泵的特性曲线

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1、离心泵性能实验化工0808费哲君学号：200821296北京化工大学实验报告课程名称：化工原理实验实验日期：2010年10月28日班 级：化工0808学生姓名：、实验名称：离心泵性能曲线二、组员介绍：实验时间：2010年10月28日报告人：三、报告摘要：本实验以水为流动介质，实验装置主要由水槽、离心泵、真空表、压力表、 控制阀以及孔板流量计等组成，在常温常压下测定了离心泵在恒定转速下的特性 曲线，并探讨了离心泵的扬程He、轴功率N轴与效率 随流量2的变化关系，通 过实验可知随着流量增大，扬程He下降，轴功率N轴上升，而泵的总效率先增 大后减小。依据孔板流量计的测量原理测定了其孔流系数C随雷诺数

2、Re的变化0关系，并测得C0约为0.845347。在测定管路特性曲线时，通过调节离心泵的工 作频率调节流量，并由孔板流量计测定，得到在不同开度下的管路特性曲线，有 图得知随着流量的增加，管路的压头递增。在整个实验过程中，进展顺利，基本 达到了预期的实验目的。四、实验目的及任务： 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围。 熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。 测定孔板流量计的孔流系数。 测定管路特性曲线。五、基本理论: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

3、质点运动的理论分析得到，如图1所示。由于液 体流经泵时，不可避免地会遇到种种阻力，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小，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和门-Q三条曲 线称为离心泵的特性曲线。另外，根据此曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作 为选泵的依据。泵的扬程HeHe = H压力表+ H真空表+ H 0式中 H压力表泵出口处的压力，mho ；H真空表泵入口处的真空度，mho ；H0压力表和真空表测压口之间的垂直距离，Ho = 0.85m。(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

4、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为高，所以泵的总效率为Ne门=N轴Ne = QHL102式中 Ne泵的有效功率，kW ；Q流量，m3/ s ；He扬程，m ；P 流体密度，kg / m3。由泵轴输入离心泵的功率N轴为N = N电n电门转 式中 N电电机的输入功率，kW ；n电 电机效率，取0.9；n转一一传动装置的传动效率，一般取1.0。2.孔板流量计孔流系数的测定孔板流量计的构造原理如图2所示在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器的两端相 连。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减少，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。

5、若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d 0，流 体流经孔板前后所形成缩脉的直径为d2，流体密度为P，孔板前侧压导管截面 处和缩脉截面处的速度和压强分别为、与p、 p ，根据伯努利方程，不考 1212虑能量损失，可得、 2 - U 2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，可用孔板孔径处用校正系数C校正后，的uo代替U2，考虑到流体因局部阻力而造成的能量损失 则有对于不可压缩流体：u 2 一 u 2 = Cx：2 gh根据连续性方程有SU = U -01 o S1经过整理可得根据u和S，即可算出流体的体积流量V为 0

6、2S式中 V流体的体积流量，m3 / s ；询孔板压差，Pa ;S 孔口面积，m 2 ;P流体的密度，kg / m3 ;C0 孔板系数。孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压口的位置、孔径与管径比和雷诺数 共同决定，具体数值由实验测定。当d0/一定，雷诺数Re超过某个数值后，C0 就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在C为常数的流动条件下使用。0六、实验装置图及主要测试仪器仪表图31.蓄水池；2.底阀；3.真空表；4.离心泵；5.灌泵阀；6.压力表；7.流量调节阀；8.孔 板流量计；9.活动接口； 10.液位计；11.计量水槽（495X495） mm； 12.回流水槽；13. 计量槽排水阀

7、七、实验操作要点：本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下的离心泵的各项性能参数。 流量可通过计量槽和秒表测量。 检查电机和离心泵是否正常运转。打开电机的电源开关，观察电机和离心 泵的运转情况，如无异常，就可切断电源，准备在实验时使用。 在进行实验前，首先要灌泵（打开灌泵阀），排出泵内的气体（打开流量调节阀）。灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀即可启动离心泵，开始实验。 实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，并用计量槽计量液体流量。当流量 大时，应注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多测取几次数据。 为防止因水面波动而引起的误差，测量时液位计高度差值应不小于 200mm。 测取10组数据并验证其中

8、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（如离心泵型号、额定流量、扬程和功率等）。 测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测定810组数据，并 记录。 实验完毕，停泵，记录相关数据，清理现场。八、实验数据整理：压力表和真空表测压口之间的垂直距离：H = 0.85m 0计算水槽的底面积：495mm x 495mm电机功率：门电=0.9传动装置的传动效率：门轴=1.0泵铭牌数据：流量：4.5 m3 / h配用功率：0.75kW扬程：20m转速：2900,/min1.离心泵特性曲线和孔板流量计孔流系数的测定测量组数真空表/ MPa压力表/ MPa水温/ C电功率/ kW孔板

9、压降 / kPa初始液 面/ mm终止液 面/ mm时间/ s1-0.0070.17516.300J、2-0.0080.19216.30.72.0119.0333.0683-0.00950.18216.30.784.079.0293.0474-0.01050.17316.30.826.179.0297.540.55-0.01200.15716.30.888.098.5326.530.06-0.01300.14516.30.9010.094.0308.0307-0.01500.13216.30.9312.0102307268-0.01510.12316.30.9514.067281259-0.0

10、1650.1116.30.9916.09129923.210-0.01790.09516.31.0118.1933192411-0.01900.08016.31.0220.08930421.62.管路特性曲线的测定以下数据为在3个不同开度下，调整频率所测得测量 组数压力表/ MPa真空表/ MPa孔板压降/ kPa10.115-0.01615.020.102-0.01513.130.089-0.01411.540.078-0.01310.050.065-0.0128.460.055-0.0116.970.046-0.01055.780.036-0.0104.490.028-0.0093.310

11、0.0205-0.0082.3测量组数压力表/ MPa真空表/ MPa孔板压降 / kPa10.144-0.01710.020.129-0.0168.630.111-0.0157.640.097-0.0156.550.083-0.0155.560.069-0.0144.670.057-0.0143.780.045-0.0132.990.034-0.0132.2100.026-0.0121.5测量 组数压力表/ MPa真空表/ MPa孔板压降 / kPa10.174-0.015.320.153-0.0094.530.134-0.0093.940.117-0.0093.350.099-0.0082

12、.960.083-0.0082.470.069-0.0081.980.054-0.0071.590.041-0.0071.1100.030-0.0060.8九、实验结果和讨论：1. 离心泵特性曲线的绘制离心泵的特性曲线分为三条，均以流量2为横坐标，而纵坐标分别为扬程 He、效率门、轴功率N轴。其中取温度为16.3。0,通过查表可知，此温度下的密度998.893 kg/ m 3, 粘度为1.10261 x10-3Pa s。则由上述关系式可求得：扬程/ m轴功率/ kW效率流量/ m3 / h17.9806200019.612110.630.23508112.55619918.439480.702

13、0.28698333.6983317.41980.7380.30557114.38213915.635360.7920.30001585.1442514.309770.810.30239145.7940512.780250.8370.28888426.40427911.852350.8550.28473526.9528610.384010.8910.25072167.2822418.7117310.9090.21655447.6486887.0700470.9180.18394738.084896用Origin软件作图4得：图4图中以圆点为代表的是扬程，以正方形为代表的是效率，而以三角形为代表

14、 的是轴功率。结果分析： 从图4中可以看出，随着流体流量的增加，扬程（He）呈现下降的趋势;而轴功率（N轴）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，在流量约为5.1 m3 /h时，对应的最大功率约为0.31。 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%，所以由此确定离心泵的最佳工作范围是3.576.12 m3 / h。铭牌上的标示q 4.m /h，恰好在这个范围之内，验证了实验结果的正确性。2. 孔板流量计空流系数的测定根据所测数据得到的计算量如下：C0Reln Re0.83776921177.429.96

15、06910.85707830639.6810.330050.82236736304.8510.499710.84298842618.7410.660050.84923348002.1610.7790.85688853057.7510.879140.86127957602.5910.961320.8438260331.4311.007610.83328263367.3411.05670.83792366981.2111.11217用Origin软件作图5得:图5结果分析：从图5中分析看出，孔流系数C0随雷诺数Re的变化并不明显，一开始，C0 随Re的增加呈现微弱震荡，但当雷诺数超过某个数值后，C

16、0就接近于某个定值 了，说明此时管路中流体已处于完全湍流状态。从数据结果分析来看，所求的 C0的定值约为0.845347。3. 管路特性曲线的绘制根据所测数据得到的计算量如下：HeQ10.944836.5412059.7212146.1129078.4975995.7274467.4779195.3408716.2543034.8949895.3365914.4364614.4698634.0322693.5011683.5427332.7873923.0680972.12462.561392开度1HeQ13.799935.34087112.372384.9529210.638934.6560

17、649.2113754.3059487.7838233.9608966.4582393.6223555.2346233.2487254.1129752.8761472.9913282.5050912.2775522.068511开度2HeQ17.5727493.88821315.5333893.58276513.5959983.33537311.8625423.06809710.1290862.8761478.49759872.6164827.07004692.3280325.64249522.0685114.31691141.7713673.29723161.510627开度3用Origin

18、软件作图得:图6其中正方形对应的是第一个开度的数据，而三角形对应的是第二个开度的数 据，圆形对应的是第三个开度的数据。结果分析： 由图6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6 可分析，第三个开度对应的曲线阻力损失较大，第一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（开度1）,高阻 管路的特性曲线较为陡峭（曲线3）。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。十、分析讨论： 误差分析1. 在读取水的流速时，由于秒表的起止与流体的起止很难做到同步，因此

19、在此过程中有一定的误差。2. 在读取液面起止示数的时候，因为俯视或仰视或带来细微的误差。而且 液面的刻度线不够精确，也将带来一定的误差。3. 显示器的示数并未稳定，便读数，也将带来一定的误差。 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？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？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？4. 试分析气缚现象与汽蚀现象的区别。5. 根据什么条件选择离心泵？6. 从所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，可以采取哪些措 施？7. 试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度

20、的区别。8. 允许汽蚀余量Hs 7m，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？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。1. 答：离心泵的压头是以被输送流体的流体柱高度表示的。在同一压头下， 泵进、出口的压差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灌泵；如 果启动泵时，不关闭流量调节阀，那么泵刚开始时就对流体做功，而此时电机的 转速很低，电流很大，很容易使电机烧毁，因此，启动前，应关闭流量调节阀。2. 答：由

21、柏努力方程可推知，当改变流量调节阀开度，使流量逐渐增大时， 压力表和真空表的读数都逐渐减小。3. 答：应根据测量所要求的精度值和能量损失的要求，以及使孔流系数匕不随雷诺数Re改变这三个方面来选择孔口尺寸和压差计的量程。04. 答：泵在运转时，吸入管路和泵的轴心常处于负压状态，若管路及轴封密 封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降。若平均密度下降严重，泵 将无法吸上液体，此成为气缚现象；而汽蚀现象是指泵的安装位置过高，使叶轮 进口处的压强降至液体的饱和蒸汽压，引起液体部分气化的现象，汽蚀现象会使 泵体振动并发生噪声，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。5. 答：选择原则是，

22、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。6. 答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减少液体的黏度，改变液体， 使用比重较小的液体。7. 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 余能力，单位用米标注，即（NPSH ）。吸程即为必需汽蚀余量们 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。而离心泵安装高度=水泵的 允许真空值一吸水管的流速水头一吸水管的沿程水头损失一局部水头损失。8. 答：允许汽蚀余量（有效汽蚀余量）将变大，因为根据公式NPSH =竺+匕2-L，当密度降低时，有效汽蚀余量将变大。P g 2 g p g9. 答：本实验测量的量有流量、压强，所以可选用磁力转子流量计和压力传 感器，使用同一的电脑终端进行控制流量调节阀，并自动记录不同流量条件下压 强差，经过计算即可得到实验结果。