离心泵特性曲线的测定实验.docx

离心泵特性曲线的测定实验 一、实验内容测定一定转速下离心泵的特性曲线。二、实验目的（1）了解离心泵的结构特点，熟悉并掌握离心泵的工作原理和操作方法。（2） 掌握离心泵特性曲线的测定方法。（3） 学习并掌握用误差分析理论来确定曲线标绘的坐标比例。三、基本原理泵是输送液体的机械。工业上选用泵时，一般根据生产工艺要求的扬程和流量，考虑所输送液体的性质和泵的结构特点及工作特性，来决定泵的类型和型号。对一定类型的泵而言，泵的特性主要是指泵在一定转速下，其扬程、功率和效率与流量的关系。 离心泵是工业上最常用的液体输送机械之一，其结构特点可参阅化工原理教材第二章。离心泵的特性，通常与泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片数目及弯曲程度），泵的转速以及所输送液体的性质有关，影响因素很多。在理论上，为了导出扬程的计算公式，假定液体为理想流体（无粘性），叶片无限多。对于后弯叶片的泵，理论上导出的流量 qV 和扬程 He 之间的关系如图6-1中a线所示。实际上，任何液体都是有粘性的，且泵的叶片数也是有限的。因此，液体在通过泵的过程中会产生一定的机械能损失，使离心泵的实际扬程与理论扬程差别很大。 如图6-1所示，由于离心泵叶片数并非无限多，液体在泵内叶片间会产生涡流，导致机械能损失，此损失只与叶片数，液体粘度，叶片表面的粗糙度等因素有关，考虑这些因素后的扬程为图6-1中的b线。实际流体从泵的入口到出口存在阻力损失，其大小约与流速的平方成正比，亦即约与流量的平方成正比，考虑到这项损失后的扬程为图6-1中的c线。此外，进入泵中的液体在突然离开叶轮周边冲入沿泵蜗壳流动的液流中，也会产生冲击，也造成机械能的部分损失，该部分损失在泵的设计点处达到最小（图6-1中点P所示）泵的实际流量偏离设计点愈大，冲击损失便愈大。在考虑到这项损失后，离心泵的实际扬程应为图6-1中的曲线d。 显然，以上讨论的机械能损失在理论上是难以计算的。因此离心泵的特性只能采用实验的方法实际测定，如果在泵的进口管和出口管处分别安装上真空表和压力表，则可根据伯努利方程得到扬程的计算公式 式中，h0二测压点截面之间的垂直距离，m；p1真空表所处截面的绝对压力，MPa；p2压力表所处截面的绝对压力，MPa；u1泵进口管流速，m/s；u2泵出口管流速，m/s；He泵的实际扬程，m。由于压力表和真空表的读数均是表示两侧压点处的表压，因此，式可表示为： 其中 式、中 p1 和 p2 是压力表和真空表的显示值。离心泵的进出口管直径一般是相同的，因此，扬程 He 的最终计算式为 离心泵的效率为泵的有效功率和轴功率之比值。 式中 离心泵的效率；Pe离心泵的有效功率，kW；P轴离心泵的轴功率，kW;有效功率可用下式计算： 或 轴功率可用马达天平仪实际测定。泵的轴功率是由泵配置的电机提供的，而输入电机的电能在转变成机械能时亦存在一定的损失，因此，工程上有意义的是测定离心泵的总效率（包括电机效率和传动效率）。 实验时，使泵在一定转速下运转，测出对应于不同流量的扬程，电机输入功率，效率等参数值，将所得数据整理后用曲线表示，即得到泵的特性曲线。要知道，离心泵的特性与泵的转速有关，转速不同，泵的流量，扬程，功率，效率等也不同，亦即离心泵的特性曲线要相应发生改变。工业上，广泛利用出口阀门调节离心泵的流量，实际上是利用阀门的开度改变系统地阻力，从而达到调节的目的。从能量利用的角度看，这种方法并不合理。随着变频调速技术的完善，通过改变泵的转速来达到调节流量的方法在工业领域越来越多的被采用，这在经济上更为合理。 应指出的是，根据上述实验原理测定的结果只是反映了离心泵本身在一定转速上的特性。在工业应用中，液体的输送实际是由离心泵和管路系统共同完成的，泵的实际流量和扬程不仅与离心泵的特性有关，还取决于管路系统地特性（阻力与流量之间的关系）。以上所论及的阀门调节，实际上是在离心泵特性曲线不变的情况下通过改变管路特性曲线来达到流量调节的目的；而通过改变泵的转速调节流量的办法，实际上是在管路特性曲线不变的情况下改变泵的特性曲线来实现流量的调节。因此，脱离特定的管路条件讲离心泵的流量或扬程是没有意义的。通常生产厂家给出的泵特性曲线是在进出口管路直径与泵的进出口直径相同的情况下测定的，离心泵名牌上给出的参数值只是指泵在最高效率点的流量和扬程。四、实验设计实验设计包括实验操作方案的确定，数据测试点及测试方法和操作控制点及控制方法的确定，以及实验装置流程的设计。实验方案用自来水做实验物料，在离心泵转速一定的情况下，测定不同流量下离心泵进出口的压力和电机功率，即可由式、和计算出相应的扬程、功率和效率；在实验布点时，要考虑到泵的效率随流量变化的趋势。测试点和测试方法根据实验基本原理，需测定的原始数据有：泵两端的压力 p1 和 p2，离心泵的电机功率qV，水温t(以确定水的密度)以及进出口管路的管径 d1和 d2，据此可配置相应的测试点和测试仪表。离心泵出口压力 p2由压力表测定。离心泵入口压力 p1由真空表测定。流量由装设在管路中的涡流流量计测定，涡轮流量计在安装时，必须保证仪表前后有足够的直管稳定段和水平度，涡轮流量计的二次显示仪表采用数字式电机仪表，其流量 qV=示值读数其中 qV流量，L/s。电机功率采用数字式仪表测定。由于仪表显示的是单相的电机输入功率，因此 Pa=显示读数(W)水的温度用Pt100温度计测定，温度计安装在泵出口管路的上方。控制点和调节方法实验中控制的参数是流量qV,可用调节阀或变频器来进行控制调节。为了保证系统满灌，将控制阀安装于出口管路的末端。实验装置及流程主要设备：离心泵循环水箱涡轮流量计流量调节阀压力表真空表温度计功率表变频器实验装置流程如图6-2所示，由离心泵和进出口管路、压力表、真空表、流量计和调节控制阀组成测试系统。实验物料为自来水，为节约起见，配制水箱循环使用。为了保证离心泵在启动时满灌，排除泵壳的空气，在泵的进口管路末端安装有止逆底阀。图6-2 离心泵特性曲线测定实验装置流程五、实验操作要点（1） 首先打开引水阀引水灌泵，并打开泵体上的排水阀排除泵内的气体，确认泵已灌满且其中的空气已排净，关闭引水阀和泵的排气阀。（2） 在启动泵前，要关闭出口控制阀和显示仪表电源开关，以使泵在最低负荷下启动，避免启动脉冲电流过大而损坏电机和仪表。（3） 启动泵，然后在将控制阀开至最大以确定实验范围，在最大的流量范围内合理布置实验点。（4） 将流量调至某一数值，待系统稳定后，读取并记录所需数据（包括流量为零时的各有关数据）。（5） 实验结束时，先将控制阀关闭，再关闭电机电源开关闭总电源。五、实验数据处理和结果讨论（1） 在数据处理结果标绘于坐标图纸上之前，要求根据误差分析的理论，计算估计实验结果的误差，并根据计算结果求出坐标分度比例尺，根据该比例尺确定坐标分度后，再行标绘。（2） 对实验结果进行分析讨论，例如：离心泵的扬程、效率及泵的功率与流量之间的关系，分析一下之所以出现这种现象的原因，所得结果的工程意义等等，从中得出若干结论。（3） 对实验数据进行必要的误差分析，评价一下数据和结果的好与差，并分析原因。（4） 论述一下对实验装置和实验方案的评价，提出自己的设想和建议。（5） 试分析讨论，倘若进、出口管路直径和泵的进、出口直径不同，泵的特性曲线是否会发生变化？数据处理：离心泵部分参数：进口管径 d1 40mm 出口管径 d2 25mm h0=108mm 涡轮流量计 仪表常数 =327.22水温：13.8 查表得：13.8时，水的密度=998.7kg/m3原始数据记录：Qp1/MPap2/MPaPa/kWQp1/MPap2/MPaPa/kW000.2190.172584-0.00990.1910.30416-0.00380.2130.178602-0.01010.190.30340-0.00380.210.175622-0.01030.1890.31475-0.00380.1410.184642-0.01180.1840.318100-0.00380.150.19663-0.01210.1810.322135-0.00380.1620.197683-0.01260.180.316163-0.00390.1630.206703-0.01340.1770.326229-0.0040.1970.21725-0.0140.1740.324272-0.00410.2090.228745-0.01420.1710.334327-0.00480.2080.244768-0.01530.1690.336350-0.00570.2060.244785-0.0160.1670.337375-0.0060.2040.252800-0.01620.1620.344393-0.00610.2020.254833-0.01780.160.349420-0.00620.2010.259860-0.01820.1540.355450-0.00650.20.271901-0.01990.1480.356483-0.00790.1980.274929-0.02040.1410.358504-0.0080.1960.285952-0.02180.1390.363522-0.00820.1950.288981-0.02250.1320.371543-0.00840.1930.2971027-0.02420.1270.381566-0.00980.1920.3数据处理：以第二组实验为例进行计算，流量q=Q=12327.22=0.0489L/s入口流速u1=4qd12=40.048910-33.140.042=0.04m/s出口流速u2=4qd22=40.048910-33.140.0252=0.10m/s扬程He=p2-p1g+h0+u22-u122g=0.2130-0.0038106998.79.8+0.108+0.102-0.04229.8=22.3m有效功率Pe=HeqV102=22.30.0489998.710-3102=0.011kW总效率=PeP电=0.119730.178=0.02将计算结果列于下表qHePeqHePe0.00 22.5 0.0000 0.0000 1.78 21.2 0.3706 0.4063 0.05 22.3 0.0107 0.0200 1.84 21.2 0.3812 0.4193 0.12 22.0 0.0263 0.0501 1.90 21.1 0.3931 0.4173 0.23 14.9 0.0335 0.0606 1.96 20.8 0.3997 0.4189 0.31 15.8 0.0474 0.0831 2.03 20.6 0.4082 0.4225 0.41 17.1 0.0690 0.1167 2.09 20.6 0.4204 0.4434 0.50 17.2 0.0839 0.1358 2.15 20.4 0.4289 0.4386 0.70 20.7 0.1421 0.2255 2.22 20.2 0.4382 0.4508 0.83 22.0 0.1791 0.2618 2.28 20.0 0.4450 0.4441 1.00 22.0 0.2156 0.2945 2.35 19.9 0.4580 0.4543 1.07 21.9 0.2298 0.3140 2.40 19.8 0.4660 0.4609 1.15 21.8 0.2446 0.3236 2.44 19.4 0.4641 0.4497 1.20 21.6 0.2544 0.3338 2.55 19.4 0.4845 0.4628 1.28 21.6 0.2711 0.3489 2.63 18.9 0.4875 0.4577 1.38 21.5 0.2901 0.3569 2.75 18.6 0.5021 0.4702 1.48 21.5 0.3113 0.3787 2.84 18.0 0.5017 0.4671 1.54 21.4 0.3224 0.3771 2.91 18.1 0.5144 0.4724 1.60 21.3 0.3331 0.3855 3.00 17.5 0.5139 0.4618 1.66 21.2 0.3441 0.3862 3.14 17.3 0.5324 0.4658 1.73 21.3 0.3601 0.4001 作图：发现流量较小时，数据不够理想，故舍去，得如下图像较为理想，从图中可得，随着流量的增大，扬程减小，泵功率和效率增大。改变泵的频率，得以下结果Qp1/MPap2/MPaPa/kWf/Hz622-0.01190.1870.3150564-0.01010.1510.23345504-0.00830.120.17140442-0.0080.0910.12435379-0.00630.0620.8930计算结果如上，得fqHePe501.9009 21.1 0.3923 0.4219 451.7236 17.1 0.2886 0.4129 401.5402 13.6 0.2057 0.4011 351.3508 10.6 0.1395 0.3751 301.1582 7.3 0.0831 0.0311 随着电机频率的减小，泵的转速明显减少，流量，扬程，泵功率，效率均减少。且根据实验时的现象，各数据减少得较为明显。心得体会1、 过实验可以看出离心泵在特定的转速下有其独特的特性曲线，而且不受管路特性曲线的影响。2、 在固定的转速下，离心泵的流量、压头和效率不随被输送的液体的性质（如密度）而改变，但泵的功率与液体密度成正比关系。3、 离心泵的轴功率P在流量为零时为最小，随着流量的增大而上升，因而在启动离心泵时应关闭泵的出口阀，以减少启动电流，保护点击，待运转正常后，再打开泵的出口阀并条机流量至规定值。同理在停泵时，也要先关闭出口阀，这样可以防止排除管中液体倒流，保护叶轮。4、 离心泵的压头一般随流量加大而下降。5、 改变离心泵出口管路上