离心泵性能实验报告

北京化工大学 化工原理实验报告 实验名称实验名称 离心泵性能实验 班班 级级 化工 100 学学 号号 2010 姓姓 名名 同同 组组 人人 实验日期实验日期 2012 10 7 离心泵性能试验 1 一 报告摘要 本次实验通过测量离心泵工作时 泵入口真空表 泵出口压力表 孔板压差计 真 P 压 P 两端压差 电机输入功率 Ne 以及流量 Q 这些参数的关系 根据公式P tV 以及可以得 0e HHHH 压力表真空表转电电轴 NN 102 e HeQ N 轴 N Ne 出离心泵的特性曲线 再根据孔板流量计的孔流系数与雷诺数 p uC 2 00 的变化规律作出图 并找出在 Re 大到一定程度时不随 Re 变化时的 du Re Re 0 C 0 C 值 最后测量不同阀门开度下 泵入口真空表 泵出口压力表 孔板压差计两 0 C 真 P 压 P 端压差 根据已知公式可以求出不同阀门开度下的关系式 并作图可以得到管P QH e 路特性曲线图 二 目的及任务 了解离心泵的构造 掌握其操作和调节方法 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 熟悉孔板流量计的构造 性能及安装方法 测定孔板流量计的孔流系数 测定管路特性曲线 三 基本原理 1 离心泵特性曲线测定 离心泵的性能参数取决于泵的内部结构 叶轮形式及转速 其中理论压头与流量的关 系 可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到 由于流体流经泵时 不可避免地会遇到 各种阻力 产生能量损失 诸如摩擦损失 环流损失等 因此 实际压头比理论压头笑 且难以通过计算求得 因此通常采用实验方法 直接测定其参数间的关系 并将测出的 He Q N Q 和 Q 三条曲线称为离心泵的特性曲线 另外 曲线也可以求出泵的最佳操作 范围 作为选泵的依据 1 泵的扬程 He e0 HHHH 真空表压力表 式中 泵出口的压力 H真空表 2 mH O 泵入口的压力 H压力表 2 mH O 两测压口间的垂直距离 0 H 0 H0 85m 2 泵的有效功率和效率 由于泵在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 离心泵性能试验 2 入泵的功率又比理论值高 所以泵的总效率为 轴 N Ne 102 e HeQ N 式中 Ne 泵的有效效率 kW Q 流量 m3 s He 扬程 m 流体密度 kg m3 由泵输入离心泵的功率为 轴 N 转电电轴 NN 式中 电机的输入功率 kW 电 N 电机效率 取 0 9 电 传动装置的效率 一般取 1 0 转 2 孔板流量计空留系数的测定 在水平管路上装有一块孔板 其两侧接测压管 分别与压差传感器两端连接 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 造成孔板前后压强差 作 为测量的依据 若管路直径 d1 孔板锐孔直接 d0 流体流经孔板后形成缩脉的直径为 2 d 流体密度 孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为 u1 u2和p1 p2 根据伯努利方程 不考虑能量损失 可得 或 gh ppu 21 2 1 2 2 2 u ghu2u 2 1 2 2 由于缩脉的位置随流速的变化而变化 故缩脉处截面积 S2难以知道 孔口的面积为已 知 且测压口的位置在设备制成后也不改变 因此 可用孔板孔径处的 u0代替 u2 考虑到 流体因局部阻力而造成的能量损失 用校正系数 C 后则有ghCu2u 2 1 2 2 离心泵性能试验 3 对于不可压缩流体 根据连续性方程有 1 0 01 uu S S 经过整理后 可得 令 则可简化为 2 1 0 0 1 2 S S gh Cu 2 1 0 0 1 S S C C 根据 u0和 S2 可算出体积流量 Vs为 或ghCu2 00 ghSCSuV2 0000s p SCVS 2 00 式中 流体的体积流量 m3 s s V 孔板压差 Pa P 孔口面积 m2 0 S 流体的密度 kg m3 孔流系数 0 C 孔流系数的大小由孔板的形状 测压口的位置 孔径与管径比和雷诺数共同决定 具 体数值由实验确定 当一定 雷诺数 Re 超过某个数值后 就接近于定值 通常 10 d d 0 C 工业上定型的孔板流量计都在为常数的流动条件下使用 0 C 四 装置和流程 离心泵性能实验装置与流程图 1 孔板压降 2 水温 3 泵出口压力 4 泵入口压力 5 电机功率 以上测量数据显示在数字仪表箱上 离心泵性能试验 4 五 操作要点 本实验通过调节阀门改变流量 测得不同流量下离心泵的各项性能参数 1 检查电机和离心泵是否运转正常 打开电机电源开关 观察电机和离心泵的运转情 况 如无异常 就可切断电源 准备实验时使用 2 在进行实验前 首先要排气 开启泵排气完毕后 关闭排气阀 开始实验 3 测泵特性 固定频率 50Hz 2900r min 改变阀门开度 调节水流量从大到小 记录孔板压降 水温 泵出入口压力 电机功率相关数据 4 测取 10 组以上数据并验证其中几组数据 若基本吻合后 可以停泵 同时记录下 设备的相关数据 如离心泵的型号 额定流量 扬程和功率等 5 测管路特性 调节流量至使压力表示数为 20KPa 左右固定不动 按变频器 或 键改变电源频率 调节水流量从大到小 分别记录压力表 真空表及孔流计压降 示数 共测 7 组 6 调节阀门开度 继续测量两组不同数据 7 实验完毕 停泵 记录相关数据 清理现场 六 实验数据处理 原始数据 离心泵型号 HG32 125 管道离心泵 管径 孔板流量计内径 26mm18mm 水温 23 3 997 56kg m 水 0 9325mPa m 水 表 1 泵的特性曲线测定数据记录表 p KPa 3 q mh 压 mH m 真 H Nkw电 44 556 3913 9 0 60 63 39 406 0014 5 0 50 60 32 535 4015 5 0 30 57 26 384 9316 3 0 20 55 20 764 3616 9 0 10 53 14 503 6517 80 10 49 10 113 0318 30 20 47 6 472 4319 10 20 43 3 701 8519 70 30 41 1 391 1420 50 40 37 0 270 5021 00 40 33 0 000 0021 50 40 33 表 2 管路特性曲线数据记录表 开度一开度二开度三 频率 p KPa 压 mH m 真 H p KPa 压 mH m 真 H p KPa 压 mH m 真 H 5020 7016 8 0 113 3017 90 16 66190 2 4516 9013 80 010 7314 70 15 7515 60 3 4013 1311 10 18 2811 70 24 4712 40 3 359 808 60 26 289 10 23 619 50 3 307 126 40 24 536 70 32 697 00 3 254 794 60 32 954 80 31 814 90 4 202 863 00 31 853 10 31 123 20 4 离心泵性能试验 5 数据处理 1 离心泵特性曲线以及数据处理Re 0 C 以表 1 第二组数据为例 3 6 00 0 0016667m 36003600 q Qs e0 HHH14 5 0 5 0 8515 85mH 真空表压力表 0 001667 15 85 997 56 0 258355kw 102102 e e QH N e 0 258355 0 478435 N0 54 N 轴 44 0 001667 997 56 Re87356 64 3 14 0 026 0 0009235 duQ d 0 0 3 2 2 0 44 0 001667 0 737294 22 2 39 4 10 3 14 0 009 997 56 uQ C pp d 处理结果如下 表 3 Re0C 0 00177515 350 26650 4700930350 7384 0 00166715 850 25840 4784873570 7373 0 00150016 650 24430 4761786210 7303 0 00136917 350 23240 4694717780 7404 0 00121117 850 21140 4432634790 7381 0 00101418 550 18400 4171531420 7393 0 00084218 950 15600 3688441150 7350 0 00067519 750 13040 3369353790 7369 0 00051420 250 10180 2758269350 7418 0 00031720 950 06490 1948165980 7458 0 00013921 450 02910 098172800 7422 021 95000 3 smQ e mH kwNe 离心泵性能试验 6 根据表 3 数据可以作出泵的特性曲线 如图 1 所示 图 1 离心泵特性曲线图 作出曲线 如图 2 所示Re 0 C 离心泵性能试验 7 图 2 孔板流量计关系图Re 0 C 2 管路特性曲线 由图 2 中关系图可以看出当雷诺数 Re 大到一定程度后孔流系数趋于平缓Re 0 C 0 C 保持不变 从图中读出这一定值 作为下面求管路特性曲线的已知量 0 0 7365C 以表 2 中第二组数据为例 3 23 00 22 16 9 10 0 7365 3 14 0 0090 00109 m 997 56 p QC Ss e0 HHH13 800 8514 65mH 真空表压力表 不同阀门开度下 改变电机频率后的关系如下表 QH e 表 5 开度一开度二开度三 0 00120717 750 00096718 650 00068419 65 0 00109014 650 00086915 450 00063616 15 0 00096111 850 00076312 350 00056112 95 0 0008309 250 0006659 750 00050410 05 0 0007087 050 0005657 250 0004357 55 0 0005805 150 0004565 350 0003575 35 0 0004493 550 0003613 650 0002813 65 根据表 5 数据可以作出管路特性曲线 如图 3 所示 3 smQ e mH e mH e mH 3 smQ 3 smQ 离心泵性能试验 8 图 3 管路特性曲线图 七 实验结果讨论与分析 1 从图 1 中可以看出 随着流体流量的增加 扬程呈现下降的趋势 而轴功率呈现上升的 趋势 随着流体流量的增加 泵的总效率呈现先增大后减小的趋势 存在着最大功率 由效率曲 线得知 最高点坐标 0 00156 0 4766 即在流量约为时 达到了最大效率 3 0 00156m s 为 47 66 查阅资料得知 离心泵的优先工作范围在最佳效率点流量的 70 120 由此 确定离心泵的最佳工作范围是 0 00109 0 00187 sm 3 2 由图 2 知孔流系数 C0随雷诺数 的变化逐渐减小 但是依然有幅度 依据理论当雷诺数 达到一定程度后孔板系数会趋于定值 因为达到了完全湍流 读出稳定值为 0 7365 实验 可能因为出现误差而使得结果和理论有偏差 考虑到我们做实验的过程 我们在测量流量 时 选取的流量范围过小 容易产生误差 3 由图 3 管路特性曲线可看出 随着流体流量的增加 管路的压头呈现递增的趋势 管路的特性曲线为 由上图可知 H 与 Q 成二次方关系 曲线为抛物线 2 v Hzk q 管路特性方程表明 管路中流体的流量与所需补加能量的关系 由图可分析 第一个开度 对应的曲线阻力损失较大 第三个开度对应的曲线阻力损失较小 由此 可得出结论 低阻管路系统的特性曲线较为平坦 高阻管路的特性曲线较为陡峭 所以可判断 为减少能量损失 在管路中 应尽量减少不必要的阀门等器件 八 思考题 1 根据离心泵的工作原理 分析为什么离心泵启动前要灌泵 在启动前为何要关闭调 节阀 答 在同一压头下 泵进 出口的压差却与流体的密度成正比 如果泵启动时 泵体 离心泵性能试验 9 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 离心泵启动前要管泵 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 当流量调节阀开度增大时 压力表读数减小 真空表读数增大 3 用孔板流量计测流量时 应根据什么选择孔口尺寸和压差计的量程 答 根据公式 以及可知 应根据管路ghCuu2 2 1 2 0 2 1 2 0 0 1 0 01 d d u S S uu 4 2 1 1 d uQ 流量 Q 和管路直径来选择孔径尺寸和压差计的量程 1 d 4 试分析气缚现象与气蚀现象的区别 答 气蚀 现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况 叶 轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时 液体介质就会发生气化 体积骤然膨胀 就会扰乱叶轮进口处液体的流动 气泡随液体进入叶轮被压缩 高压使气泡突然凝结消失 周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间 从而产生很大的局部压力 这种压力不 断的冲击叶轮表面 就会使叶轮很快损坏 气蚀 发生时 泵体震动 响声加大 泵的 流量 压力明显下降 解决方法是 1 选择足够的气蚀余量 2 及时改变不正常的运行