离心泵性能实验

北 京 化 工 大 学 实  验  报  告 课程名称：    化工原理实验                      实验日期：  2010.11.22 班    级：    化工0809                          姓    名：    师丹彤 同 组 人：  冯敏、孙程、许世佩                  装置号：    2号装置 离心泵性能实验 一、摘要 离心泵的性能参数取决于泵的内部结构,叶轮形式据转速.通过对离心泵内部流体质点运动的理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,可得出理论压头和流量的关系.但实际流体流经泵时,不可避免的造成一定的能量损失.在本实验中,将直接测定其参数间的关系,并绘出离心泵的三条He-qv .Pa-qv和η-qv特征曲线.     流量系数Co的数值只能通过实验求得。Co主要取决于管路流动的雷诺数Re和面积比m等。对于测压方式，结构尺寸，加工状况等均以确定的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 孔板，流量系数Co只与雷诺数Re有关。 关键词：离心泵特性曲线    泵的有效功率和效率  孔流系数C0 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、熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。 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.离心泵的性能曲线测定 离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。通常采用实验方法，直接测定其参数键的关系，并将测绘出的H-Q、N-Q和 -Q三条曲线称为离心泵的性能曲线。通过这些曲线也可以求出泵的最佳工作区间，作为选泵的依据。 泵的扬程He He=H压力表+H真空表+H0 式中,  H压力表------泵出口处的压力，m; H真空表------泵入口处的真空度，m; H0------压力表和真空表测压口之间的垂直距离，H0=0.85m。 在计算中： 式中 ——泵出口处的表压， ； ——泵入口处的真空度， ； ——两个压力表之间的垂直距离， ； 泵的有效功率和效率 由于泵的运转过程中存在种种能量损失，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 式中  --------泵的有效功率，kw; --------泵的轴功率，kw； --------流量， ; -------扬程，m； --------液体密度， ； 由泵轴输入的离心泵的功率Pa为 式中  -------电机的输入功率，kW； -------电机效率，取0.9； -------传动装置的传动效率，一般取1.0。 在计算中： 2.孔板流量计孔流系数的测定 图1 孔板流量计的构造原理 孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后的压强差，作为测量的依据。可以推得，体积流量与孔流系数的关系式为 式中  -------流体的体积流量， ； ------孔板压降，Pa； S0--------孔口面积， ； --------液体密度， ； 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，具体的数值由实验确定。 3.管路特性曲线的测定 处于各个工作点时，管路所需的压头和泵提供的压头是相等的，即 利用这一原理，可通过测泵的扬程来测管路的压头，以此来作管路特性曲线。 4. 体积法测定流量 由于连通器原理，外侧管路的液面与水箱内液面等高，所以可以通过读取液位计的数值来确定水箱内液面高度。求出水箱体积，测定所需时间即可求算出体积流量，即 式中， --------体积流量，m3； --------水箱横截面积， ，m2； --------液面高度，m； --------所需时间，s。 四、实验流程 图2 离心泵特性曲线实验带控制点的 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 流程 1—蓄水池；2—底阀；3、6—压力表；4—离心泵；5—灌泵阀；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（495 495）mm；12—回流水槽；13—计量槽排水阀 五、实验操作 1．进入实验室后，检查离心泵和电机是否正常工作。打开电机的电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如果正常，切断电源，准备在实验时使用。 2．在进行试验前，首先要灌泵（打开灌泵阀），排除泵内的气体（打开流量调节阀）。灌泵完毕后，有连续的水流出，关闭调节阀及灌泵阀即可启动离心泵，开始试验。 3．开始试验后，逐渐打开调节阀缓慢增大流量，在流量最大时开始做第一组实验。使用计量槽计量液体流量，高度差约在200ml以上时，完成一次实验。记录液面高度差值、所需时间、电机功率、出口和入口压力表读数、孔板压降以及水温。 4．调整流量大小，重复上述3的操作，记录孔板压降由26kPa到0共十组数据。 5．将活动接口转到回流水槽中，调节孔板压降在4kPa左右，开始另一实验。 6．从50Hz到15Hz改变频率，流量相应改变。在稳定之后读取频率、出口和入口压力表读数以及水温，记录数据。 7．在频率为50Hz时，依次调节孔板压降在8kPa、15kPa左右，重复步骤6，记录相应数据。 8．数据记录结束后，找老师检查数据，确定无误后，关闭仪器，结束实验。 9．记录实验设备的铭牌以及相关数据。 10．整理好实验室，离开。 六、注意事项 1. 在测量离心泵的特性曲线数据时要测量零点； 2. 读取数据时，压力表不稳定应读取波动的中心位置，液面高度的读取应该在液面稳定后读取； 3. 改变活动接口时要迅速； 4. 当没有完成灌泵时启动泵会发生气缚现象； 5. 当关泵完成后在出口阀全开的情况下启动泵可能会发生烧泵事故。 七、实验数据处理 1、离心泵特性曲线数据  (转速2900r/min) 记录数据: 序号 h/mm t/s /MPa /Mpa T/ /kw 1 300 30.78 0.031 0.020 13.9 0.93 2 250 29.97 0.068 0.020 13.9 0.90 3 300 37.13 0.089 0.019 13.9 0.88 4 300 40.66 0.112 0.016 13.9 0.84 5 300 45.36 0.121 0.014 13.9 0.80 6 300 53.42 0.140 0.013 13.9 0.75 7 300 64.29 0.153 0.011 14.0 0.71 8 200 52.97 0.163 0.010 14.0 0.65 9 200 90.21 0.171 0.008 14.1 0.58 10 0 0 0.190 0.007 14.1 0.47               计算数据: 序号 qv/m3/s ρ/kg/m3 He/m 轴功率Pa/kw 有效功率Pe/kw 效率 1 0.002388 999.11 6.053 0.837 0.142 0.169 2 0.002044 999.11 9.828 0.810 0.197 0.243 3 0.001980 999.11 11.869 0.792 0.230 0.291 4 0.001808 999.11 13.910 0.756 0.246 0.326 5 0.001621 999.11 14.624 0.720 0.232 0.322 6 0.001376 999.11 16.460 0.675 0.222 0.329 7 0.001143 999.10 17.583 0.639 0.197 0.308 8 0.000925 999.10 18.501 0.585 0.168 0.287 9 0.000543 999.08 19.113 0.522 0.102 0.195 10 0.000000 999.08 20.950 0.423 0.000 0.000               以第三组数据为例，计算过程如下： T=20℃，查表得ρ=998.2kg/m3;T=10℃,查表得ρ=999.7 kg/m3 t=13.9℃时，用内插法计算：当温度为T时的ρ=（30-T）*998.2/10-(20-T)*999.7/10 得到ρ=999.11 kg/m3 = 流量 = 泵轴输入功率 = 泵的有效功率 效率 2、孔流系数标定  d0=24.2mm d=φ48*3mm 序号 h/mm t/s qv/ m3/s /kPa 校正/kPa T/ ρ/kg/m3 μ/mPa.s C0 Re 1 300 30.78 0.002388 25.6 25.0 13.9 999.11 1.188 0.734 60917.34 2 250 29.97 0.002044 21.0 20.4 13.9 999.11 1.188 0.696 52136.47 3 300 37.13 0.001980 18.3 17.7 13.9 999.11 1.188 0.723 50499.21 4 300 40.66 0.001808 15.2 14.6 13.9 999.11 1.188 0.727 46115.00 5 300 45.36 0.001621 12.0 11.4 13.9 999.11 1.188 0.738 41336.77 6 300 53.42 0.001376 8.9 8.3 13.9 999.11 1.188 0.734 35099.88 7 300 64.29 0.001143 6.0 5.4 14.0 999.10 1.185 0.756 29238.82 8 200 52.97 0.000925 4.1 3.5 14.0 999.10 1.185 0.760 23658.22 9 200 90.21 0.000543 1.8 1.2 14.1 999.08 1.182 0.762 13926.74                       以第三组数据为例，计算过程如下： t水=20℃，查表得ρ=998.2kg/m3      μ=1.005 mPa.s    t水=10℃, 查表得ρ=999.7 kg/m3      μ=1.305mPa.s t=13.9℃时    用内插法计算：当温度为T时的ρ=（30-T）*998.2/10-(20-T)*999.7/10 μ= (30-T）*1.005/10-(20-T)*1.305/10 得到ρ=999.11 kg/m3    μ=1.188 mPa.s 流量 = 由 得到 孔流系数 雷诺数 3、管路特性（Ⅰ） 阀门开度 =4.1-0.6=3.5MPa  d0=24.2mm 序号 频率/Hz qv/m3/s /kPa 校正/kPa /MPa /Mpa T/ ρ/kg/m3 H/m 1 50 0.0008967 4.1 3.5 0.168 0.009 14.0 999.10 18.909 2 45 0.0007876 3.3 2.7 0.133 0.009 14.0 999.10 15.338 3 40 0.0006778 2.6 2.0 0.103 0.009 13.9 999.11 12.277 4 35 0.0005671 2.0 1.4 0.078 0.008 13.9 999.11 9.624 5 30 0.0004793 1.6 1.0 0.053 0.008 13.9 999.11 7.074 6 25 0.0003389 1.1 0.5 0.038 0.008 13.9 999.11 5.543 7 20 0.0001516 0.7 0.1 0.021 0.008 14.0 999.10 3.809 8 15 0 0.6 0.0 0.014 0.008 14.1 999.08 3.095                     以第三组数据为例，计算过程如下： T=20℃，查表得ρ=998.2kg/m3;T=10℃,查表得ρ=999.7 kg/m3 t=13.9℃时，用内插法计算：当温度为T时的ρ=（30-T）*998.2/10-(20-T)*999.7/10 得到ρ=999.11 kg/m3 管路特性（Ⅱ） 阀门开度 ==8.3-0.6=7.7MPa  d0=24.2mm 序号 频率/Hz qv/m3/s /kPa 校正/kPa /MPa /Mpa T/ ρ/kg/m3 H/m 1 50 0.0013300 8.3 7.7 0.148 0.007 14.0 999.10 16.664 2 45 0.0011935 6.8 6.2 0.119 0.007 14.0 999.10 13.706 3 40 0.0010391 5.3 4.7 0.094 0.007 14.0 999.10 11.155 4 35 0.0009094 4.2 3.6 0.070 0.006 14.0 999.10 8.604 5 30 0.0007579 3.1 2.5 0.050 0.006 13.9 999.11 6.564 6 25 0.0005671 2.0 1.4 0.033 0.006 13.9 999.11 4.829 7 20 0.0003713 1.2 0.6 0.019 0.006 13.9 999.11 3.401 8 15 0 0.6 0.0 0.014 0.006 14.0 999.10 2.891                     计算过程同上。 管路特性（Ⅲ） 阀门开度 =15.6-0.6=15.0MPa  d0=24.2mm 序号 频率/Hz qv/m3/s /kPa 校正/kPa /MPa /Mpa T/ ρ/kg/m3 H/m 1 50 0.0018564 15.6 15.0 0.110 0.012 14.0 999.10 13.297 2 45 0.0016604 12.6 12.0 0.089 0.012 14.0 999.10 11.155 3 40 0.0014056 9.2 8.6 0.070 0.012 14.0 999.10 9.216 4 35 0.0012591 7.5 6.9 0.053 0.012 14.1 999.08 7.482 5 30 0.0010054 5.0 4.4 0.049 0.012 14.0 999.10 7.074 6 25 0.0007876 3.3 2.7 0.026 0.010 13.9 999.11 4.523 7 20 0.0005465 1.9 1.3 0.016 0.010 14.0 999.10 3.503 8 15 0 0.6 0.0 0.013 0.010 14.0 999.10 3.197                     计算过程同上 七、作图分析 1、离心泵特性曲线 由表（1）中数据，做离心泵特性He-qv .Pa-qv和η-qv曲线图，如下图所示： 图3  离心泵特性曲线He-qv 、Pa-qv、η-qv图 注：纵轴：左轴为He/m，右一轴为Pa/kw，右二轴为η；横轴：qv/m3/s。 2、孔流系数标定 图4  C0~Re图 左图为半对数坐标系中的C0与Re关系曲线，由图可知在该Re范围内C0基本不变，故对其进行常数拟合，得到C0=0.7369，见右图。 3、管路特性曲线 图5 管路特性曲线图 八、图形分析及结果讨论 1、离心泵特性曲线 （1）由图三可以看出，随着流量的增加，离心泵的扬程逐渐下降，且在大流量范围内下降更快就，流量为0时，空载扬程即最大扬程为20.1m；轴功率Pa逐渐增大，且在大流量范围内增加叫缓慢；效率先增大后减小，有最大值。 （2）从图中可大致读出，效率最大为0.33，此时流量约为0015m3/s，扬程14.7m，轴功率0.7kw，为最佳工作点。在流量略小于或等与最大效率所对应的流量范围为该离心泵适宜工作的范围。 （3）图中均采用二次曲线拟合，可以看出拟合效果较好，所测点均匀分布在拟合曲线两侧，无偏离较远的点。 2、孔流系数标定 （1）图4中左图为单对数坐标系中的C0与Re关系曲线，曲线在所测Re范围内比较平稳，无较大波动，故可认为在所测Re范围内C0定值，以方程C0=b（b为常数）对该曲线进行拟合，得到C0=0.7369，即该孔板流量计的孔流系数为0.7369。 （2）由左图可以看出，实验点有些波动，可能是由于流量测定不准确（如未等水箱中液面稳定就读数或测量时间不准确）或是压力表读数不准确造成的。 3、管路特性曲线 （1）在图5中，分析每一条曲线，可以看出管路所需压头H随流量的增加而增大，且流量越大，增大的速率越快。从管路特性方程中也可以得到同样的结论（H=A+f（qv），qv增大，H增大）。同时，在阀门开度一定是，流量的改变是依靠频率的改变来实现的，频率越大，流量也越大。 （2）分析这三条曲线，可以看出随着阀门开度增大，管路特性曲线变缓，这是由于阀门开度增大时，其阻力系数减小，流动阻力减小，管路所需压头H减小，特性曲线变缓。 （3）对这三条曲线均采用二次拟合，拟合效果较好。但在特性曲线3中流量为0.0010时的点偏离较大，可能是由于测量时未等流动稳定就读取数据造成的。 九、思考题 1.根据离心泵的工作原理，分析离心泵启动前为何要灌泵，且要关闭流量调节阀？ 答：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；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。 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：当由小到大调节阀门开度时，出口压力表逐渐减小，而真空表读数不变。 3.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。 答：气缚现象是离心泵启动时，如果泵内存有空气，由于空气密度相对于输送液体很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。气缚现象表示离心泵无自吸能力，所以在启动之前必须向泵壳内灌满液体。 而气蚀现象是离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在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。会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，造成叶轮损坏。 两者虽然都是由于叶轮附近压力过低造成，但气缚现象不会给泵带来太大损坏，但气蚀现象却会损坏泵。 4.根据什么条件来选择离心泵？ 答：主要根据被输送液体的性质和操作条件来确定泵的类型，如输送液体的黏度、腐蚀度、管路所需压头等。 5.从你得到的特性曲线中分析，如果增加该泵的流量范围，你认为可以采取哪些措施？ 答：可以将泵串联或者并联使用，这样都可以增加泵的流量范围。 6.用变频器调节流量为什么节能？ 答：变频调节时，电动机的输出功率是随着频率的变化而变化的，不会有过多的功率 浪费。而改变流量阀开度调节流量时，电机实际上输出的功率是不变的，有很多的浪费。因此变频调节节能。 7.现有一段d内=26mm不锈钢管道，预用其输送液体水，流量范围0.6～6m3/h。请 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 一款合适的孔板流量计，确定孔口尺寸、以及测量孔板压差的压差计量程？ 答：已知d=26mm，μ=0.001Pa·s,ρ=1000kg/m3 十、问题、建议等 1、泵工作时的震动对水流平稳性的影响较大，使读数、层流分析不准确，建议不同组装置安放的距离加大，以免互相影响。 2、实验中应尽量保持水的恒温，这样对本实验更有意义，建议使用恒温水槽供水。 3、压力测量读数装置稳定性太差，读数不易，建议更换更方便的装置。 参考资料： 1、杨祖荣主编．化工原理实验．北京：化学工业出版社，2003 2、杨祖荣，刘丽英，刘伟．化工原理．北京：化学工业出版社，2002 3、陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编．化工原理．北京：化学工业出版社，1999