中国地质大学 化工原理实验 离心泵特性曲线的测定实验

中国地质大学（武汉）材料与化学学院实验名称：离心泵特性曲线的测定实验指导老师：刘惠仙姓名：刘安、李箭、江汶峰、周登辉班级：031114日期：2013年10月29日实验二离心泵特性曲线的测定实验一、实验内容测定一定转速下离心泵的特性曲线。二、实验目的1、了解离心泵的结构特点，熟悉并掌握离心泵的工作原理和操作方法。2、掌握离心泵特性曲线测定方法。三、基本原理离心泵是工业上最常见的液体输送机械之一，离心泵的特性，通常与泵的结构、泵的转速以及所输送液体的性质有关，影响因素很多。因此离心泵的特性只能采用实验的方法实际测定。在泵的进口管分别安装上真空表和压力表，则可根据伯努利方程得到扬程的计算公式①式①中h0——二测压点截面之间的垂直距离，m；P1——真空表所处截面的绝对压力，MPa；P2——压力表所处截面的绝对压力，MPa；u1——泵进口管流速，m/s；u2——泵出口管流速，m/s；He——泵的实际扬程，m。由于压力表和真空表的读数均是表示两测压点处的表压，因此，式①可表示为②其中③④式③、④中的P2和P1分别是压力表和真空表的显示值。离心泵的效率为泵的有效功率与轴功率之比值，⑤式⑤中η——离心泵的效率；Ne——离心泵的有效功率，kW；N轴——离心泵的轴功率，kW。有效功率可用下式计算⑥或⑦泵的轴功率是由泵配置的电机提供的，而输入电机的电能在转变成机械能时亦存在一定的损失，因此，工程上有意义的是测定离心泵的总效率（包括电机效率的转动效率）。=8\*GB3⑧实验时，使泵在一定转速下运转，测出对应于不同流量的扬程、电机输入功率、效率等参数值，将所有数据整理后用曲线表示，即得泵的特性曲线。实验设计实验设计包括实验操作方案的确定，数据测定点及测试方法和操作控制及控制方法的确定，以及实验装置流程的设计。实验方案用自来水做实验物料；在离心泵转速一定的条件下，测定不同流速下离心泵进、出口压力和电机功率，即可由式⑤、⑥和⑦计算出相应的扬程、功率和效率；在实验布点时，要考虑到泵的效率随流量变化的趋势。测试点及测试方法根据实验原理，需测定的原始数据有：泵两端的压力P1和P2，离心泵电机功率Ne，流量Q、水温t（以确定水的密度），以及进出口管路管径d1和d2，据此可配置相应的测试点和测试仪表。离心泵出口压力P2由压力表测定离心泵入口压力P1由真空表测定流量由装置设在管路中的涡轮流量计测定，涡轮流量计在安装时，必须保证仪表前后有足够的直管稳定段和水平段，涡轮流量计的二次显示仪表采用数字电子仪表，其流量计算为其中Q——流量，L/s；ƒ——流量计的转子频率；ξ——涡轮流量计的仪表系数。电机功率采用数字仪表测量N电=15×显示读数（kW）水的温度由水银温度计测定，温度计安装在泵出口管路的上方。原始数据记录表格式如下表所示。表2-1离心泵特性曲线测定原始数据表涡轮流量变送器编号990433涡轮流量变送器仪表常数327.16泵进口管径d140mm泵出口管径d232mm泵型号1½BL-6泵转速2900r/min水温22℃No.涡轮流量计频率f真空表P1（MPa）压力表P2（MPa）N显示（W）N电（W）111900.00000.14383.51252.5211450.00000.15283.21248.0311060.00000.15883.01245.0410620.00000.16381.11216.5510230.00000.17079.01185.069790.00000.17678.51177.579240.00000.18376.31144.588740.00000.18875.01125.098250.00000.19472.71090.5107730.00000.20070.51057.5117230.00000.20467.61014.0126690.00000.20966.0990.0136250.00000.21265.5982.5145700.00000.21764.0960.0155220.00000.22061.0915.0164220.00000.22356.5847.5173210.00000.22852.1781.5182340.00000.23048.5727.5191110.00000.23140.5607.52000.00000.23237.4561.0控制点和调节方法试验中控制的参数是流量Q，可用调节阀来控制流量。为保证系统满灌，将控制阀安装在出口管路的末端。实验装置及流程主要设备：离心泵、循环水箱、涡轮流量计、流量调节阀、压力表、真空表、温度计实验装置流程图如下所示，由离心泵和进出口管路、压力表、真空表、流量计和调节控制阀组成控制系统。实验物料为自来水，为节约起见，配置水乡循环使用。为保证离心泵启动时保持满灌，排出泵壳内的空气，在泵的进口管路末端安装有止逆底阀。1、循环水槽；2、真空表；3、排气阀；4、离心泵；5、功率表；6、压力表；7、引水阀；8、温度计；9、涡轮流量计；10、控制阀五、实验操作要点1、首先打开引水阀引水灌泵，并打开泵体的排气阀排出泵内的的气体，确认泵已经灌满且其中的空气已排净，关闭引水阀和泵的排气阀。2、在启动泵前，要关闭出口控制阀的显示仪表电源开关，以使泵在最低负荷下启动，避免启动脉冲电流过大而损坏电机和仪表。3、启动泵，然后将控制阀开到最大以确定实验范围，在最大流量范围内合理布置实验点。4、将流量调至某一数值，待系统稳定后，读取并记录所需数据。5、实验结束时，先将控制阀关闭，再给关闭电机电源开关和总电源。六、实验数据处理和结果讨论分析部分的要求和建议1、离心泵特性曲线的测定实验数据整理表。表2-2离心泵特性曲线的测定实验数据整理表在22℃时，水的物理性质如下：ρ=998.0kg/m-3No.流量Q103（m3/s）扬程He（m-H2O)有效功率Ne(kW)轴功率N轴（kW)效率η（％）13.6415.220.5421.25343.323.5016.100.5521.24844.233.3816.670.5521.24544.343.2517.140.5451.21744.853.1317.820.5461.18546.062.9918.390.5391.17845.872.8219.060.5271.14546.182.6719.530.5111.12545.492.5220.110.4971.09145.5102.3620.690.4791.05845.3112.2121.060.4561.01444.9122.0421.540.4310.99043.6131.9121.820.4080.98341.5141.7422.310.3800.96039.6151.6022.590.3530.91538.6161.2922.850.2890.84834.1170.9823.330.2240.78228.7180.7223.520.1650.72822.6190.3423.600.0780.60812.9200.0023.700.0000.5610.0计算示例（以原始数据表中第一行数据进行计算）根据涡轮流量计频率f以及涡轮流量变送器仪表常数ξ（327.16），可计算出流量QL/s得到流量Q后，根据进出口管径，可分别计算得泵进口和出口的流速u1和u2m/sm/s随即伯努利方程可计算得到扬程公式电机功率和有效功率可得N电=15*显示读数（W）=1583.5=1252.5W=1.253kW注：N电≈N轴作出离心泵的特性曲线。对实验结果进行分析讨论。如：离心泵的扬程、效率及泵的功率与流量之间的关系，分析一下之所以出现这种现象的原因，所得结果的工程意义等，从中得到若干结论。根据H-Q曲线可知，离心泵压头在比较大的流量范围内随着流量的增大而减小。根据N-Q曲线可知，离心泵的轴功率随流量的增大而增大。根据η-Q曲线可知，开始泵的功率随流量的增大而增大，达到最大值后，又随着流量的增加而降低。工程意义：

指导离心泵实际使用时在最高效率点附近工作，从而提高泵的使用寿命提高生产效率。对实验数据作出误差分析，评价结果好坏，并分析原因。误差分析：仪器使用时间过长，系统误差大。在各个仪表读数时不能保证同时读数，且每个成员的误差估读不一样。因为场地原因，装置设计时不是理想的模型。结果评价：数据基本满足标准离心泵特性曲线，但是因为系统误差及操作方面的原因少部分点误差较大。总的来说结果较好。论述一下对实验装置和实验方案的评价。离心泵的安装高度存在问题，不是理想模型，且真空表存在问题基本上没读数。用该方案测离心泵的特性曲线操作简便，流程设计简单，能准确的得出结果。七、思考题1、离心泵在启动前为什么要引水灌泵？本实验装置中离心泵在安装上有什么特点？答：为了防止气缚现象发生。离心泵安装高度与进口一致，即h0=0m2、为什么离心泵在启动前关闭出口阀和仪表电源开关？而停泵前要先关闭出口阀？答：避免电机过载。因为电机的输出功率等于泵的轴功率N。依照离心泵特征曲线，当Q=0时N最小，电机输出功率也最小，不容易被烧坏。先关闭出口阀使泵体中的水不被抽干，别的也起到庇护泵进口处底阀的感化。3、离心泵的流量可以由泵的出口调节，为什么？答：调剂出口阀门开度，现实上是改变管路特征曲线，改变泵的工作点，可以调剂其流量。这类体例利益是便利、快捷、流量可以延续转变，毛病谬误是阀门关小时，增大勾当阻力，多耗损一部门能量、不很经济。4、什么情况下会出现“汽蚀”现象？答：水泵在运行中，在叶轮入口附近等处，因叶轮进口的冲击损失、摩擦损失或提水引起的压力下降等，水流的压力出现局部下降，一旦达到当时温度条件下水的饱和蒸气压力，水中就会出现大量气泡，这种现象称为汽蚀现象。这些气泡随着水流移动，到达高压区时，必然从气泡外部对其施加冲击压力，气泡急剧收缩，产生一种冲击压力，该冲击压力值非常大。这种现象长时间持续出现时，在气泡溃灭处，金属表面将出现犹如尖刀敲击过的状态，形成凹陷麻点，严重时往往形成多孔蜂窝状。此外，一旦发生汽蚀，就会引起水泵性能下降、振动和噪音，这对水泵是极为有害的。5、离心泵流量增大时，压力表与真空表的数值将如何变化？为什么？答：流