离心泵实验报告

北京化工大学化工原理实验报告实验名称：离心泵实验班级：化工****姓名：***学号：20110111**序号：*同组人：*********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-**-**北京化工大学化工原理离心泵实验王淼PAGE\*MERGEFORMAT-4-一、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口截面的流量、压强、电机输入功率等量，根据He=p2ρg-p1ρg+∆Z+u22-u122g+hf、Pa=0.9P电、η=PePa得到He~qv、Pa~qv、η~qv关系曲线，即离心泵特性曲线；同理得管路的特性曲线；通过涡轮流量计测得的管路流量，根据Co=qvA0ρ2∆p和Re=duρμ得到孔板流量计的孔流系数Co与雷诺数Re，从而绘制Co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，其结果可为泵、管路和孔板流量计的实际应用与工艺提供重要参考。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.了解孔板流量计的构造和原理，测定其孔流系数。4.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1.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~qv、Pa~qv、η~qv关系曲线称为离心泵特性曲线。根据此曲线可以求出最佳操作范围，作为选泵的依据。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：He=p2ρg-p1ρg+∆Z+u22-u122g+hf=H2-H1+∆Z+u22-u122gm式中，H2——出口截面静压能，mH20；H1——进口截面静压能，mH20；（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=p2-p1qv1000=ρgqvHe1000kW泵的效率：η=PePa总效率：η总=PeP电通过仪器仪表直接测量电功率、进出口截面静压能、液体流量、温度等。即可确定该泵性能。2．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下，管路需要的能量H=流体损失的能量+流体增加的能量。其中H~qv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=∆Z+∆pρg+∆u22g+hf=A+Bqv2m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qv下运送流体所需要的能量H，即H=He，所以H的测量原理同He，即可得到管路特性曲线——H~qv曲线3.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，然后用孔口截面代替后一个截面并修正，最后得到孔板流量计算式为qv=C0A02∆pρm3s由此得孔流系数Co=qvA0ρ2∆p，式中，A0——孔口的面积，m2。其中qv可由涡轮流量计测得。孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压口的位置、孔径d0与管径d1比和雷诺数Re共同决定，具体数值由实验确定。当d0d1一定，雷诺数Re超出某个值后，C0就接近于定值。通常工业上选用孔板流量计时应尽量使C0为常数的Re下使用。连接管道的雷诺数Re=duρμ4.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：单泵拟合：He=A-Bqv2m并联组合：He并=A-B（2qv)2m串联组合：He串=A/2-Bqv2/2m四、实验流程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、涡轮流量计4、管路切换阀5、孔板流量计6、流量调节阀7、变频仪TI01——水温度/℃；QI02——水流量/m3·h-1；∆PI03——压降/kPaNI04——电功率/kW；PI05——出口表压/mH20；PI06——入口表压/mH20实验介质：水（循环使用）。研究对象：粤华WB70055型单级离心泵；孔板流量计，锐孔直径d0=18.0mm，管道直径d1=27.0mm仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，0.6～10m3·h-1,精确度等级0.5；温度计，Pt100,0～200℃，精度等级0.2；压差传感器，WNK3051型，-20～100kPa，精确度等级0.2，测势能差Δp；显示仪表：AI-708等，精度等级0.1；变频仪：西门子MM420型；天平，0.01g；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1.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）；2.固定转速（50或40Hz），通过调节阀改变水量从0到最大（流量梯度参照老师所给预习材料，以下同），数据完成泵性能实验；3.固定调节阀开度（全开、0.75开度、0.5开度），通过变频仪调节水流量从较大（变频仪50Hz）到0.15m3/h左右，完成管路实验；4.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ΔP0，最后通过调节阀改变水流量从0.6m3/h到最大，记录数据完成孔板实验；5.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到最大，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）；6.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：泵实验通过阀门改变流量，管路实验通过变频仪改变流量；泵并联实验时需借用临组水泵，同时需关闭其流量调节阀；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）:ΔZ=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序号水流量qv/m3•h-1出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O电机功率P电/kW水温度t/℃扬程He/mH2O轴功率Pa/kW效率η10.0021.90.40.4320.021.70.390.0%20.6221.50.40.4419.921.30.409.1%30.6021.50.40.4419.921.30.408.8%40.9821.10.30.4619.821.00.4113.5%52.0719.90.20.5319.819.90.4823.5%62.9718.80.00.5919.819.10.5329.0%74.1317.5-0.30.6519.918.20.5934.8%84.9816.1-0.60.7020.017.10.6336.8%95.9614.4-1.00.7420.016.00.6738.8%106.9712.4-1.50.7820.114.60.7039.3%117.9710.4-2.00.8120.213.20.7339.3%129.197.4-2.70.8320.311.10.7537.2%以第三组数据为例进行计算：qv=0.60m3h,p2=21.5mH2O,p1=0.4mH2O,P电=0.44kW,T=19.9℃当T=19.9℃时，查表得，水的密度ρ=996.3kg/m3进口流速u1=4×qvπd12=4×0.603600×π×0.0422=0.12m/s，进口流速u2=4×qvπd22=4×0.603600×π×0.0272=0.29m/s扬程He=H2-H1+∆Z+u22-u122g=21.5-0.4+0.2+0.292-0.1222×9.81=21.3m轴功率Pa=0.9P电=0.9×0.44=0.40kW有效功率Pe=ρgqvHe1000=996.3×9.81×0.60×21.3/(3600×1000)=0.035kW泵的效率η=PePa=0.0350.40=8.8%同理求出其余各组的扬程He、轴功率Pa和泵的效率η2.WB70/055型离心泵2850rpm最高效率点附近性能：测试介质--水，测试水温--20℃2850rpm/50hz80%ηmax90%ηmax100%ηmax90%ηmax80%ηmax流量/(m3/h-1)3.744.686.949.2010.13扬程/mH2O19.1113.0514.9313.058.28效率32.54%36.61%40.68%36.61%32.54%电功率/W608653761870914无效功率/W410414451551617序号水流量qv/m3•h-1出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O电机功率P电/kW水温度t/℃扬程He/mH2O轴功率Pa/kW效率η10.0013.80.40.2620.613.60.230.0%20.5413.40.40.2721.213.20.248.0%31.0213.10.30.2920.813.00.2613.8%42.0912.50.20.3320.812.50.3024.0%52.9711.70.00.3720.912.00.3329.0%63.9910.6-0.30.4020.911.30.3633.9%74.979.2-0.60.4321.010.20.3935.7%85.977.5-1.00.4521.09.10.4136.2%96.935.8-1.50.4721.28.00.4235.5%107.724.3-1.80.4721.26.90.4234.1%3．离心泵特性Ⅱ实验数据表（40Hz,2850r/min）:ΔZ=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m以第三组数据为例进行计算：qv=1.02m3h,p2=13.1mH2O,p1=0.3mH2O,P电=0.29W,T=20.8℃当T=20.8℃时，查表得，水的密度ρ=996.1kg/m3进口流速u1=4×qvπd12=4×1.023600×π×0.0422=0.20m/s，进口流速u2=4×qvπd22=4×1.023600×π×0.0272=0.49m/s扬程He=H2-H1+∆Z+u22-u122g=13.1-0.3+0.2+0.492-0.2022×9.81=13.0m轴功率Pa=0.9P电=0.9×0.29=0.26kW有效功率：Pe=ρgqvHe1000=996.1×9.81×1.02×13.0(3600×1000)=0.036kW泵的效率：η=PePa=0.0360.26=13.8%同理求出其余各组的扬程He、轴功率Pa和泵的效率η4.WB70/055型离心泵2850rpm最高效率点附近性能：测试介质--水，测试水温--21℃2850rpm/50hz80%ηmax90%ηmax100%ηmax90%ηmax80%ηmax流量/(m3/h-1)3.384.216.208.199.02扬程/mH2O11.8911.218.965.854.30效率31.79%35.77%39.74%35.77%31.79%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）：ΔZ=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序号频率/Hz水流量qv/m3•h-1出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O水温度t/℃出口流速u2/m•s-1入口流速u1/m•s-1需要能量H/mH2O1502.3919.50.121.51.160.4819.72462.2316.60.121.61.080.4516.73422.0513.90.221.60.990.4113.94381.8811.40.221.60.910.3811.45341.699.20.221.60.820.349.26301.497.30.321.60.720.307.27261.285.50.321.60.620.265.48221.074.00.321.60.520.213.99180.872.80.321.60.420.172.710140.691.80.321.70.330.141.711100.631.00.421.70.310.130.81280.220.80.421.70.110.040.6以第三组数据为例进行计算：频率为42Hz，qv=2.05m3h,p2=13.9mH2O,p1=0.2mH2O,T=21.6℃进口流速u1=4×qvπd12=4×2.053600×π×0.0422=0.41m/s，进口流速u2=4×qvπd22=4×2.053600×π×0.0272=0.99m/s扬程He=H2-H1+∆Z+u22-u122g=13.9-0.2+0.2+0.992-0.4122×9.81=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）：ΔZ=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序号频率/Hz水流量/m3•h-1出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O水温度t/℃出口流速u2/m•s-1入口流速u1/m•s-1需要能量H/mH2O1504.7816.4-0.621.82.320.9617.42464.4313.9-0.421.82.150.8914.73424.0811.7-0.321.81.980.8212.44383.729.7-0.221.91.800.7510.25343.347.8-0.121.91.620.678.26302.956.20.021.91.430.596.57262.554.70.121.91.240.514.98222.163.40.221.91.050.433.49181.752.40.221.80.850.352.410141.351.60.321.80.650.271.511100.950.90.321.80.460.190.81260.630.50.421.80.310.130.31350.270.40.421.80.130.050.2以第三组数据为例进行计算：频率为42Hz，qv=4.08m3h,p2=11.7mH2O,p1=-0.3mH2O,T=21.8℃进口流速u1=4×qvπd12=4×4.083600×π×0.0422=0.82m/s，进口流速u2=4×qvπd22=4×4.083600×π×0.0272=1.98m/s扬程He=H2-H1+∆Z+u22-u122g=11.7-(-0.3)+0.2+1.982-0.8222×9.81=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）：ΔZ=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序号频率/Hz水流量/m3•h-1出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O水温度t/℃出口流速u2/m•s-1入口流速u1/m•s-1需要能量H/mH2O1507.1612.0-1.622.13.471.4414.32466.6110.3-1.322.23.211.3312.23426.058.7-1.022.22.941.2110.34385.477.2-0.822.22.651.108.55344.905.9-0.622.22.380.986.96304.324.6-0.422.22.100.875.47263.743.5-0.222.21.810.754.08223.152.60.022.21.530.632.99182.561.90.122.21.240.512.110141.961.20.222.20.950.391.211101.340.80.322.20.650.270.71270.900.50.322.20.440.180.41350.680.40.322.20.330.140.3以第三组数据为例进行计算：频率为42Hz，qv=6.05m3h,p2=8.7mH2O,p1=-1.0mH2O,T=22.2℃进口流速u1=4×qvπd12=4×6.053600×π×0.0422=2.94m/s，进口流速u2=4×qvπd22=4×6.053600×π×0.0272=1.21m/s需要能量H=H2-H1+∆Z+u22-u122g=11.7-(-0.3)+0.2+2.94-1.2122×9.81=10.3m同理求出其余各组需要能量H8.孔流系数校正数据表:d0=0.018m,d=0.027m,ΔP0=0.05mH2O,A=5.73×10-4m2,A0=2.54×10-4m2序号水流量qv/m3•h-1孔板压降ΔP/kPa水温度t/℃水流速ud/m•s-1Red孔流系数C0孔流系数经验值10.620.2323.20.3085131.000.72　20.850.8023.10.41116450.730.71　31.011.1623.10.49138370.720.71　41.311.9223.10.64179470.730.7051.602.8723.20.78219680.730.7062.024.5523.30.98277970.730.6972.486.9023.31.20341270.730.6983.0210.3223.51.47417410.730.6894.0318.4823.61.96558240.720.68105.0128.7623.82.43697050.720.68116.0041.6324.02.91838470.720.67126.9956.4824.33.39983260.720.67137.4964.4424.53.631058220.720.67以第三组数据为例进行计算：qv=1.01m3h,∆P=1.16kPa,T=23.1℃当T=23.1℃时，查表得，水的密度ρ=995.5kg/m3,粘度μ=951.85μPa/s水流速u=4×qvπd02=4×1.013600×π×0.0272=0.49m/s雷诺数Re=duρμ=0.027×0.49×995.5951.85×10-6=13837孔流系数Co=qvA0ρ2∆p=1.013600×2.54×10-4995.52×1160=0.72面积比m=A0A=2.545.73=0.44，由m=0.44和Re=13837查图（见化工原理图1-52）可得：孔流系数经验值为0.71同理求出其余各组的雷诺数Re、孔流系数Co与孔流系数经验值9．双泵并联特性实验数据表（50Hz+50Hz）:ΔZ=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序号水流量qv/m3•h-1出口平均表压p2/mH2O入口平均表压p1/mH2O电机功率和P电/kW水温度t/℃并联扬程He/mH2O并联轴功率Pa/kW并联效率η10.0021.80.40.8324.921.60.750.0%20.9921.20.30.8625.321.10.777.3%32.0220.80.30.9125.220.80.8213.9%42.9920.40.20.9825.220.50.8818.8%54.0019.70.11.0525.320.00.9523.0%65.0019.1-0.11.1325.319.61.0226.2%76.0418.5-0.31.2025.419.31.0829.3%86.9917.9-0.51.2525.519.11.1332.1%98.0317.2-0.81.2725.618.71.1435.7%108.9716.5-1.01.3325.718.41.2037.4%1110.0115.5-1.21.3925.817.91.2538.8%1210.9814.6-1.51.4425.917.51.3040.2%1312.0213.6-1.81.4726.117.01.3241.8%1413.0412.4-2.21.5026.316.51.3543.2%以第三组数据为例进行计算：qv=2.02m3h,p2=20.8mH2O,p1=0.3mH2O,P电=0.91，T=25.2℃查表得，当T=25.2℃时，水的密度ρ=995.0kg/m3进口流速u1=4×qvπd12=4×2.023600×π×0.0422=0.41m/s，进口流速u2=4×qvπd22=4×2.023600×π×0.0272=0.98m/s扬程He=H2-H1+∆Z+u22-u122g=20.8-0.3+0.2+0.982-0.4122×9.81=20.8m轴功率Pa=0.9P电=0.9×0.91=0.82kW有效功率Pe=ρgqvHe1000=995.0×9.81×2.02×20.8(3600×1000)=0.11kW泵的效率η=PePa=0.110.82=13.9%同理求出其余各组的扬程He、轴功率Pa和泵的效率η七、实验结果作图及分析1.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。泵的特性曲线50Hz,2880r/min:He=20.82334-0.12228qv2式中，He为泵的扬程，m；qv为流量，m3/h泵的特性曲线40Hz,2280r/min:He=13.13206-0.1086qv2式中，He为泵的扬程，m；qv为流量，m3/h结果分析：由拟合得到的泵的特性曲线可知，扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；分析效率曲线可知，50Hz时，该泵的最大效率为40.68%，此时的流量为6.94m3/h；40Hz时，该泵的最大效率为39.74%，此时的流量为6.20m3/h.可规定该泵在50Hz和40Hz的额定流量分别为6.94m3/h、6.20m3/h。2.做出Co--Re等关系曲线，确定孔板流量计1--8m3/h范围内的精度等级。结果分析：当Re≥50000时，C0基本为定值，不再随Re而变，约为0.72该孔板流量计应在流量为3~7m3/h内测量，精确度为0.01。3.在同一坐标系中做出多条管路特性曲线，分别拟合关系式。管路特性曲线图管路特性曲线I：H=-0.0587+3.3649qv2管路特性曲线II:H=0.0481+0.7471qv2管路特性曲线III:H=0.208+0.275qv2式中，H为管路所需能量，m；qv为流量，m3/h结果分析：由管路特性曲线可知，H~qv呈2次曲线关系，且H随qv的增大而增大；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。双泵并联特性曲线分析如下：如下图所示，可以看出：He相同时，双泵的流速约为单泵的两倍，符合理论规律八、思考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~qv曲线可知，启动泵前关闭流量调节阀，可以降低启动功率避免启动电流过大，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”现象是由于安装高度过高引起，所以也不会出现该现象。通过阀门和变频仪由小到大改变流量时，泵的出口和入口表压有什么变化规律？通过阀门调节流量由小到大改变流量时，泵出口和入口表压逐渐减小；通过变频仪调节流量由小到大，泵出口表压增大，入口表压减小。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：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事项：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的直管距离使用时，所测得流体必须是稳定流，必须充满圆管根据实验数据验证转速n是否对泵特性有下列影响：n,n≈qv,qv≈(He,He)12≈(Pa,Pa)13。选取50Hz和40Hz下最大流量（管路状况相同）进行验证：n,n=28502280=1.25，qv,qv=9.197.32=1.26，(He,He)12=(11.16.9)12=1.27，(Pa,Pa)13=(0.750.42)13=1.21由结果可知，基本满足n,n≈qv,qv≈(He,He)12≈(Pa,Pa)13文档属于精品资料，可以根据需要任意编辑。，