离心泵性能实验报告

离心泵性能试验PAGEPAGE9北京化工大学化工原理实验实验名称：离心泵性能实验班级：化工100学号：2010姓名：同组人：实验日期：2012.10.7一、报告摘要：本次实验通过测量离心泵工作时，泵入口真空表、泵出口压力表、孔板压差计两端压差、电机输入功率Ne以及流量Q（）这些参数的关系，根据、、以及可以得出离心泵的特性曲线；再根据孔板流量计的孔流系数与雷诺数的变化规律作出图，并找出在Re大到一定程度时不随Re变化时的值；最后测量不同阀门开度下，泵入口真空表、泵出口压力表、孔板压差计两端压差，根据已知公式可以求出不同阀门开度下的关系式，并作图可以得到管路特性曲线图。二、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。三、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。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笑，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，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。(1)泵的扬程He：式中：——泵出口的压力，，——泵入口的压力，——两测压口间的垂直距离，。(2)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：，式中Ne——泵的有效效率，kW；Q——流量，m3/s；He——扬程，m；——流体密度，kg/m3由泵输入离心泵的功率为：式中：——电机的输入功率，kW——电机效率，取0.9；——传动装置的效率，一般取1.0；2.孔板流量计空留系数的测定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，孔板锐孔直接d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为，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：或。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后则有对于不可压缩流体，根据连续性方程有经过整理后，可得：，令，则可简化为：。根据u0和S2，可算出体积流量Vs为：或式中：——流体的体积流量，m3/s；——孔板压差，Pa；——孔口面积，m2；——流体的密度，kg/m3；——孔流系数。孔流系数的大小由孔板的形状，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。当一定，雷诺数Re超过某个数值后，就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在为常数的流动条件下使用。四、装置和离心泵性能实验装置与流程图孔板压降2.水温3.泵出口压力4.泵入口压力5电机功率以上测量数据显示在数字仪表箱上。五、操作要点本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数。1.检查电机和离心泵是否运转正常。打开电机电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，就可切断电源，准备实验时使用。2.在进行实验前，首先要排气，开启泵排气完毕后，关闭排气阀，开始实验。3.测泵特性。固定频率(50Hz≈2900r/min），改变阀门开度，调节水流量从大到小，孔板压降、水温、泵出入口压力、电机功率相关数据，4.测取10组以上数据并验证其中几组数据，若基本吻合后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵的型号、额定流量、扬程和功率等）。5.测管路特性。调节流量至使压力表示数为20KPa左右固定不动，按变频器“△”或“▽”键改变电源频率，调节水流量从大到小，分别记录压力表、真空表及孔流计压降示数。共测7组。6．调节阀门开度，继续测量两组不同数据。7．实验完毕，停泵，记录相关数据，清理现场。六、实验数据处理原始数据：离心泵型号：HG32-125管道离心泵管径：孔板流量计内径：水温：表1.泵的特性曲线测定数据记录表：44.556.3913.9-0.60.6339.406.0014.5-0.50.6032.535.4015.5-0.30.5726.384.9316.3-0.20.5520.764.3616.9-0.10.5314.503.6517.80.10.4910.113.0318.30.20.476.472.4319.10.20.433.701.8519.70.30.411.391.1420.50.40.370.270.5021.00.40.330.000.0021.50.40.33表2：管路特性曲线数据记录表开度一开度二开度三频率5020.7016.8-0.113.3017.90.16.66190.24516.9013.80.010.7314.70.15.7515.60.34013.1311.10.18.2811.70.24.4712.40.3359.808.60.26.289.10.23.619.50.3307.126.40.24.536.70.32.697.00.3254.794.60.32.954.80.31.814.90.4202.863.00.31.853.10.31.123.20.4数据处理：(1)离心泵特性曲线以及数据处理以表1第二组数据为例：处理结果如下：表30.00177515.350.26650.4700930350.73840.00166715.850.25840.4784873570.73730.00150016.650.24430.4761786210.73030.00136917.350.23240.4694717780.74040.00121117.850.21140.4432634790.73810.00101418.550.18400.4171531420.73930.00084218.950.15600.3688441150.73500.00067519.750.13040.3369353790.73690.00051420.250.10180.2758269350.74180.00031720.950.06490.1948165980.74580.00013921.450.02910.098172800.7422021.95000根据表3数据可以作出泵的特性曲线，如图1所示图1：离心泵特性曲线图作出曲线，如图2所示图2：孔板流量计关系图(2)管路特性曲线由图2中关系图可以看出当雷诺数Re大到一定程度后孔流系数趋于平缓保持不变，从图中读出这一定值，作为下面求管路特性曲线的已知量。以表2中第二组数据为例：不同阀门开度下，改变电机频率后的关系如下表：表5：开度一开度二开度三0.00120717.750.00096718.650.00068419.650.00109014.650.00086915.450.00063616.150.00096111.850.00076312.350.00056112.950.0008309.250.0006659.750.00050410.050.0007087.050.0005657.250.0004357.550.0005805.150.0004565.350.0003575.350.0004493.550.0003613.650.0002813.65根据表5数据可以作出管路特性曲线，如图3所示图3管路特性曲线图七、实验结果讨论与分析1.从图1中可以看出，随着流体流量的增加，扬程呈现下降的趋势；而轴功率呈现上升的趋势。随着流体流量的增加，泵的总效率呈现先增大后减小的趋势，存在着最大功率。由效率曲线得知，最高点坐标（0.00156,0.4766），即在流量约为时，达到了最大效率为47.66%，查阅资料得知，离心泵的优先工作范围在最佳效率点流量的70﹪-120﹪，由此确定离心泵的最佳工作范围是0.00109-0.001872.由图2知孔流系数C0随雷诺数的变化逐渐减小，但是依然有幅度，依据理论当雷诺数达到一定程度后孔板系数会趋于定值，因为达到了完全湍流。读出稳定值为0.7365，实验可能因为出现误差而使得结果和理论有偏差，考虑到我们做实验的过程，我们在测量流量时，选取的流量范围过小，容易产生误差。3.由图3管路特性曲线可看出，随着流体流量的增加，管路的压头呈现递增的趋势。管路的特性曲线为，由上图可知H与Q成二次方关系（曲线为抛物线），管路特性方程表明，管路中流体的流量与所需补加能量的关系。由图可分析，第一个开度对应的曲线阻力损失较大，第三个开度对应的曲线阻力损失较小。由此，可得出结论：低阻管路系统的特性曲线较为平坦，高阻管路的特性曲线较为陡峭。所以可判断，为减少能量损失，在管路中，应尽量减少不必要的阀门等器件。八、思考题1.根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵，在启动前为何要关闭调节阀？答：在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内。因此，离心泵启动前要管泵；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。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：当流量调节阀开度增大时，压力表读数减小，真空表读数增大。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：根据公式、以及可知，应根据管路流量Q和管路直径来选择孔径尺寸和压差计的量程。4.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。答：“气蚀”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。“气蚀”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。解决方法是1、选择足够的气蚀余量。2、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。解决方法石材用灌泵等方法将气体赶出来。5.根据什么条件选择离心泵？答：主要根据流量、扬程、液体性质等选择离心泵，还要考虑泵的吸程是否足够。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？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.试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度的区别。答：汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。离心泵安装高度=水泵的允许真空值—吸水管的流速水头—吸水管的沿程水头损失—局部水头损失8．允许汽蚀余量，若选用密度比水轻的苯作介质，允许汽蚀余量将如何变化，为什么？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。实验完成日期：2012年评语成绩辅导教师年月日