中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 化工原理實(shí)驗(yàn) 離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：劉惠仙姓名：劉安、李箭、江汶峰、周登輝班級(jí)：031114日期：2013年10月29日實(shí)驗(yàn)二離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定一定轉(zhuǎn)速下離心泵的特性曲線(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解離心泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熟悉并掌握離心泵的工作原理和操作方法。2、掌握離心泵特性曲線(xiàn)測(cè)定方法。三、基本原理離心泵是工業(yè)上最常見(jiàn)的液體輸送機(jī)械之一，離心泵的特性，通常與泵的結(jié)構(gòu)、泵的轉(zhuǎn)速以及所輸送液體的性質(zhì)有關(guān)，影響因素很多。因此離心泵的特性只能采用實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)際測(cè)定。在泵的進(jìn)口管分別安裝上真空表和壓力表，則可根據(jù)伯努利方程得到揚(yáng)程的計(jì)算公式①式①中h0——二測(cè)壓點(diǎn)截面之間的垂直距離，m；P1——真空表所處截面的絕對(duì)壓力，MPa；P2——壓力表所處截面的絕對(duì)壓力，MPa；u1——泵進(jìn)口管流速，m/s；u2——泵出口管流速，m/s；He——泵的實(shí)際揚(yáng)程，m。由于壓力表和真空表的讀數(shù)均是表示兩測(cè)壓點(diǎn)處的表壓，因此，式①可表示為②其中③④式③、④中的P2和P1分別是壓力表和真空表的顯示值。離心泵的效率為泵的有效功率與軸功率之比值，⑤式⑤中η——離心泵的效率；Ne——離心泵的有效功率，kW；N軸——離心泵的軸功率，kW。有效功率可用下式計(jì)算⑥或⑦泵的軸功率是由泵配置的電機(jī)提供的，而輸入電機(jī)的電能在轉(zhuǎn)變成機(jī)械能時(shí)亦存在一定的損失，因此，工程上有意義的是測(cè)定離心泵的總效率（包括電機(jī)效率的轉(zhuǎn)動(dòng)效率）。=8\*GB3⑧實(shí)驗(yàn)時(shí)，使泵在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)出對(duì)應(yīng)于不同流量的揚(yáng)程、電機(jī)輸入功率、效率等參數(shù)值，將所有數(shù)據(jù)整理后用曲線(xiàn)表示，即得泵的特性曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括實(shí)驗(yàn)操作方案的確定，數(shù)據(jù)測(cè)定點(diǎn)及測(cè)試方法和操作控制及控制方法的確定，以及實(shí)驗(yàn)裝置流程的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)方案用自來(lái)水做實(shí)驗(yàn)物料；在離心泵轉(zhuǎn)速一定的條件下，測(cè)定不同流速下離心泵進(jìn)、出口壓力和電機(jī)功率，即可由式⑤、⑥和⑦計(jì)算出相應(yīng)的揚(yáng)程、功率和效率；在實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)時(shí)，要考慮到泵的效率隨流量變化的趨勢(shì)。測(cè)試點(diǎn)及測(cè)試方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，需測(cè)定的原始數(shù)據(jù)有：泵兩端的壓力P1和P2，離心泵電機(jī)功率Ne，流量Q、水溫t（以確定水的密度），以及進(jìn)出口管路管徑d1和d2，據(jù)此可配置相應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試儀表。離心泵出口壓力P2由壓力表測(cè)定離心泵入口壓力P1由真空表測(cè)定流量由裝置設(shè)在管路中的渦輪流量計(jì)測(cè)定，渦輪流量計(jì)在安裝時(shí)，必須保證儀表前后有足夠的直管穩(wěn)定段和水平段，渦輪流量計(jì)的二次顯示儀表采用數(shù)字電子儀表，其流量計(jì)算為其中Q——流量，L/s；?——流量計(jì)的轉(zhuǎn)子頻率；ξ——渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)。電機(jī)功率采用數(shù)字儀表測(cè)量N電=15×顯示讀數(shù)（kW）水的溫度由水銀溫度計(jì)測(cè)定，溫度計(jì)安裝在泵出口管路的上方。原始數(shù)據(jù)記錄表格式如下表所示。表2-1離心泵特性曲線(xiàn)測(cè)定原始數(shù)據(jù)表渦輪流量變送器編號(hào)990433渦輪流量變送器儀表常數(shù)327.16泵進(jìn)口管徑d140mm泵出口管徑d232mm泵型號(hào)1?BL-6泵轉(zhuǎn)速2900r/min水溫22℃No.渦輪流量計(jì)頻率f真空表P1（MPa）壓力表P2（MPa）N顯示（W）N電（W）111900.00000.14383.51252.5211450.00000.15283.21248.0311060.00000.15883.01245.0410620.00000.16381.11216.5510230.00000.17079.01185.069790.00000.17678.51177.579240.00000.18376.31144.588740.00000.18875.01125.098250.00000.19472.71090.5107730.00000.20070.51057.5117230.00000.20467.61014.0126690.00000.20966.0990.0136250.00000.21265.5982.5145700.00000.21764.0960.0155220.00000.22061.0915.0164220.00000.22356.5847.5173210.00000.22852.1781.5182340.00000.23048.5727.5191110.00000.23140.5607.52000.00000.23237.4561.0控制點(diǎn)和調(diào)節(jié)方法試驗(yàn)中控制的參數(shù)是流量Q，可用調(diào)節(jié)閥來(lái)控制流量。為保證系統(tǒng)滿(mǎn)灌，將控制閥安裝在出口管路的末端。實(shí)驗(yàn)裝置及流程主要設(shè)備：離心泵、循環(huán)水箱、渦輪流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、壓力表、真空表、溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如下所示，由離心泵和進(jìn)出口管路、壓力表、真空表、流量計(jì)和調(diào)節(jié)控制閥組成控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)物料為自來(lái)水，為節(jié)約起見(jiàn)，配置水鄉(xiāng)循環(huán)使用。為保證離心泵啟動(dòng)時(shí)保持滿(mǎn)灌，排出泵殼內(nèi)的空氣，在泵的進(jìn)口管路末端安裝有止逆底閥。1、循環(huán)水槽；2、真空表；3、排氣閥；4、離心泵；5、功率表；6、壓力表；7、引水閥；8、溫度計(jì)；9、渦輪流量計(jì)；10、控制閥五、實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)1、首先打開(kāi)引水閥引水灌泵，并打開(kāi)泵體的排氣閥排出泵內(nèi)的的氣體，確認(rèn)泵已經(jīng)灌滿(mǎn)且其中的空氣已排凈，關(guān)閉引水閥和泵的排氣閥。2、在啟動(dòng)泵前，要關(guān)閉出口控制閥的顯示儀表電源開(kāi)關(guān)，以使泵在最低負(fù)荷下啟動(dòng)，避免啟動(dòng)脈沖電流過(guò)大而損壞電機(jī)和儀表。3、啟動(dòng)泵，然后將控制閥開(kāi)到最大以確定實(shí)驗(yàn)范圍，在最大流量范圍內(nèi)合理布置實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。4、將流量調(diào)至某一數(shù)值，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取并記錄所需數(shù)據(jù)。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先將控制閥關(guān)閉，再給關(guān)閉電機(jī)電源開(kāi)關(guān)和總電源。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果討論分析部分的要求和建議1、離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理表。表2-2離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理表在22℃時(shí)，水的物理性質(zhì)如下：ρ=998.0kg/m-3No.流量Q103（m3/s）揚(yáng)程He（m-H2O)有效功率Ne(kW)軸功率N軸（kW)效率η（％）13.6415.220.5421.25343.323.5016.100.5521.24844.233.3816.670.5521.24544.343.2517.140.5451.21744.853.1317.820.5461.18546.062.9918.390.5391.17845.872.8219.060.5271.14546.182.6719.530.5111.12545.492.5220.110.4971.09145.5102.3620.690.4791.05845.3112.2121.060.4561.01444.9122.0421.540.4310.99043.6131.9121.820.4080.98341.5141.7422.310.3800.96039.6151.6022.590.3530.91538.6161.2922.850.2890.84834.1170.9823.330.2240.78228.7180.7223.520.1650.72822.6190.3423.600.0780.60812.9200.0023.700.0000.5610.0計(jì)算示例（以原始數(shù)據(jù)表中第一行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算）根據(jù)渦輪流量計(jì)頻率f以及渦輪流量變送器儀表常數(shù)ξ（327.16），可計(jì)算出流量QL/s得到流量Q后，根據(jù)進(jìn)出口管徑，可分別計(jì)算得泵進(jìn)口和出口的流速u(mài)1和u2m/sm/s隨即伯努利方程可計(jì)算得到揚(yáng)程公式電機(jī)功率和有效功率可得N電=15*顯示讀數(shù)（W）=1583.5=1252.5W=1.253kW注：N電≈N軸作出離心泵的特性曲線(xiàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。如：離心泵的揚(yáng)程、效率及泵的功率與流量之間的關(guān)系，分析一下之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，所得結(jié)果的工程意義等，從中得到若干結(jié)論。根據(jù)H-Q曲線(xiàn)可知，離心泵壓頭在比較大的流量范圍內(nèi)隨著流量的增大而減小。根據(jù)N-Q曲線(xiàn)可知，離心泵的軸功率隨流量的增大而增大。根據(jù)η-Q曲線(xiàn)可知，開(kāi)始泵的功率隨流量的增大而增大，達(dá)到最大值后，又隨著流量的增加而降低。工程意義：

指導(dǎo)離心泵實(shí)際使用時(shí)在最高效率點(diǎn)附近工作，從而提高泵的使用壽命提高生產(chǎn)效率。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出誤差分析，評(píng)價(jià)結(jié)果好壞，并分析原因。誤差分析：儀器使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)誤差大。在各個(gè)儀表讀數(shù)時(shí)不能保證同時(shí)讀數(shù)，且每個(gè)成員的誤差估讀不一樣。因?yàn)閳?chǎng)地原因，裝置設(shè)計(jì)時(shí)不是理想的模型。結(jié)果評(píng)價(jià)：數(shù)據(jù)基本滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)離心泵特性曲線(xiàn)，但是因?yàn)橄到y(tǒng)誤差及操作方面的原因少部分點(diǎn)誤差較大。總的來(lái)說(shuō)結(jié)果較好。論述一下對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)。離心泵的安裝高度存在問(wèn)題，不是理想模型，且真空表存在問(wèn)題基本上沒(méi)讀數(shù)。用該方案測(cè)離心泵的特性曲線(xiàn)操作簡(jiǎn)便，流程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能準(zhǔn)確的得出結(jié)果。七、思考題1、離心泵在啟動(dòng)前為什么要引水灌泵？本實(shí)驗(yàn)裝置中離心泵在安裝上有什么特點(diǎn)？答：為了防止氣縛現(xiàn)象發(fā)生。離心泵安裝高度與進(jìn)口一致，即h0=0m2、為什么離心泵在啟動(dòng)前關(guān)閉出口閥和儀表電源開(kāi)關(guān)？而停泵前要先關(guān)閉出口閥？答：避免電機(jī)過(guò)載。因?yàn)殡姍C(jī)的輸出功率等于泵的軸功率N。依照離心泵特征曲線(xiàn)，當(dāng)Q=0時(shí)N最小，電機(jī)輸出功率也最小，不容易被燒壞。先關(guān)閉出口閥使泵體中的水不被抽干，別的也起到庇護(hù)泵進(jìn)口處底閥的感化。3、離心泵的流量可以由泵的出口調(diào)節(jié)，為什么？答：調(diào)劑出口閥門(mén)開(kāi)度，現(xiàn)實(shí)上是改變管路特征曲線(xiàn)，改變泵的工作點(diǎn)，可以調(diào)劑其流量。這類(lèi)體例利益是便利、快捷、流量可以延續(xù)轉(zhuǎn)變，毛病謬誤是閥門(mén)關(guān)小時(shí)，增大勾當(dāng)阻力，多耗損一部門(mén)能量、不很經(jīng)濟(jì)。4、什么情況下會(huì)出現(xiàn)“汽蝕”現(xiàn)象？答：水泵在運(yùn)行中，在葉輪入口附近等處，因葉輪進(jìn)口的沖擊損失、摩擦損失或提水引起的壓力下降等，水流的壓力出現(xiàn)局部下降，一旦達(dá)到當(dāng)時(shí)溫度條件下水的飽和蒸氣壓力，水中就會(huì)出現(xiàn)大量氣泡，這種現(xiàn)象稱(chēng)為汽蝕現(xiàn)象。這些氣泡隨著水流移動(dòng)，到達(dá)高壓區(qū)時(shí)，必然從氣泡外部對(duì)其施加沖擊壓力，氣泡急劇收縮，產(chǎn)生一種沖擊壓力，該沖擊壓力值非常大。這種現(xiàn)象長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)出現(xiàn)時(shí)，在氣泡潰滅處，金屬表面將出現(xiàn)猶如尖刀敲擊過(guò)的狀態(tài)，形成凹陷麻點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)往往形成多孔蜂窩狀。此外，一旦發(fā)生汽蝕，就會(huì)引起水泵性能下降、振動(dòng)和噪音，這對(duì)水泵是極為有害的。5、離心泵流量增大時(shí)，壓力表與真空表的數(shù)值將如何變化？為什么？答：流