化工原理实验1234.doc

化工原理实验离心泵串,并联组合操作特性研究报 告 人： 罗泓 学 号： 080300115 班 级： 生物科学与工程学院生物工程（1）班 同 组 人： _陈玉书,陈洁,王茜,田丽娟_指 导 老 师： 李微 实 验 日 期： 2005年4月21日 实验任务书3离心泵串,并联组合操作特性研究在实际生产中用一台离心泵不能满足流量的要求时,或需要对离心泵进行变频调速控制以达到节能的效果时,常采用两台以上的泵组合操作.拟通过本实验进行离心泵串,并联组合操作特性的研究.任务要求(1) 通过实验对IHG32-125管道泵的特性进行分析(2) 通过IHG32-125管道泵的组合操作实验,对其串并联操作特性曲线进行分析研究(包括特性曲线的特点,与单泵特性曲线的联系,对管路流量的影响等)(3) 现需将20的清水从贮水池送至水塔已知塔内水面高于贮水池水面5m。水塔及贮水池水面恒定不变，均与大气相同。输送管为322mm的钢管，总长为10m（100m）（包括局部阻力在内）。1) 若采用IHG32-20管道泵进行输送，则流量为多少?泵在运行时消耗的功率,效率为多少?从经济角度来考虑是否合理?2) 若要提高流量,采用那种方式更为合理?为什么?3) 通过实验研究和本实例的分析,可以得到什么结论?离心泵特性曲线的测定及串、并联优化组合的研究摘要：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、管路特定曲线、离心泵串、并联组合操作前言: 离心泵是应用最广泛的液体输送机械。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。其泵的主要性能包括流量、扬程、轴功率、有效功率、效率、转速等。每台泵都有自己的特性曲线，而泵使用时，又总是安装于某一特定的管路中，因此管路也有管路自己的特定曲线。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。掌握离心泵的工作原理、主要性能参数、特性曲线的测定及应用，离心泵工作点的选择，流量调节等都是非常重要的。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i图2 双泵串联 图3 双泵并联2.实验基本原理及计算公式2.1基本原理离心泵特性曲线：离心泵的主要性能参数有流量Q（也叫送液能力）、扬程H(也叫压头)、轴功率 N和效率。在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率N和效率均随实际流速Q的大小而改变。通常用水经过实验测出Q-H、Q-N及Q-之间的关系，并以三条曲线分别表示出来，这三条曲线就称之为离心泵的特性曲线。泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得： 扬程 He=H压力表H真空表+H0 H H2O m其中：分别为离心泵出口、进口的压力 m 为两测压口间的垂直距离， 功率 N轴=N电机*电机*传动 kw式中 N轴离心泵的轴功率，kw; N电机电机的输入功率，kw; 电机电机效率，取0.9； 传动连轴节传动装置的效率，取0.1Ne=QHe/102 kw 式中 Ne离心泵的有效功率，kw;Q离心泵的流量，m3/s;流体的密度，kg/m3效率 =Ne/N轴管路特性曲线：离心泵的特性曲线只是泵本身的特性，与管路状况无关。而离心泵使用时总是安装于某一特定的管路中，它提供了液体在管路中流动所需的机械能，因此离心泵的实际工作情况是由泵的特性和管路本身的特性共同决定的。管路特性曲线方程为：H=A+BQ2 A=Z+P/ 式中A管路两端的总势能差，m Z管路两端的垂直距离，m P管路两端压差，Pa B管路特性曲线系数，s2/m5 Q管路流量，m3/sA由管路两端实际条件决定。B由管路状况决定，当液体处于高度湍流时，B为常数。若把离心泵的特性曲线与管路特性曲线标绘于同一坐标中，则两曲线的交点即为离心泵在管路中的工作点。如图示，上式即为管路特性曲线方程式，式中反映出:QHfHe。流量的计算：计算公式： 采用孔板流量计，其换算公式为： V=C1RC2 其中：V-流量m3/h R-孔板压差，kpa C1,C2- 孔板流量计参数 C1=1。66,C2 =0。513、实验步骤：1、检查水箱内的水位，若先测定离心泵特性曲线，则先按下“离心泵”按钮，再开启离心泵。2、开启流量调节阀，在恒定转速下进行实验，测取11组数据，为了保证实验的完整性，应测取流量为零时的数据。3、测定管路特性曲线，将流量调节阀固定在某一开度，通过改变离心泵的电机频率来改变流量，测取11组数据。在实验过程中，变频仪的最大输出频率最好不要超过50Hz，最小输出功率不要低于20HZ，以免损坏离心泵和电机。4、进行泵的串联实验时，应在恒定的转速下，测取15组数据，为了保证实验的完整性，应测取流量为零时的数据。5、水的密度计算公式密度：式中：水的平均温度 三,实验数据处理与结果分析：表1 单泵特性曲线实验原始数据序号孔板压降Kpa温度出口压力m入口真空m输入功率Kw1026.514.600.14210.1526.63.1-0.30.5838.4726.76.3-0.30.546.7526.77.6-0.30.4854.4826.89.5-0.20.4263.3726.910.4-0.20.472.3126.911.3-0.20.3981.2226.912.3-0.10.3790.742712.8-0.10.33表1 单泵特性曲线实验原始数据流量Q（m3/h）扬程He（m）有效功率Ne(kw)轴功率N(kw)总效率(%)014.73800.12605.4125979612.9380.043158550.5228.267921424.935471266.1380.08221530.4518.2700674.3959527147.4380.088737320.43220.54104733.5666449229.4380.091353420.37824.1675723.08460343210.3380.086538350.3624.03843192.54419384611.2380.077591120.35122.10573091.83717954612.3380.061513320.33318.47246721.42369272312.8380.049599140.29716.7000481表2 单泵特性曲线处理数据计算举例:(选取第八点)(1) 流量 = 1.66*1.220.51 =1.837179546 m3/h(2) 扬程He=出口压力-入口真空+0.6-0.462=12.3-(-0.1)+0.6=12.338m(3) =-0.003589285t2-0.0872501t+1001.44 =996.4957298 kg/m3(4) 有效功率Ne=QH/102=1.837179546*12.338*996.4957298/102/3600=0.06151332kw(5) 轴功率N=输入功率*电机*传动 =0.37*0.9*1 =0.333kw(6) 总效率=Ne/N*100% =0.06151332/0.333*100% =18.4724672%图1：单泵扬程与流量的关系图QHe的关系 y=-0.2707Q2-0.4942Q+14.432、对两个串联泵的数据分析和处理孔板压降水温密度出口压力入口真空电机频率流量Q扬程He028996.18344.5050044.63822.9828.1996.15415.4-0.7508.6561864.83820.9528.6996.008811.3-0.6508.25737310.83819.0628.8995.950114.7-0.6507.86865914.23817.3229995.891218.1-0.5507.4937217.73814.7929.2995.831921.8-0.4506.9138821.53812.7429.4995.772425.1-0.4506.40729124.83810.8829.7995.682627.3-0.4505.91178727.0389.0429.8995.652528.9-0.3505.37878228.7386.4929.9995.622431.8-0.3504.54237431.6384.9330.2995.531534-0.2503.94811733.9383.430.3995.50136.3-0.2503.26657236.2382.1130.6995.409338.9-0.1502.56107438.9381.0630.6995.409340.4-0.1501.80278540.4380.5430.7995.378641.2-0.01501.27808241.328计算举例：选取第二点(1)扬程He=出口压力-入口真空+0.6-0.462 =5.4+0.7+0.6-0.462 =4.838m(2) 流量 =1.66*22.980.51 =8.656186 m3/h3、对两个并联泵的数据分析和处理孔板压降水温密度出口压力电机频率流量Q扬程He0.0430.2995.531521.6500.30792721.72562.8230.4995.470511.75013.1349111.82557.1630.6995.409312.55012.517412.62552.0830.7995.378613.35011.9371113.42547.4330.9995.316913.85011.381113.92537.131995.285914.75010.0410214.82537.1131.1995.254915.45010.042415.52532.1531.2995.223816509.3338216.12527.0631.3995.192716.7508.54838916.82521.3631.4995.161517.3507.57693817.42517.2431.5995.130218506.79252318.12511.7731.6995.098818.9505.59104719.0259.8931.7995.067319.2505.11619719.3257.9231.8995.035819.7504.5682219.8256.0331.9995.004220503.975220.1254.0231.9995.004220.4503.23260320.5252.0232994.972620.8502.27575920.925计算举例：（选取第二点）(1)扬程He=出口压力-入口真空+0.6-0.475 =11.7+0.6-0.475 =11.825m(2) 流量 =1.59*62.820.51 =8.656186 m3/h QHe的关系 单泵：y=-0.2707Q2-0.4942Q+14.43 并联泵：y=-0.0343Q2-0.300065Q+21.839 串联泵：y=-0.4274 Q2-0.3641Q+43.057四,操作要点：1、 检查水箱内的水位，然后开启离心泵；2、 开启流量调节阀，在恒定的转速下测10组数据。3、 进行串、并联实验，记录相关数据孔板压降，出口压力，水温，电机频率等五、注意事项：1、 泵应当在流量调节阀关闭时开启；2、 系统先排净气体，以使流体能够连续流动；3、 为了避免传感器进水而损坏，应缓慢打开流量调节阀。六误差分析a) 虽然四组数据是同一型号的泵测得的，但是它们不是用同一套设备，所以其管路条件使其的误差很大。b) 由于每个人在操作时的控制分寸不一样，所以难免有很大的出入，使误差增大。c) 另外还有在读取实验数据时，稳定时间不够，造成读出的数值不准确，同样也可以对扬程造成很大的影响。七,结果讨论：(1) 通过实验对IHG32-20管道泵的特性进行分析l、HeQ曲线表示泵的压头H在较大流量范围内是随流量增大而减小。离心泵都有这一重要特性，有的曲线形状比较平坦，适用于流量变动范围较大的场合；而比较陡峭的，说明流量稍有一点变化即会引起扬程的急剧变化。由实验得出的数据图可知IHG32-20管道泵的HeQ曲线比较陡峭，所适用与压头变动大而流量变动较小的场合。2、N轴Q曲线表示泵的轴功率N轴，由曲线看出，泵的轴功率N轴随流量增大而增大，在流量为零时，轴功率最小。所以，泵在启动时应将出口阀关闭，使泵在最低功率下启动，以防止电机过载。4、 Q曲线表示泵的效率，当Q=0时，其值最小为0;随着流量的增加，泵的效率也随着增加，达到峰值后，流量增加泵的效率反而下降。这一最高点，称为设计点。流量过大或过小，效率都将降低。最高效率点对应的Q、H及P值称为最佳工况参数。一般高效区为不低于最高效率的92的范围。选用离心泵时，应尽可能使泵在高效区内工作。(3) 通过IHG32-20管道泵的组合操作实验对其串、并联操作特性曲线进行分析研究 由实验所得的单泵和双泵串联的实验数据图可得出：串联特性方程为串联运转的总压头和总流量是由工作点所决定的。因为串联后的总流量Q串必与串联组合中的每一台单泵的流量Q相等，所以总效率就是Q串所对应的单泵效率。因而管路中的流量不会增加，扬程则会提高。然而两台相同的泵串联运转后的压头虽较一台单独使用时高，可并不是增高一倍。并联时，在扬程相同的情况下，流量变成单泵的两倍。因此，泵的并联、串联运转都可以提高流量和压头。而实际运用则要根据管路特性来选择适宜的组合方式。组合方式的选择(1) 若管路两端的压头大于单台泵所能提供的最大扬程时,则只能采用串联操作(2) 若单泵输液,只是流量达不到指定的要求.此时可针对管路的特点选择适当的组合方式,以增大流量. 对于低阻输送管路，并联组合输送的流量、提供的扬程均比串联组合的大；对于高阻输送管路，串联组合输送的流量、提供的扬程均比并联组合的大；设将两台型号相同的离心泵并联操作，各自的吸人管路相同，则两泵的流量和压头必各自相同，且具有相同的管路特性曲线。在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。于是，依据单台泵特性曲线工上的一系列坐标点，保持其纵坐标(H)不变、使横坐标(Q)加倍，由此得到的一系列对应的坐标点即可绘得两台泵并联操作的合成特性曲线，如图2.4所示。并联泵的操作流量和压头可由合成特性曲线与管路特性曲线的交点来决定。由图可见，由于流量增大使管路流动阻力增加，因此两台泵并联后的总流量必低于原单台泵流量的两倍。并联泵的工作点(Q并,H并)由并联泵特性曲线与管路特性曲线的交点决定.由于并联组合中两台泵的压头相等均等于H并,而H并为单泵在图中黑圆点的压头,所以并联泵的总效率与单泵在此点的效率相同.图2.4 离心泵的并联操作假若将两台型号相同的泵串联操作，则每台泵的压头和流量也是各自相同的，因此在同一流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍。于是，依据单台泵特性曲线工上一系列坐标点，保持其横坐标(Q)不变、使纵坐标(H)加倍，由此得到的一系列对应坐标点即可绘出两台串联泵的合成特性曲线，如图2.5所示。 同样，串联泵的工作点也由管路特性曲线与泵的合成特性曲线的交点来决定。由图可见，两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。并且,由于串联组合中两台泵的流量相等均等于Q串,故串联泵的总效率为Q串时的单泵效率.图2.5 离心泵的串联操作生产中究竟采用何种组合方式比较经济合理，则决定于管路曲线的形状。对于管路特性曲线较平坦的低阻管路(如图2.6中曲线a所示)，采用并联组合，可获得较串联组合为高的流量和压头；对于管路特性曲线较陡的高阻管路(图中曲线b)，采用串联组合，可获得较并联组合高的流量和压头。对于值高于单泵所能提供最大压头的特定管路，则必须采用串联组合方式。图2.6 离心泵串并联组合方式的选择从上述也可看出：性能相同的泵并联工作时，所获得的流量并不等于每台泵在同一管路中单独使用时的倍数，且并联的台数愈多；流量的增加率愈小。当管路特性曲线较陡时，流量增加的百分数也较小。对此种高阻管路，宜采用串联组合操作。由此我们知道,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