离心泵实验报告

北京化工大学化工原理实验实验名称：离心泵实验班级：化工****姓名：***学号：**丿手:*同组A：设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSIII型-第1套实验日期：2013-****一、实验摘要本实验使用FFRSIII型第1套实验设备,通过测量离心泵进出II截面的流量、压强、电机输入功率等屋,根据He=—-—+AZ++》hf、Pa=0・9P电、口二Pe/Pa得到He~q、，、Pa~q、，、咲系曲线,Pgpg2g1即离心泵特性曲线；同理得管路的特性曲线；通过涡轮流屋计测得的管路流量，根据C。二暮恵和=dup/u得到孔板流量计的孔流系数C。与雷诺数际，从而绘制C。和Re曲线图。该实验提供了一种测量泵和管路的特性曲线以及标定孔板流量计孔流系数的的方法，其结果可为泵、管路和孔板流屋计的实际应用与工艺设计提供重要参考。关键词：离心泵，特性曲线，孔板流量计二、实验目的了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。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I韦I。了解孔板流量计的构造和原理，测定其孔流系数。d测定管路特性曲线。5.测定相同转速下双泵并联特性曲线三、实验原理离心泵特性曲线的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。离心泵性能是指在叶轮结构、尺寸、转速等固定的情况下，泵输送液体具有的特性。其中He~q、、Pat、Hlv关系曲线称为离心泵特性曲线。根据此曲线口I以求出最佳操作范闱，作为选泵的依据。（1）泵的扬程He扬程是离心泵对单位牛顿流体作的有效功。在泵的进出管路取两个截面，忽略流体阻力，列机械能衡算可知扬程为：P2Plui-U?、、ui-U?He=71_+AZ++乂h=比—Hi+AZ+m式中，H2一一出II截面静压能，*0；Hi一一进II截面静压能，niH20.（2）泵的有效功率和效率轴功率取输入电机功率Pa的90%,即：Pa=0.9P电kW有效功率：Pe=（D2-Pi）Qv/1000=PgqvHG/1000kW泵的效率：n=Pe/Pa总效率：几总=P°/P电通过仪器仪表直接测量电功率、进出II截面静压能、液体流量、温度等。即可确定该泵性能。管路特性曲线的测定管路特性是指在流体输送管路不变的情况卜，管路需要的能量H二流体损失的能量+流体增加的能量。其中关系曲线称为管路特性曲线，与泵无关，只受管路与流体影响。在管路的起点和终点取两个截面,当管径相同时，且管径流动达到阻力平方区时，根据机械能衡算式可知管路需要的能量为：H二AZ+鬻+薯+Shf二A+Bq?m在任何一个实际流量点，离心泵传递给液体的有效能量He,等于管路在该流量取卞运送流体所需要的能量H,即H二He,所以H的测量原理同He,即可得到管路特性曲线一一曲线孔板流量计孔流系数的测定根据伯努利方程，在孔板前后平行流线处取两个截面，然后用孔II截面代替后一个截面并修正，最后得到孔板流量计算式为駅二CoAo浮制s由此得孔流系数C。二汇任，式中，Ao—一孔I】的面积，朋。其中qj可由涡轮流量计测得。孔流系数的人小由孔板锐孔的形状、测压II的位置、孔径％与管径山比和雷诺数Re共同决定，具体数值由实验确定。当直/山一定，雷诺数际超出某个值后，Co就接近于定值。通常工业上选用孔板流量计时应尽量使G为常数的际下使用。连接管道的雷诺数也=duQ/u离心泵并联特性曲线当单台泵的输液能力达不到目标流量时，有时可以选择双泵并联或串联。对于低阻输送管路，并联优于串联组合；对于高阻输送管路，则采用串联组合更为适合。本套设备可通过切换阀门，测定双泵并联的性能。理想情况下，双泵性能可以由单泵性能合成得到：TOC\o"1-5"\h\z单泵拟合：He=A-Bq?m并联组合：He并二A-B(2qj2m串联组合：仏申=A/2-Bq?/2m四、实验和设备图离心泵实验带控制点工艺流程1、水箱2、离心泵3、涡轮流呈计4、管路切换阀5、孔板流呈计6、流呈调节阀7、变频仪TI01一一水温度/°C；QI02—一水流量/£・f：API03一一压降/kPaNI04-一电功率/kW；PI05一一出「I表压/inHoO；PIO-—入口表压/mH20实验介质：水（循环使用）。研究对象：粤华^70/055型单级离心泵；孔板流量计，锐孔直径％=18.0皿，管道直径d】=27.0mm仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，〜10m‘・f,精确度等级；温度计,PtlOO.O〜200°C,精度等级；压差传感器，WNK3051型，-20〜lOOkPa,精确度等级，测势能差AP：显示仪表：AI-708等，精度等级；变频仪：西门子MM420型；天平，；量筒等。控制系统：控制电柜+电脑+数据采集软件，需380VAC+220VAC五、实验操作关流量调节阀，打开除层流管以外的主管路切换阀，按电柜和变频仪绿色按钮启动水泵（本实验泵处于水槽下方，故无需灌泵）；固定转速（50或40Hz）,通过调节阀改变水量从0到最人（流量梯度参照老师所给预习材料，以下同）,记录数据完成泵性能实验；固定调节阀开度（全开、开度、开度），通过变频仪调节水流量从较人（变频仪50Hz）到h左右，完成管路实验；调变频仪为50Hz,关闭流量调节阀，关闭孔板管路以外的主管路切换阀，开孔板引压阀和压差传感阀排气，排气完毕在关闭压差传感器排气阀，手工记录零点AP。，最后通过调节阀改变水流量从h到最人，记录数据完成孔板实验；切换阀门形成泵并联组合，频率均为50Hz,通过阀门调节水流量从0到最人，两组共同记录相关数据（功率等于两者之和，流量取平均值），完成并联实验（性能与管路无关，可打开层流管外单的主管路切换阀，实际操作打开比较好）；实验结束，按变频仪红色按钮停泵，关闭流量调节阀、压差传感器排气阀，做好卫生工作。注意事项：（1）泵实验通过阀门改变流量，管路实验通过变频仪改变流量；（2）泵并联实验时需借用临组水泵，同时需关闭其流量调节阀；（3）孔板压降波动到平均值时记录六、实验数据表格及计算举例（注：黑色数据为原始数据，蓝色数据为过程量，红色数据为结果值）1.离心泵特性I实验数据表（50Hz,2850r/min）:AZ=,d：二,d==序号水流量出口表压Pz/mHcO入口表压电机功率P«/kW水温度t/X）扬程乩/血0轴功率Pa/kW效率n1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%以第三组数据为例进行计算：qv=0.60m'/h,P2=21.5毗0,p】=0.4毗0,P电=0.44kW,T二19.9'C当T二19.9"C时，查表得，水的密度p二996.3kg/m34Xqv4X0.60,进口流速U1二甘二3600X反X0.0422二吆m/s,进口流速4Xqv4X0.60<匕二右二3600X.X0.027^二°-29扬程He-H?-Hi+AZ+'-21.5-0.4+0.2+..次.—二21.3m轴功率Pb=0.9P电=0.9X0.44=0.40kW有效功率=PgQvHe/1000=996.3X9.81X0.60X21.3/(3600X1000)=0.035kW泵的效率n二Pe/Pa二0.035/0.40二8.礙同理求出其余各组的扬程He、轴功率Pa和泵的效率n2.WB70/055型离心泵2850rpm最高效率点附近性能：测试介质一水，测试水温一20°C2850rpm/50hz80%Hmax90%Qmax100%Qmax90%Qmax80%Hmax流量/(n?/f)扬程/nftO效率%%%%%电功率/W608653761870914无效功率/W4104144515516173.离心泵特性II实验数据表(40Hz,2850r/min):AZ=,di=,序号水流量^/mSeh_1出口表压入口表压p/mH：0电机功率P«/kW水温度t/*C扬程轴功率P?kW效率n1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%以第三组数据为例进行计算：q、，二1.02m3/'h,P2=13.1毗0,p]=0.3mH2(),P电=0.29W,T二20.8"C当T=20.89时,查表得，水的密度p=996.lkg/m34Xqv4X1.02,进口流速U1二甘二3600X反X0.0422二20m/s,进口流速4Xqv4X1.02,匕二右二3600X.X0.027^二49扬程He=氏一川+AZ+拓強=13.1-0.3+0.2+°；：¥了=13-血轴功率也=0.9P电=0.9X0.29=0.26kW有效功率：Pe=PgqJUlOOO=996.1X9.81X1.02X13.0/(3600X1000)=0.036kW泵的效率：n=Pe/Pa=0.036/0.26=13.8%同理求出其余各组的扬程He、轴功率Pa和泵的效率几4.WB70/055型离心泵2850rpm最高效率点附近性能：测试介质一水，测试水温一21°C2850rpm/50hz80%Hmax90%Qmax100%nmax90%Hmax80%Qmax流量/(m$/f)扬程/迅0效率%%%%%电功率/W364388446504528无效功率/W2482492693243605.管路特性I数据表（流量调节阀固定1/4开度）：AZ=,d：=,d：=序号频率/Hz水流量出口表压入口表压Pt/mHcO水温度t/*C出口流速iZz/m^s"1入口流速需要能量H/mftO1502463124385316307268229181014111012S以第三组数据为例进行计算：频率为42Hz,Qv二2.05m3/hP2=13.9mH20,pi=0.2mH20,T=21.694Xqv4X2.05,进口流速U1二甘二3600X反X0.0422二°1m/s,进口流速U2二0.99m/s4X乂_4X2.05nd纟一3600XitX0.0272扬程He=H2-Hl+AZ+=13.9-0.2+0.2+冒:=13.9m同理求出其余各组需要能量H6.管路特性I数据表（流量调节阀固定2/4开度）：AZ=,d：=,d：=序号频率/Hz水流量/m3*h_1出口表压P2/111H2O入口表压Pi/mHcO水温度t/X）出口流速入口流速需要能量H/mHO15021634243853463072682291810111110126135以第三组数据为例进行计算：频率为42Hz,qv二4.08m3/)!,P2=11.7mH20,P]=-0.3mH20,T=21.8"C4Xqv4X4.08,进口流速U1二甘二3600XnX0.042^二°-82m/s»进口流速4Xqv4X4.08,匕二右二3600X.X0.027^=L98扬程He=氏-H]+AZ+--=11.7-(-0.3)+0.2+2<931"=12.4m同理求出其余各组需要能量H7.管路特性I数据表（流量调节阀固定3/4开度）：AZ=,d：=,d：=序号频率/Hz水流量出口表压入口表压Pi/mHcO水温度t/*C出口流速入口流速需要能量H/mftO15021634243853163072682291810111110127135以第三组数据为例进行计算：频率为42Hz,qv二6.05代仇X=8.ZinHoO^pi二-l.OmHzQT二22.2C4Xqv4X6.05,进口流速5二甘二3600XnX0.042^二294m/s,进口流速4Xqv4X6.05<匕二右二3600X.X0.027^=1-21需要能量H=H2-Hl+AZ+童秽=11.7-(-0.3)+0.2+冒：：了=w.3m同理求出其余各组需要能量H8.孔流系数校正数据表:d》d二，"尸,A二5.73X10-W,ACi=2.54X10-V序号水流量gtr/m^h"1孔板压降A/^kPa水温度t/*C水流速Ui/m^s'1R®孔流系数Co孔流系数经验值1851321164531383741794752196862779773412784174195582410697051183847129832613105822以第三组数据为例进行计算:qv=l.OliQh,AP二1.16kPa,T二23.TC当T=23.19时，查表得，水的密度P=995.5kg/m3,粘度口=951.85uPa/s4Xqv4XLOl.水流速U=右=^00XnX0.027^=0-钓卬人=138370.027X0.49X9955951.85XW6孔流系数c。=汇任=L01]99553600X2.54X10-4^2X3160=0.72面积比m二扌二謁二0.44,Fhm二0・44和际=13837查图（见化工原理图1-52）可得：孔流系数经验值为同理求出其余各组的雷诺数际、孔流系数C。与孔流系数经验值9.双泵并联特性实验数据表(50Hz+50Hz):AZ=&二,d：二序号水流量出口平均表压入口平均表压Pi/mHzO电机功率和P«/kW水温度t/X)并联扬程IL/mftO并联轴功率PAW并联效率n1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%以第三组数据为例进行计算：qv=2・02iiP/hX二20.8mH20,pi二0.3^0,P电二0.91,T二25.2V查表得，当T=25.24C时,水的密度P二995.Okg/m34Xqv4X2.02,进口流速U1二甘二3600X反X0.0422二°1m/s,进口流速U2二0.98m/s4X乂_4X2.02nd纟一3600XitX0.0272扬程He=H2-Hl+AZ+拓強=20.8-0.3+0.2+冒:=20.8m轴功率Pa二0.9P电二0.9X0.91=0.82kW有效功率舄=PgQvHe/1000=995.0X9.81X2.02X20.8/(3600X1000)=0.llkW泵的效率几二Pe/Pa二0.11/0.82二13.9%同理求出其余各组的扬程He、轴功率Pa和泵的效率n七、实验结果作图及分析分别在同一坐标系内做出50Hz和40Hz时单泵的特性曲线，并拟合关系式。o012345678wed4.2O$G4.2111oooo24222018161412108642oZHE)a>H;.45a0a.40.35.30.25cici.20.15.10.05aacia0.0」0.0010qv/(m3/h)泵的特性曲线50Hz,2880r/min：足二20.82334-0.12228q?式中，He为泵的扬程，m；q伪流量，m3/hozhe)o)h086•••2112086••••11oo42C；0132o191O565••oO.50.45.40.35.30.25.20.15.10.05310qv/(m3/h)泵的特性曲线40Hz,2280r/min：足二13.13206-0.1086q?式中，He为泵的扬程，m：q*为流量，m3/h结果分析：（1）由拟合得到的泵的特性曲线可知，扬程He随着流量的增人而减小，且呈2次方的关系；（2）分析效率曲线可知，50Hz时，该泵的最犬效率为％,此时的流量为i?/h；40Hz时，该泵的最人效率为％,此时的流量为用/h.可规定该泵在50Hz和40Hz的额定流量分别为nfVh、m3/ho做出Co-Re等关系曲线，确定孔板流量计l-8m3/h范闱内的精度等级。0.800.780760.740720.700.680.660.640.620.60■■5000S0000孑L流系数Co随雷诺数Re变化关系Re孔流系数c0随流量qv变化关系q/m/刊结果分析：当ReN50000时，C。基本为定值，不再随Re而变，约为该孔板流量计应在流量为3、7n?/h内测量，精确度为。在同一坐标系中做出多条管路特性曲线，分别拟合关系式。0.05.0805025.22.20.05055207.(OZHE)X012345(>7qv/(m3/h)管路特性曲线图管路特性曲线I：H二-0.0587+3.3649q?管路特性曲线II：H二0.0481+0.747lq?管路特性曲线III：H二0.208+0.275q?式中，H为管路所需能量，m：q*为流量，m3/h结果分析：（1）由管路特性曲线可知，Hlv呈2次曲线关系，且H随qv的增人而增人;（2）对于同一台泵，在相同流量时，H与阀门开度成反比。4•做出双泵并联的特性曲线，并分析讨论结果和数据规律。16069qv/(m3/h)1215M壬rad-9G3aaoOZHWWHo.o54.aa.32.1o.cia双泵并联特性曲线分析如下：如下图所示，可以看出：氐相同时，双泵的流速约为单泵的两倍，符合理论规律He/m10.020018.016.012.010.00双泵单泵性能曲找对比图12.0014.00qv/(m3/h)0.002.004.006.00Poly.(双泵)Poly」单泵)|7■kII14.0八、思考题启动离心泵前为何要关闭流量调节阀本实验没灌泵，是否会出现“气缚”或“气蚀”由实验所得的Pa、q、，曲线可知，启动泵前关闭流量调节阀，口I以降低启动功率避免启动电流过人，保护电机。由于本实验中泵安装高度低于贮液槽，所以不需要灌泵，液体也会灌满吸入管路。因而不会出现“气缚”现象。而“汽蚀”现彖是由于安装高度过高引起，所以也不会出现该现彖。通过阀门和变频仪由小到人改变流量时，泵的出II和入II表压有什么变化规律通过阀门调节流量由小到人改变流量时，泵出I1和入II表压逐渐减小；通过变频仪调节流量由小到人，泵出丨1表压增人，入II表压减小。如果用介质乙醇代替水，泵特性曲线和管路特性曲线是否有变化泵安装高度有何变化由泵特性和管路特性计算可知，泵特性和管路特性与流体介质的物性无关，所以泵特性曲线和管路特性曲线不会变化。泵的安装高度与流体介质的饱和蒸汽压有关，在相同温度下，乙醇的饱和蒸汽压高于水,所以安装高度要下降，否则发生气蚀现象。孔板流量计有哪些优点和缺点安装和使用应注意些什么优点：标准化，无需实流校准；结构易于复制，简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉：应用范围广检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，便与专业化规模生产缺点：测量重复性低，精确度一般,；测量范围（量程）小；压头损失大；采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量注意爭项：安装时其中心应与管道中心相吻合，且用密封垫密封严实；在上游和下游必须分别有（15~40）d和5d的直管距离1-2He-詔使用时，所测得流体必须是稳定流，必须充满圆管5・根据实验数据验证转速n是否对泵特性有下列影响：-n