离心泵性能实验（最终）.doc

实验二 离心泵性能实验实验时间：2009年11月12日报告人：化工0701 刘江永同组人：王涛 王媛 王策一、摘要本实验采用由水箱、离心泵、压力表、真空表、孔板流量计等组成的装置，以水为工作流体，在常温常压下测定了离心泵在恒定转速（2900r/min）下的特性曲线，探讨了离心泵的扬程He、轴功率N与效率随流量的变化关系，确定了泵的最佳工作范围。依据孔板流量计的测量原理测定了其孔流系数C0随雷诺数Re的变化关系，并根据图线确定了湍流状态下的C0值。通过调节离心泵的工作频率调节流量并由孔板流量计测定，得到了不同初始孔板压降下的管路特性曲线。整个实验进展顺利，成功完成了相关任务，达到了预期的目的。二、关键词离心泵 孔板流量计 泵特性曲线 管路特性曲线三、实验目的及任务1、了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。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。3、熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。4、测定孔板流量计的孔流系数。5、测定管路特性曲线。四、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。由于液体流经泵时，不可避免地会遇到种种阻力，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小，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，根据此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HeHe=H压力表+H真空表+H0式中 H压力表泵出口处的压力，mH2O；H真空表泵入口处的真空度，mH2O；H0压力表和真空表测压口之间的垂直距离，H0=0.85m。（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，而输入泵的功率又比理论值为高，所以泵的总效率为式中 Ne泵的有效功率，kW；Q流量，m3/s；He扬程，m；流体密度，kg/ m3。由泵轴输入离心泵的功率N轴为式中 N电电机的输入功率，kW；电电机效率，取0.9；轴传动装置的传动效率，一般取1.0。2、 孔板流量计孔流系数的测定在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器的两端相连。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减少，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板前后所形成缩脉的直径为d2，流体密度为，孔板前侧压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为u1、u2与p1、p2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得或 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校正后，则有对于不可压缩流体，根据连续性方程有经过整理可得令，则又可以简化为根据u0和S2，即可算出流体的体积流量Vs为或 式中 Vs流体的体积流量，m3/s；p孔板压差，Pa；S0孔口面积，m3；流体的密度，kg/ m3；C0孔流系数。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数共同决定，具体数值由实验测定。当d0/d1一定，雷诺数Re超过某个数值后，C0就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在C0为常数的流动条件下使用。五实验装置流程图图1 离心泵性能实验装置和流程1、蓄水池； 2、底阀； 3、真空表； 4、离心泵； 5、灌泵阀； 6、压力表； 7、流量调节阀； 8、孔板流量计； 9、活动接口； 10、液位计； 11、计量水槽（495495）mm； 12、回流水槽； 13、计量槽排水阀六、实验操作要点本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下的离心泵的各项性能参数。流量可通过计量槽和秒表测量。1、检查电机和离心泵是否正常运转。打开电机的电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，就可切断电源，准备在实验时使用。2、在进行实验前，首先要灌泵（打开灌泵阀），排出泵内的气体（打开流量调节阀）。灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀即可启动离心泵，开始实验。3、实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，并用计量槽计量液体流量。当流量大时，应注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多测取几次数据。4、为防止因水面波动而引起的误差，测量时液位计高度差值应不小于200mm。5、测取10组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（如离心泵型号、额定流量、扬程和功率等）。6、测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测定810组数据，并记录。7、实验完毕，停泵，记录相关数据，清理现场。七、实验数据处理1、离心泵特性曲线的测定：（H0=0.85m ； 水箱底面积S=0.4950.495m2 ； 锐孔直径d0=24.2mm ； 管路直径d=42mm）表1 离心泵特性曲线的测定数据序号水箱液位H0/mm 水箱液位H1/mm时间t/sP真空表/MpaP压力表/MpaN电/kw水温T/0C孔板压降P/kpa1-0.0100.1900.4917.2024225369-0.0090.1810.6116.42.131924254-0.0080.1650.6816.44.445429850-0.0080.1520.7416.46.758031842-0.0100.1400.7616.49.066331037-0.0120.1220.8016.411.679635035-0.0150.1150.8316.413.487434234-0.0150.1020.8516.416.298432930-0.0160.0910.8816.418.3108031627-0.0180.0730.8916.420.6表2 离心泵特性曲线的数据处理 （水密度=998.74 kg/m3 粘度=1.11310-3 Pas）（16.40C）序号流量qv(m3/h)扬程He/m有效功率Ne/kw轴功率N轴/kw效率孔流系数C0雷诺数Re10.00 21.260.00000.44100022.70 20.24 0.14850.5490.27050.79482039333.64 18.51 0.18340.6120.29960.74152754044.30 17.18 0.20110.6660.30200.71013254455.00 16.16 0.21970.6840.32120.71143779065.89 14.53 0.23270.7200.32310.73824451976.40 14.12 0.24580.7470.32910.74674839786.95 12.79 0.24190.7650.31620.73765256697.20 11.77 0.23060.7920.29120.719054462107.71 10.14 0.21260.8010.26540.725358290以第三组数据为例，计算如下：t水=16.4，查表，并由内插法算得 =998.74kg/m3 =1.11310-3 Pas 流量qv=(H1-H0)/1000S/t3600=(242-19)/10000.4952/543600= 3.64m3/h扬程He=（P压力表-P真空表)/g+H0=(0.165+0.008)106/998.74/9.81+0.85=18.51m有效功率Ne=Heqv/102=998.7418.513.64/3600/102=0.1834kw轴功率N轴=0.9N电0.90.68=0.612kw效率=Ne/N轴=0.1834/0.612=0.2996孔流系数C0Vs/S0/(2P/)1/2=3.64/3600/3.14/0.01212/(24.41000/998.74)1/2=0.7415雷诺数Re=du/=0.042998.743.64/3600/(3.140.0210.021)/(1.11310-3)=27540依据变化趋势及图3，可取C0=0.73612、管路特性曲线的测定：表3 管路特性曲线的测定序号水温T/0CN电/kwP真空表/MpaP压力表/Mpa频率f/Hz孔板压降P/kpa流量qv(m3/h)压头H/m116.40.89-0.0190.0735020.87.8610.24216.40.72-0.0180.0624616.97.099.02316.40.56-0.0160.0534214.16.477.89416.40.46-0.0150.0453811.45.826.97516.40.34-0.0140.035348.75.085.85616.40.26-0.0130.029306.54.405.14716.40.19-0.0110.020264.53.664.01816.40.15-0.0100.015223.02.993.40以第三组数据为例，计算如下：t水=16.4，查表，并由内插法算得=998.74kg/m3 =1.11310-3 Pas流量qv=C0S0(2P/)1/20.73613.140.01212(214.11000/998.74)1/23600=6.47m3/h压头He=（P压力表-P真空表)/g+H0(0.053+0.016)106/998.74/9.81+0.85=7.89m表4 管路特性曲线的测定序号水温T/0CN电/kwP真空表/MpaP压力表/Mpa频率f/Hz孔板压降P/kpa流量qv(m3/h)压头H/m116.40.85-0.0170.1055015.16.7013.30216.40.68-0.0160.0924613.16.2411.87316.40.53-0.0150.0734210.85.679.83416.40.42-0.0140.061388.75.088.50516.40.34-0.0130.049346.84.507.18616.40.25-0.0110.038305.03.855.85716.40.19-0.0100.028263.43.184.73816.40.15-0.0100.020222.12.503.91以第三组数据为例，计算如下：t水=16.4，查表，并由内插法算得=998.74kg/m3 =1.11310-3 Pas流量qv=C0S0(2P/)1/20.73613.140.01212(210.81000/998.74)1/23600=5.67m3/h压头He=（P压力表-P真空表)/g+H0(0.073+0.015)106/998.74/9.81+0.85=9.83m表5 管路特性曲线的测定序号水温T/0CN电/kwP真空表/MpaP压力表/Mpa频率f/Hz孔板压降P/kpa流量qv(m3/h)压头H/m116.40.76-0.0130.142508.24.9416.67216.40.60-0.0120.121466.84.5014.42316.40.48-0.0110.102425.54.0412.38416.40.37-0.0110.081384.53.6610.24516.40.30-0.0110.068343.43.188.91616.40.23-0.0100.051302.62.787.08716.40.17-0.0090.038261.82.315.65816.40.14-0.0090.029221.11.814.73以第三组数据为例，计算如下：t水=16.4，查表，并由内插法算得=998.74kg/m3 =1.11310-3 Pas流量qv=C0S0(2P/)1/20.73613.140.01212(25.51000/998.74)1/23600=4.04m3/h压头He=（P压力表-P真空表)/g+H0(0.102+0.011)106/998.74/9.81+0.85=12.38m八、实验结果及讨论1、离心泵的特性曲线图2 离心泵的特性曲线结果讨论：（1）随着水流量的增大，离心泵的扬程减小，轴功率增大；（2）随着水流量的增大，离心泵的效率先增大，后减小，并在流量为5 m3/h左右时达到最大，在最大效率的0.921.08倍的范围内，可确定实验所用离心泵的最佳工作范围是4.6m3/h5.4m3/h。2、C0-Re曲线图3 孔流系数C0与雷诺数Re的关系 结果讨论：由图2可看出，孔流系数C0随雷诺数Re的变化不大，开始时略呈下降趋势，之后便几近趋于平稳，说明此时管路已处于完全湍流状态。据曲线的变化趋势，可确定稳定时的C0约为0.7361。3、管路特性曲线图4 管路特性曲线结果讨论：（1）随着流量的增大，压头迅速增大，由管路特性方程的理论方程可知，其增长呈二次方关系；（2）管路特性方程体现了管路中流体的流量与所补加能量的关系。由三条曲线的陡峭程度可判断：三种操作条件下，管路III的阻力损失最大，管路II次之，管路I最小。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。据此可判断：为减小能量损失，在管路中，应尽量减少不必要的阀门等器件。九、思