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化工原理实验串、并联操作方式对离心泵流量的影响-确定操作方式的判据研究姓 名: 段鑫焱学 号： 0802316学 院： 生物科学与工程学院班 级： 生物工程3班同 组 人： 陈桂灵 聂情 杨瑾指导老师： 叶长燊实验时间： 2004年4月18日离心泵特性曲线的测定及串、并联优化组合的研究段鑫焱（福州大学生物科学与工程学院 350002）摘要：通过实验测定的离心泵特性数据，作出特性曲线图。再利用最小二乘法一元线性回归拟合曲线，比较离心泵串、并联的工作特性，得出在不同管路特性曲线下，提高效率的最佳方法以及选择泵流量调节的理论判据。关键词：离心泵 特性曲线 串联 并联Abstract: The centrifugal pump characteristic data determined through the experiment, make the curve graph of the characteristic. And then utilize linear return of least square method of one yuan to fit in the curve, compare the centrifugal pump bunch, parallel performance characteristics, draw it under different pipeline characteristic curves, the best method to raise the efficiency and theory criterion choosing the flow of the pump to regulate. Keywords: Centrifugal pump Characteristic curve Series connection Connect in parallel离心泵是一种广泛应用于化工系统的流体机械。它具有性能适应范围广、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等优点。通常所选离心泵的流量、压头可能会和管路的要求的不一致等原因而要对泵进行流量调节，实质是改变离心泵的工作点。离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的。由于各种调节方式的原理不同，为了提高效率我们必须选择一种最佳的流量调节方式，需要一个特定的判据来指导我们的组合选择。1.实验装置及流程：离心泵实验装置流程见图1。水箱内的清水，自泵的吸入口进入离心泵，在泵壳内获得能量后，有出口排出，流经孔板流量计和流量调节阀后，返回水箱，循环利用。 图1 离心泵实验装置1.水槽 2.水泵 3.真空表 4.压力表2.实验基本原理及计算公式2.1基本原理在一定转速下，泵的扬程，功率与其流量之间的关系，即为泵的特性曲线。泵的扬程可由进出口的能量计算式求得：He=H压力表+H真空表+ H0 m其中，H压力表，H真空表分别为离心泵的出口，进口的压力m。H0为两侧的压口间的垂直距离H0=0.6m，又因为起始时真空表的读数为0，但实际上所在点的真空度不为零，而等于水槽内液面的高度hm本次实验所测的水位高度为0.44m。所以 He=H压力表+H真空表+h+ H0 mN轴= N电机*电机*传动 kw电机电机效率，取0.9传动联轴节传动装置的效率，取1.0；Ne=Q He/102 kw因此： = Ne/N轴2.2实验所测的数据及处理数据单泵特性曲线实验：平均温度：27.7,密度：996.27kg/m3序号孔板压降（Kpa）压力表（m）真空表（m）电机功率（Kw）温度（）117.36.6-0.60.9326.5214.29.6-0.50.9126.9312.011.5-0.40.8527.0410.013.0-0.40.7927.158.513.7-0.30.7427.467.214.6-0.30.7227.476.115.8-0.30.728.085.016.6-0.20.6628.194.017.3-0.20.6228.1103.018.4-0.20.628.2112.019.4-0.10.5828.3121.120.3-0.10.5428.3130.520.9-0.10.5228.314021.800.4728.5表1 单泵特性曲线实验原始数据由单泵特性曲线的原始数据处理得：表2 单泵特性曲线处理数据序号流量Q（m3/h）扬程He（m）有效功率Ne轴功率N总效率(%)17.1048.240.1500.83718.026.42411.140.1860.81922.835.89512.940.2000.76526.145.37214.440.2040.71128.754.94415.040.1960.66629.464.54315.940.1910.64829.574.17517.140.1890.63030.083.77217.840.1780.59430.093.36618.540.1650.55829.6102.90719.640.1510.54028.0112.36420.540.1290.52224.7121.74321.440.0990.48620.4131.16622.040.0680.46814.614022.8400.4230双泵串联实验：平均温度：30.4,密度：995.47 kg/m3表3 双泵串联数据序号孔板压降（Kpa）出口压力（m）入口真空（m）电机频率（Hz）温度（）流量（m3/h）扬程He（m）123.66.1-0.65029.58.3237.74220.313.4-0.55029.87.70814.94317.018.6-0.45030.17.04120.04414.323.4-0.35030.36.44624.74511.427-0.35030.45.74328.3469.429-0.25030.55.20530.2477.331.8-0.25030.64.57533.0485.234.6-0.25030.73.84835.7493.537.6-0.15030.73.14538.64102.239.205030.82.48240.24111.140.905030.81.74341.9412043.40.15030.8044.34双泵并联实验：平均温度：31.6，平均密度：995.09kg/m3表4 双泵并联实验数据处理序号孔板压降（Kpa）出口压力（m）温度（）电机频率（Hz）扬程（m）流量（m3/h）1021.130.75022.140236.513.731.25014.7410.396329.814.431.35015.449.375425.015.331.35016.348.572521.316.031.55017.047.899618.516.631.65017.647.351715.517.331.75018.346.717813.318.231.75019.246.213911.718.731.75019.745.820109.019.231.85020.245.091116.719.631.95020.644.379125.119.931.95020.943.8104133.620.232.05021.243.190141.920.632.15021.642.303150.920.832.15021.841.5732.3计算公式流量的换算公式为： Q流量 m3/hP孔板压差 kPa孔板流量计参数C11.66，C20.51（第三套仪器）密度：=-0.003589285t2-0.0872501t+1001.44以上数据都是按照实验原理及计算公式处理的结果。2.4最小二乘法线性回归得出有关方程利用处理出来的数据和最小二乘法线性回归得出图和有关方程。(xiyi)=x1y1+x2y2x14y14x平均=x1+x2+x14 y平均=y1+y2+y14xi2=x12+x22+x142可以回归得到：单泵Q-H线性回归曲线：y=-0.2749x+22.324(如图2) 例：单泵Q-H线性回归曲线(xiyi)=x1y1+x2y2x14y14=3461.802x平均=x1+x2+x14=18.7034 y平均=y1+y2+y14=16.5429xi2=x12+x22+x142=8061.913则：b =（(xiyi)-nx平均y平均）/xi2n(x平均)2=（3461.802-14*18.7034*16.5429）/8061.913-14*（18.7034）2=-0.2749a = y平均-b x平均=16.5429+0.2749*18.7034=22.324图2 单泵Q-H线性回归曲线 图3 单泵Q-N线性回归曲线单泵Q-N线性回归曲线：y=0.062x+0.381(如图3)双泵串联Q-H线性回归曲线：y=-0.4936x+43.966(如图4)图4 双泵串联Q-H线性回归曲线 图5 双泵并联Q-H线性回归曲线双泵并联Q-H线性回归曲线：y=-0.0731x+22.18（如图5）3.结果分析与讨论3.1泵流量调节的主要方式3.1.1 改变管路特性曲线改变离心泵流量最简单的方法就是利用泵出口阀门的开度来控制，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。阀门关小，管路特性曲线变陡，反之，则变平坦。采用阀门调节流量方法简单，流量可以连续变化，但能量损失较大，泵的H-Q曲线越陡，压头损失越严重。对于不经常改变流量的场合，此法被广泛的采用。3.1.2改变离心泵特性曲线3.1.2.1离心泵特性曲线由实验数据可以得到实验装置离心泵的特性曲线如图6。Q-H曲线表明；扬程H随流量Q的变化而变化，流量越大，则扬程越小。Q-N曲线表明：流量越大，泵所需的功率N越大，当流量Q=0时，N最小。所以在离心泵启动时，应将出口阀关闭，待启动后再逐渐打开阀门，这样可以避免因启动功率过大而烧坏电机。Q-曲线表明：泵的效率开始随着流量增大而升高，达到最大值后，则随着流量的增大而降低。则可以看到此曲线有最高点，一般情况下，在最高效率的92%是高效区。利用单泵Q-非线性回归曲线：y=-1.6397x2+14.031 x +0.4788(如图2，由excel作)。对y求导得：y=-3.2794x+14.031令y=0，则x=4.2785即他的最大效率处，Q为4.2785。将x=4.2785代入y=-1.6397x2+14.031 x +0.4788得y=30.4948则0.92=28.0552，y=0.92=28.0552=-1.6397x2+14.031x+0.4788解得x1=3.0588,x2=5.4983，则泵的高效区为Q应该为3.05885.4983。图6 离心泵特性曲线3.1.2.2改变离心泵特性曲线方法 根据比例定律和切割定律，改变泵的转速、改变泵结构（如切削叶轮外径法等）两种方法都能改变离心泵的特性曲线，从而达到调节流量（同时改变压头）的目的。此种方法在一定范围里可以保持泵在高效区工作，经济，但是他的调节不是很方便，一般只有在调节幅度大，时间长的季节性调节中才使用。3.2分析与讨论在实际的工作中，单泵并不能很好的满足输送的需要，经常需要几台泵组合一起来使用。组合的方式一般有串联和并联。理论上，在相同压头下，并联泵的流量是串联的两倍，然而在实际工作中并联以后，管路中的扬程和流量都增加，但流量达不到单泵的两倍。同样理论上，相同流量下的串联泵的压头为单泵的两倍，扬程要是单泵的两倍。然而实际结果并不完全这样。由双泵并联Q-H线性回归曲线：y=-0.0731x+22.180单泵Q-H线性回归曲线： y=-0.2749x+22.324双泵串联Q-H线性回归曲线：y=-0.4936x+43.966比较单泵Q-H线性回归曲线与双泵并联Q-H线性回归曲线，我们可以看出来单泵和并联泵时的常数项22.180和22.324基本上是一样的，而一次项系数并联泵与单泵相比比值为0.26，这和理论中的比值存在一定的差距（理论上值0.25），同时在图7中我们可以看出同一扬程的情况下并联泵的流量显然比单泵大了许多，但比理论的2倍少一点。这一点我们可以用来在不同情形下选择泵：就是在不要求大扬程的条件下我们可以用并联泵来增加流量，以加快输送的速度。图7 单泵、双泵串、并联特性曲线对比图再比较单泵Q-H线性回归曲线与双泵串联Q-H线性回归曲线，串联的常数项比单泵的2倍小一点，为1.97倍，一次项系数是单泵的1.80倍，同样与理论值存在一定差距。从图7中我们还可以较为清楚地看到：串联时的扬程近似地为单泵时的两倍，在同流量时我们可以根据图形而知使用串联泵可以提高泵的扬程，从而提高了泵的效率。同时在图7，在低阻中（设管路曲线为y=0.05x2+5，）由图可以知道并联与低阻相交的点（工作点）在并联与串联线的交点以下，Q单Q并Q串 Q单,所以并联组合优于串联组合;而对于高阻的管路中（设管路曲线为y=0.5x2+15），由图可以知道串联与高阻相交的点（工作点）在并联与串联线的交点以上，Q单Q并H串H单,所以选择串联组合优于并联组合。注：为了方便讨论本文的高阻和低阻管路曲线分别做了假设。4.结论设串、并联交点为（QC，HC），由：双泵串联Q-H线性回归曲线：y=-2BQ2+2A 双泵并联Q-H线性回归曲线：y=-B/4Q2+A 得： QC=(4A/7B)1/1HC=6/7A点（QC，HC）是串并联特性曲线的交点，如果工作点在其上面，要大幅度提高流量，则应该选择串联；如果工作点在其下面，要大幅度提高流量，则应该选择并联。对于管路曲线有H=C+DQ2，当Q=QC=(4A/7B)1/2时，H=C+QC2=C+4AD/7B，若HHC用串联来提高流量，即C+4AD/7B6/7A，整理得7BC+4AD6AB。由此可得判据如下：若要大幅度提高流量，应该：7BC+4AD6AB时，用串联;7BC+4AD6AB，如果要大幅度提高流量用串联; 低阻情况H=0.05Q2+5，7BC+4AD6AB，因此要大幅度提高流量，串联是最佳的组合。由此我们可以知道，我们选择离心泵是用是串联还是并联，并不是提高流量就选并联，加大扬程就选串联。因此，在实际工作中我们一般要按照双泵组合与管路的关系，同时根据这个判据在二者之间综合出最佳的流量调节方法。参考文献：1.黄禹忠、诸林、何红梅离心泵的调节方式与能耗分析化工设备与管道（机泵栏目电子版）2003年第6期2.福州大学化工原理实验室化工原理实验2004年3月3.阮奇、叶长燊、黄诗煌化工原理优化设计及解题指南北京:化学工业出版社 2001年9月第1版4.周莫仁流体力学泵及风机中国建筑工业出版社 1985年12月第2版5.谭天恩、麦本熙、丁惠华化工原理北京:化学工业出版社 1990年第1版 附：计算举例1.1 离心泵特性曲线（取第7组数据为例）实验测得P6.1kPa， C11.66，C20.51（第三套仪器）;流量 1.66（6.1）0.514.17（m3/h） t 27.7=0.00358928527.7