北京化工大学-离心泵实验报告预习报告汇总.pdf

实验名称：离心泵性能实验 一，摘要 本实验以水为介质，使用UPRS 型离心泵性能实验装置，测定了不同流速下，离心泵 的性能、孔板流量计的孔流系数以及管路的性能曲线。实验验证了离心泵的扬程He随着流 量的增大而减小，且呈 2 次方的关系； 有效效率有一最大值，实际操作生产中可根据该值选 取合适的工作范围；泵的轴功率随流量的增大而增大；当Re大于某值时，C0为一定值，使 用该孔板流量计时，应使其在C0为定值的条件下。 关键词：性能参数（NHQ,） 离心泵特性曲线管路特性曲线C0 二，实验目的 1、了解离心泵的构造，掌握其操作过程和调节方法。 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、性能和安装方法。 4、测定孔板流量计的孔流系数。 5、测定管路特性曲线。 三，实验原理 1，离心泵特性曲线测定 由于流体流经泵时，不可避免的会遇到种种损 失，产生能量损失和摩擦损失、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 此通常采用实验直接测定其参数间的关系，并将测 出的 HeQ，NQ，和 Q 三条曲线称为离心泵 的特性曲线，根据此曲线也可求出泵的最佳操作范 围，作为选泵的依据。 （1）泵的扬程He 分别取泵的进出口为1-1 截面与 2-2 截面，建立机械能衡算式： g p1 + z1 + g u 2 2 1 + He= g p 2 + z2 + g2 u 2 2 He =H 真空表+ H 压力表+ H0 He = (Z2 - Z1) + (p2 - p1 ) / g 式中：H 压力表 -泵出口处的压力 H 真空表 -泵入口处的真空度 H0 表示压力表和真空表测压口间的垂直距离，H0 =0.85m； p1、p2 分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa； u1、u2 分别为泵进、出口的流速，m/s，u1=u2； 计算出泵管路上的压差，就可计算出泵提供给液体的扬程。 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 1 - （2）泵的有效功率和效率 由于泵在运转过程中存在能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值低，而输入功率又 比理论值高，所以泵的总效率为 Ne N轴 Ne QH 102 e Ne泵的有效功率，Kw； Q流量， m 3/s； He扬程， m； 液体密度， kg/m3 由泵轴输入离心泵的功率为 N轴= N电*电*转 N 电电机的输入功率， Kw ；电电机效率，取0.9；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下图所示。 孔板流量计的构造原理图 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连接。孔板流 量计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 量依据。若管路直径d1，孔板锐孔直径d0，流体流经孔板后所形成缩脉的直径d2，流体密 度 ，孔板前测压导管截面处和缩脉截面处速度和压强分别为u1，u2和 p1，p2，不考虑能 量损失，由伯努利方程得： 2 22 1 12 2 uu pp gh 或 2 22 1 2uugh 由于缩脉位置随流速变化而变化，缩脉处截面积S2难以知道，孔口的面积已知，且测 压口的位置在设备制成后不再改变，因此可用以孔板孔径处u0代替 u2，考虑到流体因局部 阻力造成的能量损失，用校正系数C校正后，有： 22 01 2uuCgh 对不可压缩流体，根据连续性方程有： 0 10 1 S uu S 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 2 - 整理得 0 20 1 2 1 () gh uC S S 令 0 20 1 1 () C C S S ，则可简化为 00 2uCgh 根据 u0和 S2，即可算出流体的体积流量VS为： 0000 2Vsu SC Sgh 或 00 2 VsC S 式中 VS流体的体积流量，m3/s； p孔板压差， Pa； S0孔口面积， m 2； 流体的密度，kg/m 3； C0孔流系数。 孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压头的位置、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/d 1一定时，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C0为常数的流动条件下使用。 3，管路的特性曲线 离心泵工作在工作点上时，有 0 HHHeHH 压力表真空表 又 2 v Hzk q 测定不同频率下，H 与 v q的值，即可画出管路特性曲线。 四，装置和流程 5 2 7 4 1 6 3 TI 01 QI 02 PI 03 PI 05 PI 06 NI 04 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 3 - 1、水箱 2 、离心泵 3 、涡轮流量计 4 、管路切换阀 2、 5 、孔板流量计 6 、流量调节阀7、变频仪 水温度 / ；水流量 /m 3·h-1 ；压降 / 电功率 / ；出口表压/ ；入口表压/ 实验介质：水（循环使用）。 研究对象：粤华型WB70/055型单级离心泵； 孔板流量计：锐孔直径d=18.0mm ，管道直径d=26.0mm。 仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型， 0.6 10m 3· 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； 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，实验步骤 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） ，记录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 0.15m 3/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P0，最后通过调节 阀改变水流量从0.6 m 3/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）； （不做实验） 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.泵实验流量最小值等于0，管路实验两最小值大于0； 3.任何时刻，流量调节阀全关或全开后，反向旋转1/4 圈； 4.两组泵实验和多组管路实验各记入软件同一表格，孔板压降波动到平均时记录； 5.以上实验用计算机采集数据可以多做一些点，便于找到最高效值。 六，实验数据记录及处理 1 离心泵特性实验数据表（50Hz,2850r/min） : 序 号 水流量 qv/m 3?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 1 2 3 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 4 - 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 参数： Z=0.2mH2O, d 1=0.042m, d2=0.027m, t=20.1 oC ， =992.73kg/m 3 表 1：离心泵特性实验数据表 2 离心泵特性实验数据表（40Hz,2880r/min） : 图中结果分析： 1， 由泵的特性曲线得，扬程He 随着流量的增大而减小，且呈2 次方的关系； 2， 分析效率曲线可知，该泵的最大效率为35%左右，此时的流量为6.5m 3/h。 3， 由泵的轴功率曲线，可以观察出，在流量为0 时，仍有一定的功率存在，并且随着流量 的增加迅速增加。所以在启动泵时，应该关闭出口阀，避免启动时轴功率过大对电机造 成损伤。 4， 泵的效率提高时，相应的扬程会减小，这是设备的固有矛盾，根据不同的工艺需求和生 产任务，应选择合适的工作区间保证泵的高效运作，必要时可以调节泵的工作曲线或更 换离心泵。 2、管路特性曲线的测定： 改变管路开度三次，对于每个开度分别改变管路流量，测得三组数据， 经过计算分别得 到 H 与 Q，结果见表3（I） （II） （III） ： 序 号 水流量 qv/m 3?h-1 出口表压 p2/ mH 2O 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 参数： Z=0.2mH2O, d 1=0.042m, d2=0.027m，t=22.1 oC， =996.23kg/m 3 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 5 - (1)流量调节阀固定1/4 开度 序 号 频 率 /Hz 水流量 qv/m 3?h-1 水温度 t/ 出口表 压 p2/ mH 2O 入口表 压 p1/ mH 2O 出口流 速 u2/m? s -1 入口流速 u1/m?s -1 需要能 量 H/mH2O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 参数： Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m, t=23.0 oC， =996.45kg/m 3 表 3（I ） 离心泵特性曲线的数据处理 (2)流量调节阀固定2/4 开度 序 号 频 率 /Hz 水流 量 /m 3?h-1 水温度 t/ 出口表 压 p2/ mH2O 入口表 压 p1/ mH 2O 出口流 速 u2/m? s -1 入口流速 u1/m?s -1 需要能 量 H/mH2O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 参数： Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m, t=23.3 oC， =996.53kg/m 3 表 4（II ） 离心泵特性曲线的数据处理 (3) 流量调节阀固定3/4 开 序 号 频 率 /Hz 水流量 /m 3?h-1 水 温 度 t/ 出口表 压 p2/ mH 2O 入口 表压 p1/ mH2 O 出口 流速 u2/m? s -1 入口流 速 u1/m? s -1 需要能 量 H/mH2O 1 2 3 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 6 - 图中结果分析： 1、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），该式成立； 2、比较这条曲线，可得在同样的频率下，关小阀门，H增大； 3、H随流量的增加而增大，当流量为0 时，H为一定值，这是由管路的固有势能损失决 定的。 3.C0-Re数据及处理： 序 号 水流量 qv/m 3?h-1 孔板压降 P/kPa 水温 度 t/ 水流速 ud/m?s -1 Red 孔流系数 C0 孔流系数 经验值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 参数： d0=0.018m, d=0.026m, P0=-0.04mH2O, T=25.0C, =996.95kg/m 3 七，思考题 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： 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C0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。 4、分析气缚现象与气蚀现象的区别。 4 5 6 7 8 9 参数：Z=0 .2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m， T=24.4 oC, =996.8kg/m 3 北京化工大学化工原理实验离心泵性能实验 - 7 - 答： （1）气缚现象是在离心泵启动时发生的，由于泵内存有空气，空气密度相对于输 送液体很低，旋转后产生的离心力小，叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内 的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。 (2)气蚀现象是由于离心泵安装高度过高，导致泵内压力降低，液体发生汽化， 泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近，生成的蒸汽泡随液体从 入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。使液体以很大的速度从周围 冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，破坏叶轮。