离心泵特性曲线

长江大学化学与环境工程学院长江大学化学与环境工程学院 第第 1 页 共页 共 5 页 页 班序班序 08 黄考黄考 长 江 大 学 化化 工工 原原 理理 实实 验验 报报 告告 班班级级 化工 11302 班 姓姓名名 黄考 学学号号 201303245 班班内内序序号号 08 指指导导老老师师 付家新 罗觉 生 实验四实验四 离心泵特性曲线的测定离心泵特性曲线的测定 1 实验目的及任务实验目的及任务 1 11 1 了解离心泵结构与特性 熟悉离心泵的使用 了解离心泵结构与特性 熟悉离心泵的使用 1 21 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 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 1 31 3 熟悉孔板流量计的构造 性能及安装方法 熟悉孔板流量计的构造 性能及安装方法 1 41 4 测量孔板流量计的孔流系数测量孔板流量计的孔流系数 C C 随雷诺数随雷诺数 ReRe 变化的规律 变化的规律 1 51 5 测定管路特性曲线 测定管路特性曲线 2 基本原理基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一 其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程 H 轴功 率 N 及泵的流量 Q 之间的关系曲线 它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式 由于泵内部流动情况复杂 不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线 只能依靠实验测定 2 1 扬程扬程 H 的测定与计算的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为 1 2 两截面 列机械能衡算方程 MERGEFORMAT 1 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 由于两截面间的管长较短 通常将其阻力项 hf 归并到泵的损失中 且泵进出口为等径管 则有 MERGEFORMAT 1 2 2 1 2 1 0 1 2 式中 泵出口和进口间的位差 对于磁力驱动泵装置 多数 0 2 132 15 0 0 3 情况下 可忽略 即H H并归入到泵内损失中 流体密度 重力加速度 分别为泵进 出口的真空压和表压 1 2 分别为泵进 出口的真空压和表压对应的压头 1 2 分别为泵进 出口的流速 1 2 分别为真空表 压力表的安装高度 1 2 由上式可知 只要直接读出真空表和压力表上的数值及两表的安装高度差 就可计算出泵的扬程 2 轴功率 的测量与计算 MERGEFORMAT 1 3 电 式中 电功率表显示值 电 电机传动功率 可取 0 90 2 2 效率效率 的计算的计算 泵的效率 n 是泵的有效功率与轴功率 的比值 有效功率 Ne 是单位时间内流体经过泵时所获得的实 际功 轴功率 N 是单位时间内泵轴从电机得到的功 两者差异反映了水力损失 容积损失和机械能损失的大 小 泵的有效功率 Ne 可用下式计算 MERGEFORMAT 1 4 电 故泵效率为 MERGEFORMAT 1 5 100 2 3 转速改变时的换算转速改变时的换算 泵的特性曲线是在恒定转速下的实验测定所得 但是 实际上感应电动机在转矩改变时 其转速会有变 化 这样随着流量 Q 的变化 多个实验点的转速 n 将有所差异 因此在绘制特性曲线之前 须将实测数据换 算为某一定转速 n 下 可取离心泵的额定转速 的数据 在 n 20 的情况下其换算关系如下 流量流量 MERGEFORMAT 1 6 扬程扬程 MERGEFORMAT 1 7 H 2 轴功率轴功率 MERGEFORMAT 1 8 3 效率效率 MERGEFORMAT 1 9 2 4 管路特性曲线管路特性曲线 H Q 当离心泵安装在特定的管路系统中工作时 实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关 还与 管路特性有关 也就是说 在液体输送过程中 泵和管路二者是相互制约的 在一定的管路上 泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致 若将泵的特性曲线与管路 特性曲线绘在同一坐标图上 两曲线交点即为泵在该管路的工作点 因此 可通过改变泵转速来改变泵的特 性曲线 从而得出管路特性曲线 泵的压头 H 计算同上 MERGEFORMAT 1 10 2 2 2 其中 MERGEFORMAT 1 11 2 2 2 2 2 8 2 5 2 当时 调节流量 即可得到管路特性曲线 长江大学化学与环境工程学院长江大学化学与环境工程学院 第第 2 页 共页 共 5 页 页 班序班序 08 黄考黄考 2 5 孔板流量计孔流系数的测定孔板流量计孔流系数的测定 孔板流量计的结构如图所示 孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用 造成孔板前后压强差 作为测量的依据 根据伯努利方程式 暂不考虑能量损失 可得 MERGEFORMAT 1 12 2 2 2 1 2 1 2 或 MERGEFORMAT 1 13 2 2 2 1 2 管径 孔板锐孔直径为 流体流经孔板后所形成缩脉的直径为 流体密度为 孔板前测压导 1 0 2 管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为与 由于缩脉的位置随流速的变化而变化 故缩 1 2 1 2 脉处截面积难以知道 而孔口的面积为已知 可用孔板孔径处的来代替 考虑到流体因局部阻力而 2 0 2 造成的能量损失 用校正系数 校正后 则有 MERGEFORMAT 1 14 2 0 2 1 2 对于不可压缩流体 根据连续性方程有 MERGEFORMAT 1 15 1 0 0 1 经过整理可得 MERGEFORMAT 1 16 0 2 1 0 1 2 令 则又可以简化为 C0 1 0 1 2 0 0 2 根据 u0 和 A0 即可算出流体的体积流量 0 0 0 02 或 MERGEFORMAT 1 17 0 0 2 式中 流体的体积流量 孔板压差 孔口面积 0 流体的密度 孔流系数 0 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准数共同决定 具体数值由实 验确定 当一定 雷诺数超过某个数值后 就接近于定值 通常工业上定型的孔板流量计都在 0 1 0 为常数的流动条件下使用 0 实验装置与流程 3 实验装置与流程实验装置与流程 3 1 实验装置与流程实验装置与流程 W1201 40 W1202 40 W1203 25 W1204 40 W1205 40 V01 PI 01 NI 02 FI 04PI 03 TI 06 PI 05 V01 P01 P01 离心泵 水箱 图图 1 11 1 离心泵特性曲线测定装置流程图离心泵特性曲线测定装置流程图 4 实验步骤与注意事项实验步骤与注意事项 4 1 实验步骤实验步骤 水箱加水 给离心泵灌水 排出泵内气体 检查电源和信号线是否与控制柜连接正确 检查各阀门开度和仪表自检情况 试开状态下检查电机和离 心泵是否正常运转 实验时 逐渐打开调节阀以增大流量 待各仪表显示稳定后 读取相应数据 离心泵特性实验部分 主要 获取实验参数为 流量 泵进口压力 泵出口压力 电机功率 泵转速 及流体温度 和两 测压点 1 2 电 间高度差 0 测定管路特性曲线时 固定阀门开度 改变离心泵电机频率 测定液体的流量 离心泵进 出口压力以 及电机的频率 实验时 记录流量及孔板两端的压降 测定孔板流量计的之间的关系 并计算孔流系数 0 0 测取 10 组左右数据后 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 4 2 注意事项注意事项 一般每次实验前 均需对泵进行灌泵操作 以防止离心泵气缚 同时注意定期对泵进行保养 防止叶轮 被固体颗粒损坏 泵运转过程中 勿触碰泵主轴部分 因其高速运转 可能会缠绕并伤害身体接触部位 5 验数据记录与处理表验数据记录与处理表 5 1 实验原始数据记录实验原始数据记录 1 11 1 离心泵特性实验数据原始记录表离心泵特性实验数据原始记录表 变频器序流量Q泵进口压力p1泵出口压力p2电机功率N 频率f Hz号 m3 h 1 KPa KPa kW 100 39 60 25 20 450 39 50 24 31 880 29 40 26 30 43 160 18 70 27 长江大学化学与环境工程学院长江大学化学与环境工程学院 第第 3 页 共页 共 5 页 页 班序班序 08 黄考黄考 53 508 30 29 63 7608 20 29 73 7908 20 3 83 8 0 18 20 29 93 81 0 18 20 28 100 4150 44 21 760 215 20 47 33 270 114 40 51 43 81013 90 51 54 66 0 212 60 53 65 34 0 311 80 54 75 12 0 411 70 53 85 14 0 411 50 55 95 24 0 411 60 56 40 105 28 0 411 30 53 100 420 40 75 21 650 320 50 77 34 94 0 318 20 89 45 68 0 517 60 93 55 96 0 516 70 91 66 12 0 616 40 91 76 24 0 616 50 92 86 27 0 616 30 92 96 3 0 616 30 9 50 106 34 0 616 10 91 5 2 实验数据处理实验数据处理 以 30Hz 的第二组数据计算为例 以表 1 中第二组数据为例做计算 扬程 扬程 2 1 2 1 0 3 9 5 0 3 10 33 101 325 1000 1000 9 81 9 4988833 轴功率 轴功率 240 9 电 0 0 216 泵效率 泵效率 5 3925952 9 4988 0 45 1000 9 81 3600 0 216 1000 表表 1 21 2 离心泵实验数据处理结果表离心泵实验数据处理结果表 变频器变频器 频率f Hz频率f Hz H mN kw 19 59887120 2250 29 49888330 2165 3925952 39 49888330 23420 79606 48 89895620 24331 534531 58 59899260 26131 422564 68 49900470 26133 364292 78 49900470 2732 50948 88 59899260 26134 115926 30 98 59899260 25235 427338 114 8982280 3960 215 2981790 42317 34517 314 5982640 45928 340193 414 1983130 45932 115563 513 0984460 47734 870151 612 3985310 48637 122887 712 3985310 47736 265054 812 1985560 49534 516984 912 2985430 50434 843433 40 1011 998580 47736 191943 120 2975720 6750 220 4975480 69313 299004 318 7977550 80131 591258 418 3978030 83734 021648 517 4979120 81934 698852 617 2979370 81935 223161 717 3979240 82835 728781 817 1979490 82835 487905 917 1979490 8136 450097 50 1016 9979730 81935 856591 对表中的数据拟合 得到下图 长江大学化学与环境工程学院长江大学化学与环境工程学院 第第 4 页 共页 共 5 页 页 班序班序 08 黄考黄考 0 00 51 01 52 02 53 03 54 0 8 4 8 6 8 8 9 0 9 2 9 4 9 6 0 22 0 24 0 26 0 28 0 10 20 30 40 功功 功功功N kw 功功Q m 3 h 功功H m H Q Q N Q 30 图图 1 21 2 30Hz30Hz 泵的特性曲线泵的特性曲线 0123456 11 5 12 0 12 5 13 0 13 5 14 0 14 5 15 0 15 5 功功Q m 3 h 功功H m 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 N Q Q H Q 功功功N kw 0 10 20 30 40 功功 图图 1 31 3 40Hz40Hz 泵的特性曲线泵的特性曲线 01234567 17 18 19 20 21 H Q 0 65 0 70 0 75 0 80 0 85 0 10 20 30 40 N Q Q 功功 功功功N kw 功功Q m 3 h 功功H m 图图 1 41 4 50Hz50Hz 泵的特性曲线泵的特性曲线 从这三个图中可以看出 甭的输出频率越高 泵的转速越大 泵的扬程也就越大 因为泵的扬程与转 速的二次平方项成正比 其次 泵的轴功率也越大 泵的轴功率与转速的三次平方项成正比 最后 我们可 以看到泵的频率虽然增大了 但泵的效率基本不变 都不超过 40 5 35 3 管路特性曲线计算管路特性曲线计算 表表 1 31 3 管路特性实验数据原始记录表管路特性实验数据原始记录表 出口阀门序频率f流量Q泵进口压力p1泵出口压力p2 开度号 Hz m3 h 1 Mpa MPa H m 1000 43 43 29963587 250 010 43 53 399623732 31000 443 899563043 4151 680 34 74 699465942 5202 360 25 65 699344565 6252 990 17 27 399138225 7303 6108 68 898956159 8354 22 0 110 410 79872554 9404 82 0 212 813 2984221 10455 42 0 414 915 59814293 半开 11505 99 0 51717 79787591 1000 43 43 29963587 250 410 33 63 599599456 3101 090 34 14 099538768 全开 4151 810 34 74 699465942 长江大学化学与环境工程学院长江大学化学与环境工程学院 第第 5 页 共页 共 5 页 页 班序班序 08 黄考黄考 5202 530 25 75 799332427 6253 130 16 97 099174638 7303 7908 68 898956159 8354 48 0 210 310 79872554 9405 07 0 312 913 49839783 10455 71 0 51515 79811866 11506 32 0 616 817 69788804 以表 3 中第一组数据为例做计算 扬程 H z2 z1 p2 p1 g 0 3 0 4 0 10 33 101 325 1000 1000 9 81 3 29963587m 0123456 2 4 6 8 10 12 14 16 18 功功Q m 3 h 功功H m 全全 全全 流量一定的情况下 阀门的开度越小 泵的扬程也就越大 原因分析如下 开度越小 泵的阻力损失也 就越大 根据伯努利方程可知 泵的扬程也就越大 5 4 孔板流量计孔流系数的测定孔板流量计孔流系数的测定 序流量Q压降 Pa 号 m3 h 1 左右 p C0Re 10 56 1080 8102700 746984844260 2215 21 02 1350 20011500 6592602557759 6892 31 47 186015020100 71866244211183 081 41 56 215030024500 6907918411867 76 52 18 3470117046400 7014603816584 434 62 44 4080161056900 70898873718562 394 72 63 4750201067600 70111303820007 826 82 82 5240240076400 70714434421453 258 92 98 5850280086500 70228574522670 464 以第一组数据为例做计算 实验温度为 20 近似取水密度为 1000kg m3 由得 0 0 2 0 0 2 0 56 3 14 0 019 2 2 2 270 1000 0 75 u 0 0 56 3600 3 14 0 0132 0 293 0 0 026 0 293 1000 1 789 10 3 4260 2215 500010000150002000025000 0 66 0 68 0 70 0 72 0 74 0 76 全全全全全 C0 Re 图图 4 4 孔板流量计孔板流量计关系图关系图 0 从图中可以看出 随着雷诺数的增大 孔流系数的变化幅度越来越来小 最后趋近于一稳定值 0 70 0 C 与标准值 0 73 有所差别 相对误差为 0 0 100 CC C 0 73 0 70 0 73 100 4 1 6 实验思考题实验思考题 1 试从实验数据分析 离心泵在启动时为什么要关闭出口阀 本实验中 为了得到比较好的实验结果 实验流量范围下限应该小到零 上限应该到最大 为什么 答 从实验数据方面分析 关闭出口阀门原因是 开阀门意味着扬程有极小值 那么电机功率就有极大 长江大学化学与环境工程学院长江大学化学与环境工程学院 第第 6 页 共页 共 5 页 页 班序班序 08 黄考黄考 值 会烧坏机器 流量范围从最小值到最大值变化 可以做到均匀取点 实验数据分布尽可能合理 造成的 实验误差仅肯能的小 从而使得最终处理而得的实验结果更加符合实际情况 否则实验就是没有意义的 2 启动离心泵之前为什么要灌引水 如果灌泵之后依然启动不起来 可能的原因是什么 答 如果开启离心泵之前不灌引水 那么其中的空气就无法排尽 导致泵空转 及气缚 泵启动不起 来原因可能是电路问题或者泵已经损坏 3 为什么要用泵的出口阀门调节流量 这种方法有什么优缺点 是否还有其他的调节流量的方法 答 泵有进口 出口 如果使用进口调节流量 那么就无法做到使用变频调节转速的方式调节流量 操 作麻烦 还可能导致泵水源不够 泵进口处会出现一定的真空度 所以不仅不能够保证泵出口的压力 还会 造成较大的噪音 泵的转速 或者流量 调节范围太小 优点是操作简单方便 缺点是会造成节流损耗 使 用变频调节器可以通过调节泵机转速从而调节流量 而且节约电能 4 启动泵之后 如果出口阀不开 压力表读数是否会逐渐上升 随着流量的增大 泵进 出口压力表分 别有什么变化 答 出口阀不开 压力表的读数将会上升至铭牌上的额定压力的 1 1 倍左右 因为铭牌上的扬程是效率 最高点处的数据 而流量为零时即所谓的关死点扬程一般是额定扬程的 1 1 倍左右 这是经验值 一般可以 用来分析泵工作是否正常 随着流量的增大 泵进出口压力表不变 5 正常工作的离心泵 在其进口管路上安装工阀门是否合理 为什么 答 正常工作中的离心泵进口管路上面最好不要安装阀门 旋转叶轮空转 所以不适合 6 析 用清水泵输送密度为 1200kg m3的盐水 在相同的压力下