以扬长避短，提高控制精度。因此水泵测试系统应该打破传统的测试方法，综合采用现代的检测技术、智能控制技术、网络技术和电子计算机及其外部设备自动进行参数测试、传输和处理。采用实时调节，实时测试，能快速采样和测试参数，从而提高测试系统的精度和自动化程度。深入进行内特性方面的测试深入进行水泵流道内不同工况下流速分布、压力分布、压力脉动、气蚀形态、气蚀强度、气蚀侵蚀部位等内特性研究，对全面测试水泵的性能、发展水泵理论和提高设计水平有重要意义，因此国外一些厂家和高等院校对内特性的研究十分重视。目前高速摄影技术、流场显示技术、热膜探针、电子探针以及激光测速仪等新技术和仪表均已得到应用。电子计算机在流态分析中也得到了应用。多功能化一个功能完善的微机水泵综合测试系统一般应能对多型式、多种规格的水泵进行测试，以此增加实验装置的适应性和多功能性。此外，还要求尽量缩短研制周期和降低成本。1.2 离心泵的基础知识（1）离心泵的基本结构离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环和填料函。1）叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。2）泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。3）泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。4）轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/33/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热！滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的，加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂溅，太少轴承又要过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右，假如过高就要查找原因并及时处理！5）密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.251.10mm之间为宜。6）填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是非常重要的！（2）离心泵的过流部件离心泵的过流部件有：吸入室，叶轮，压出室三个部分。叶轮室是泵的核心，也是流部件的核心。泵通过叶轮对液体的作功，使其能量增加。叶轮按液体流出的方向分为三类：1）径流式叶轮液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮。2）斜流式叶轮液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮。3）轴流式叶轮液体流动的方向与轴线平行的。叶轮按吸入的方式分为二类，分别是单吸叶轮和双吸叶轮。叶轮按盖板形式分为三类，分别是封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮。其中封闭式叶轮应用很广泛，前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。图1-1 离心泵结构示意图1.3 离心泵的工作原理离心泵的工作原理是：离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用。水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水行成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水源的水在大气压力的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以实现连续抽水。在此值得一提的是：离心泵启动前一定要向泵壳内布满水以后，方可启动，否则将造成泵体发热，震动，出水量减少，对水泵造成损坏造成设备事故！离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式:（1)按叶轮吸入方式分：单吸式离心泵和双吸式离心泵。（2)按叶轮数目分：单级离心泵和多级离心泵。（3)按叶轮结构分：敞开式叶轮离心泵、半开式叶轮离心泵和封闭式叶轮离心泵。 （4)按工作压力分：低压离心泵、中压离心泵和高压离心泵。 （5)按泵轴位置分：卧式离心泵和边立式离心泵。1.4 离心泵的主要参数及性能曲线水泵的性能参数如流量q扬程h轴功率n转速n效率之间存在的一定的关系。他们之间的量值变化关系用曲线来表示，这种曲线就称为水泵的性能曲线。水泵的性能参数之间的相互变化关系及相互制约性是以该水泵的额定转速为先决条件的。1.4.1 离心泵性能参数泵的主要性能参数有流量、扬程h、功率p、效率和汽蚀余量。这些参数之间有着一定的相互联系，而反映这些性能参数间变化关系的曲线，称为性能曲线。性能曲线通常是指在一定转速下，以流量为横坐标，扬程h、功率p、效率、汽蚀余量为纵坐标，可绘制出-h、-p、-及-等不同的性能曲线。这些曲线直观地反映了泵的总体性能。性能曲线对泵的选型，经济合理的运行都起着十分重要的作用。离心泵的性能曲线（1）流量流量是指单位时间内通过泵出口输出的液体量，一般采用体积流量来表示，常用单位为/s、/h、l/s。（2）扬程扬程是单位重量输送液体从泵入口至出口的能量增量，用h表示，单位为m。（3）转速泵轴每分钟的转数称为转速，用n表示，单位是r/min。（4）功率泵的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即输出功率称为有效功率，用表示。原动机传递给泵转轴上的功率，即输入功率称为轴功率，用p表示。原动机功率一般指原动机的输出功率，即原动机所具备的对外做功能力，用表示。因此，它与输入原动机的功率是不同的。（5）损失和效率在泵的运行过程中，存在多种能量损失。按照其性质可分为机械损失、容积损失和流动损失三种。轴功率减去这三部分损失所对应的功率即等于有效功率。机械损失主要包括轴端密封于轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。机械损失功率为上述两种损失之和，机械损失用机械效率来衡量。机械效率用下式表示： = （式1-1）式中 机械损失功率。泵由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄露，这种损失称为容积损失或泄露损失。容积损失用容积效率来衡量，容积效率用下式表示： = （式1-2）式中 容积损失功率，kw。流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产生摩擦损失;流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起扩散损失；由于工况改变，流量偏离设计流量时，入口流动角与叶片安装角不一致，会引起冲击损失。影响泵效率最主要的因素是流动损失，即在所有的损失中，流动损失最大。流动损失用流动效率来衡量。流动效率用下式表示： = （式1-3）式中 流动损失功率，kw。（6）泵的总效率总效率是衡量泵经济性的重要技术指标。泵的总效率等于有效功率与轴功率之比，即： （式1-4）由上式可知，泵的总效率等于流动效率、容积效率和机械效率三者的乘积。1.4.2 离心泵性能曲线水泵性能曲线主要有三条曲线：流量扬程曲线，流量功率曲线，流量效率曲线。（1）流量扬程特性曲线它是离心泵的基本的性能曲线。比转速小于80的离心泵具有上升和下降的特点，称驼峰性能曲线。比转速在80150之间的离心泵具有平坦的性能曲线。比转数在150以上的离心泵具有陡降性能曲线。一般的说，当流量小时，扬程就高，随着流量的增加扬程就逐渐下降。（2）流量功率曲线轴功率是随着流量而增加的，当流量q=0时，相应的轴功率并不等于零，而为一定值。这个功率主要消耗于机械损失上。此时水泵里是布满水的，假如长时间的运行，会导致泵内温度不断升高，泵壳，轴承会发热，严重时可能使泵体热力变形，我们称为“闷水头”，此时扬程为最大值，当出水阀逐渐打开时，流量就会逐渐增加，轴功率亦缓慢的增加。（3）流量效率曲线它的曲线象山头外形，当流量为零时，效率也等于零，随着流量的增大，效率也逐渐的增加，但增加到一定数值之后效率就下降了，效率有一个最高值，在最高效率点四周，效率都比较高，这个区域称为高效率区。以上几个方面了解了离心泵构造，工作原理、特性曲线以后，如何合理配置电机水泵的功率，是保证水泵的安全运行，优质供水，降低生产成本的关键。合理配置水泵功率，发挥水泵最佳工作区域的安全运行，才符合设备合理配置的可靠性和经济性原则。随着科技的不断发展，水泵的现代化程度也不断提高，减少了许多的人为治理操作。现在大多采用计算机监控的自动操作模式，这也就对操作人员的自身素质提出了更高的要求。因为一台水泵的异常状况会影响到整各供水系统的网络，造成严重后果。在生产中把所学的知识运用到实践工作中去，合理安排好水量的分配和调度，利用各台水泵的特性使用最少的功率达到水泵的最大出水量，达到最佳运行状态，并做到安全，优质，低耗供水，这样就是我们所应该追求的目标！2 系统总体方案设计2.1 方案提出以往的一些泵的实验装置基本上都是针对特定的单一泵进行性能试验，而本实验要求整个试验台不仅能进行单泵的性能试验，而且还要求能实现注水泵串并联工作、多级注水泵的拆级、增级工作及注水泵系统能耗测试及节能分析的实验，故要求本实验台能通过对一些阀的启闭，实现泵的串并联，从而测得回路中所需的相关数值，绘制出泵的特性曲线!所以，现提出试验台的具体方案如图2-1：图2-1此次设计的试验回路是一个开式的试验回路，试验台主要有常压水箱，两条单泵的试验管路和七条注水管线组成。在做单泵的性能试验时，关闭进口阀1，出口阀1,和串联阀，关闭六条注水管线，即可实现一个单泵回路，通过测试相关数据，就可获得单泵的性能参数曲线；在做泵的串联实验时，关闭进口阀1和出口阀2，关闭六条注水管线，打开进口阀1和出口阀2，即可实现两台泵的串联；在做泵的并联实验时，关闭串联阀，关闭六条注水管线，分别打开进口阀1和2以及出口阀1和2,，就可得到两台注水泵的并联回路；在做注水泵系统能耗测试及节能分析的实验时，把七条注水管线全部打开，再通过截止阀的调节来模拟油田每个注水井注水的状况，最终绘制整个回路的特性曲线。2.2 水泵的性能曲线离心泵性能曲线的测定（1）h的测定在一定的型号和转速下，离心泵的扬程h、轴功率n及效率均随流量q而改变。通常通过实验测定出hq、nq及q关系，并用曲线表示之，成为离心泵特性曲线。离心泵特定曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。在离心泵进出口管装设真空表和压力表，在相应的两截面列出机械能算方程式（以单位重量液体为横算计准）。 （式2-1） （式2-2）上式中hf入-出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力（不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失），当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，hf入-出值很小，故可忽略。于是上式变为： （式2-3）将测的（z出-z入）和（p出-p入）的值以及计算所得的入，出代入上式可求得h的值。（2）n的测定转矩转速传感器测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：泵的轴功率n=电动机的输出功率，kw；电动机的输出功率=电动机的输入功率电动机的效率；泵的轴功率=功率表的读数电动机效率，kw。（3）的测定泵的总效率可由测定的泵有效功率和电机实际消耗功率计算得出，即： （式2-4）其中 （式2-5）式中：-泵的效率； n-泵的轴功率，kw ne-泵的有效功率，kw h-泵的压头，m q-泵的流量，m3/s -水的密度，kg/m3这时得到的泵的总效率除了泵的效率外，还包括传动效率和电机的效率。为了准确全面地表征离心泵的性能，需在一定转速下，将实验测得的各项参数即：he、n、与vs之间的变化关系绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特性曲线。离心泵特性曲线可确定泵的最适宜操作状况。通常，离心泵在恒定转速下运转，因此泵的特性曲线是在一定转速下测得的。若改变转速，泵的特性曲线也将随之改变。2.3 实验原理在生产上选用一台即满足生产任务又经济合理的离心泵，总是根据生产要求（压头和流量），参照泵的性能来决定。泵的性能，即在一定转速下，离心泵的压头h，轴功率n及效率均随实际流量q的大小而改变，通常用水做实验测出hq，nq，q之间的关系，称为特性曲线，特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。2.3.1 实验方法 1离心泵的正确操作离心泵的正确启动、运行和停机是保证输水系统安全、经济供水的前提。 启动前的准备工作： 水泵启动前注意做好全面检查工作，检查轴承中润滑油是否足够、干净；出水闸阀是否处于关闭状态；装置各处连接螺栓有无松动现象；配电设备是否完好正常。然后，进行灌泵工作。灌泵就是启动前向泵及吸水管中充水，以便启动后在泵的入口处造成抽吸液体必须的真空值。对于首次启动的水泵，还应进行转向检查，检查其转向是否与泵厂规定的转向一致。准备工作就绪之后，即可启动水泵。启动应在闭阀情况下进行，运行一般不超过23min，待水泵转速稳定后，发现压力表读数上升至水泵零流量时的空转扬程时，可逐渐打开出水管上的闸阀。此时真空表读数逐渐增加，压力表读数逐渐下降，配电屏上电流表逐渐增大，待闸阀全开时，即告启动工作完成。运行中应注意的问题（1）要随时注意检查各个仪表工作是否正常、稳定。电流表上的读数应不超过电动机的额定电流，否则都应及时停车检查。（2）检查泵与电动机的轴承和机壳温度，轴承温度一般不得超过周围环境温度为35，最高不超过75，否则应立即停车检查。停车时应注意的问题停车前先关出水闸阀，实行闭闸停车。并把泵和电动机表面的水擦干净。冬季停车后还应考虑水泵不致冻裂。2实验方法：利用泵相应阀门的开、闭和调节，形成泵的单泵泵的串联并联工作回路，在泵出口阀门的一定开度下，测量一组相应的进口压力、出口压力的读数，由此测得这个工况下泵的扬程h和流量q；并利用转矩转速传感器表读出电机的输入功率，由此可得出泵的相应实用功率p。在多个工况(阀门的不同开度)下可分别测得每个工况的流量q、扬程h和实用功率p等数据，从而可经计算并绘制出泵的qh、qp和q等特性曲线。2.3.2 泵实验原理 如果在泵的操作中，测得其流量、进出口压力和泵所消耗的功率（即轴功率），则可求得其特性曲线。泵的压头为： （式2-5）式中：h2泵出口处的压力表读数，以m水柱（真空度）表示； h1泵入口处的真空表读数，以m水柱（真空度）表示； h0压力表和真空表测接头之间的垂直距离，m; u2压出管内水的流速，m/s; u1吸入管内水的流速，m/s; g 重力加速度，9.81m/s2 轴功率n，就是泵从电机接受到的实际功率，在本实验中不直接测量轴功率，而是用瓦特计测得电机的输入功率，再由下式求得轴功率。 n=n电电传 （式2-6）式中：n电电动机的输入功率，kw； 电电动机的效率，由电动机效率曲线求得，无因次； 传联轴节或其他装置的传动效率，无因次，联轴节取=1。泵的效率即为有效功率与其轴功率之比，由下式求得：= （式2-7）式中：q泵的流量，m3/s; h泵的压头，m; 水的密度，kg/m3； n 泵的轴功率，kw图2-1 离心泵通用性能曲线3 系统设计3.1 实验装置的配置实验台的主要配置如下：多级泵，单级增压泵，三相异步电动机，常压水箱,水封式闸阀,压力传感器,转矩转速传感器，流量计，流量调节阀，管道支架，试验台底座，各种组合管件，钢管。3.2 管路的设计3.2.1 管路材料的选型无缝钢管的优点是质量均匀强度高。其材质有碳钢，优质碳钢，低合金钢，不锈钢和耐热铬钢。因制造方法不同，分为热轧无缝钢管和冷拔无缝钢管两种。管道工程中，管径超过57mm 时,常用热轧管；57mm以下时常用冷拔管。无缝钢管常用于输送各种受压气体、蒸汽和液体。能耐较高温度(435)。合金钢管用于输送腐蚀性介质，其中耐热合金管耐温可达900950。无缝钢管的规格以外径壁厚(mm)表示。冷拔管最大外径为200mm，热轧管最大外径为730mm。无缝钢管按用途分为一般无缝管与专用无缝管，如石油裂化用无缝管，锅炉无缝管、化肥无缝管等。常用于输送高温油品、油气及其它含油，含氢介质。所以，选择无缝钢管的冷拔式的20#，材料为gb8163。3.2.2 管路直径和长度的确定管子的选定应按化工生产工艺过程要求来进行。主要是确定管子的内径大小，选取合适的管子材料，确定管子的壁厚兵选定标准的常用钢管规格来满足介质的耐温，耐压力，耐腐蚀和加工制作等方面的要求。 管子的内径首先由工艺计算决定。通常流体介质在管内的流速是有规定范围的，大致如表2-4所示。只要知道该管路中需要通过的流体的最大流量，就可以算出管子的内径大小。 d=18.8(w/v*)1/2 式（3-1）或者 d=18.8（q/v）1/2 式（3-2）式中：d管路直径，mm； w介质流量，m3/h； q介质的容积流量，m3/h； 介质密度，kg/m3； v介质的平均流速，m/s；表3-1 各介质的常用流速范围流 体 的 类 别 及 情 况常 用 的 流 速 范 围，m/s可压缩性气体（1-2个大气压）8-15饱和蒸汽压20-40过热蒸汽30-50低压空气12-15高压空气20-25水及其他粘度小的液体（1-10个大气压）1.5-3工业用水（自来水）1.5粘度较大的液体（盐类溶液）0.5-1排气管20-50煤气速度12-15s液体的自流速度（冷凝液）0.5根据计算所得的管子内径来选相近的公称直径。通常都是向偏大的公称直径选取。由于该系统的流量为 ：w=3m3/h; 液体的流速：v=0.44m/s （该速度属于粘度较大的液体）液体的密度：=0.96kg/m3 把以上数据代入上式计算得：d=18.8*=50mm。本实验进出口管道设计管径均为50mm。根据gb3216-89，对于标准实验管路，从具有自由液面的水池中饮水或者是在闭式回路中所设置的具有静止液面的大容器中饮水，入口等径直管段长度应是： 若入口节流阀一直保持全开状态，入口等径直管段长度应不少于7d，即350mm； 若入口节流阀处于任意开度状态，入口等径直管段长度应不少于12d，即600mm。根据本实验的实际情况，不需要改变节流阀的开度，则入口等径直管短应不少于350mm。而出口等径直管段长度应不小于4d，即420mm。3.2.3 管子壁厚的确定管子壁厚的确定还要根据管路介质和工艺条件，先确定管路材料，再根据介质压力和温度等参数校核管子的壁厚。最后按管子的标准规格选定常用的管子规格。对于中低压碳钢，合金钢管子壁厚计算看可按下式： = 式（3-3）式中 管壁厚度，mm； p管内介质工作压力，公斤/厘米2；在压力不高时，式中分母中的p可取p=0，以简化计算。d管子外径，mm；焊缝系数，无缝钢管=1；直接焊缝钢管=0.8；螺旋缝焊接钢管=0.6;管子材料的许用应力 ，公斤/毫米2，参照表1-5；c管子壁厚附加量，毫米；附加量应包括管子的负公差，加工时的减薄量以及介质腐蚀余量等。（取2mm）由于 管子的工作压力0.5-5mpa。管子外径57mm。焊缝系数=1。常温下20#（材料为gb8163）的许用应力是130mpa。 把以上数据代入公式得：max= =3.3.经查化工机械手册， 则管子的壁厚=3.5mm。3.3 泵和电动机的选型设计3.3.1 泵的选型设计3.3.1.1 泵选型的一般程序（1）根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件、经济方案比较等多方面因素进行首要考虑； （2）考虑选择泵的立位方式，例如卧式、立式或其它型式（管道式、直角式、变角式、转角式、平行式、垂直式、直立式、潜水式、便拆式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式、充油式、充水温式）； （3）根据液体介质属性，确定清水泵，热水泵、油泵、化工泵、耐腐蚀泵、杂质泵，或者是采用不堵塞泵。这里需要注意的是，安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。 （4）考虑振动量。振动量分为：气动、电动（电动分为220v电压和380v电压）。 （5）根据流量大小，考虑选单吸泵还是双吸泵：根据扬程高低，考虑选择单吸泵还是多吸泵、高转速泵还是低转速泵（空调泵）、多级泵还是单级泵。其中，多级泵效率比单级泵低，当选单级泵和多级泵同样都能用时，宜选用单级泵。 （6）确定泵的具体型号，采用什么系列的泵选定后，就可按最大流量，放大5%10%余量后的扬程这两个性能主要参数，在型谱图或系列特性曲线上确定具体型号。利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般不会很多，通常会碰上下列两种情况： 第一种是交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。或设法减小管路阻力损失。 第二种是交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需q、h、，根据其ns 和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。选泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状q-h特性曲线。（7）泵型号确定后，对水泵或输送介质的物理化学介质近似水的泵，需再到有关产品目录或样本上，根据该型号性能表或性能曲线进行校改，看正常工作点是否落在该泵优先工作区，有效npsh是否大于（npsh）。也可反过来以npsh校改几何安装高度。 （8）对于输送粘度大于20/s的液体泵，一定要把以水实验泵特性曲线换算成该粘度的性能曲线，特别要对吸如性能进行认真计算或较核。（9）确定泵的台数和备用率：对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，（指扬程、流量相同），大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵并联合作：1）流量很大，一台泵达不到此流量。2）对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，两台备用（共三台）。对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台泵检修时，另一台泵仍然承担生产上70%的输送。3）对需24小时连续不停运转的泵，应备用三台泵，一台运转，一台备用，一台维修。设计院在设计装置设备时，要确定泵的用途和性能并选择泵型。这种选择首先得从选择泵的种类和形式开始，那么以什么原则来选泵呢？依据又是什么？ 3.3.1.2 泵选型原则 （1）使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。 （2）必须满足介质特性的要求。（3）机械方面可靠性高、噪声低、振动小。（4）经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。 （5)离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵：（1）有计量要求时，选用计量泵 （2）扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵（3）扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵（4）介质粘度较大（大于6501000/s）时，可考虑选用转子泵或往复泵（齿轮泵、螺杆泵）。（5）介质含气量75%，流量较小且粘度小于37.4/s时，可选用旋涡泵（6）对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动（电动）隔膜泵3.3.1.3 泵的选型依据 泵选型依据，应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。 （1）流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。 （2）装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%10%余量后扬程来选型。 （3）液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c密度d，粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。 （4）装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。 （5）操作条件的内容很多，如液体的操作t饱和蒸汽力p、吸入侧压力ps（绝对）、排出侧容器压力pz、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。3.3.1.4 快速确定泵的种类和规格的小窍门 （1）根据用水高峰期单位时间用水量（或给水池供水的最大流量）选择泵的流量； （2）根据水泵供水的最大高度、出水压力、管路压降等选择泵的扬程。3.3.1.5 泵的具体选择 由于本实验要进行实现注水泵串并联工作、多级注水泵的拆级、增级工作及注水泵系统能耗测试及节能分析的实验，故需一台五级泵，一台七级泵和两台单级增压泵，所以选择上海凯泉泵业生产的两台多级泵和两台单级泵，其型号和性能参数如下：卧式七级离心泵，其性能参数如下：型号：md12-25-7 流量：7.5/h配套功率：15kw 扬程：197.4m必须汽蚀余量：2.0m 效率：44%采用标准：gb/t5657-1995 转速：2950r/min卧式五级离心泵，其性能参数如下：型号：md12-25-5 流量：7.5/h配套功率：11kw 扬程：141m必须汽蚀余量：2.0m 效率：44%采用标准：gb/t5657-1995 转速：2950r/min单级立式增压泵，其性能参数如下：型号：kql50/150-2.2/2 流量：8.2/h配套功率：2.2kw 扬程：29m必须汽蚀余量：2.3m 效率：44%采用标准：gb/t5657-1995 转速：2960r/min3.3.2 电动机的选型在企业自制设备、进行设备改造、原配套电机损坏时，必然要进行电动机选型。选型是否合理是决定电动机节能与否的主要因素. 这里提出选型三要素： （1）在其他参数配套设备要求的前提下，选择