流体力学综合实验-离心泵特性曲线测定

、水箱2、离心泵3、压差传感器4、温度计5、涡轮流量计6、流量计7、转子流量计8、转子流量计9、压差传感器10、压差传感器11、压差传感器12、粗糙管实验段13、光滑管实验段14、层流管实验段15、压差传感器16、压差传感器17、局部阻力18、局部阻力三、实验内容和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及效率ηQUOTEη与泵流量Q之前的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内流动复杂，不能使用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。⑴扬程H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：⑴若泵进出口速度相差不大，则速度平方差可忽略，则有⑵式中：QUOTEH0=z2-zρ——流体密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2； p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压，m； H1、H2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u1、u2——分别为泵进、出口的流速，m/s；z1、z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m。 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。⑵轴功率N的测量与计算⑶其中，为电功率表显示值，W；k代表电动机转动效率，可取k=0.8。⑶效率ηQUOTEη的计算泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N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、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算：⑷故泵效率为⑸⑷转速改变时的换算泵的特性曲线是在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，这话随着流量Q的变化，多个试验点的转速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。换算关系如下：流量⑹扬程⑺轴功率⑻效率⑼四、实验步骤㈠实验步骤⑴开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。给离心泵灌水，然后关闭出口阀、灌泵口，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。⑵全开流量调节阀，排除管路内空气。从最大流量做起，待仪表度数稳定后，记录数据。主要获取实验参数为：流量Q、泵进出口压差ΔP、电机功率N电、泵转速n、两测压点高度差H0和流体温度t。⑶逐渐关闭调节阀以减小流量，测量10组左右数据，包括流量为0的组。⑷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）。⑸实验结束，关闭泵出口阀，停止水泵电机，关闭仪表电源。㈡注意事项⑴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。⑵泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。五、实验数据记录和处理⑴分别绘制一定转速下的H~Q、N~Q、η~Q曲线实验原始数据记录：离心泵型号YS8022，额定流量6m3/h，额定扬程28.4m额定功率1.100kw，额定转速2828rpm，泵进出口测压点高度差H00.1m水温t：30.7℃，水的密度ρ=995.7kg/m3根据式⑵、⑶、⑸、⑹、⑺、⑻、⑼，计算结果如下表所示：序号流量Q/（m3/h)泵进出口压差△p/kPa电机功率N电/kW泵转速n/rpm扬程H/m轴功率N/W效率η19.98104.001.160286510.659280.31128.99145.001.174286514.849390.38638.06175.201.133286517.949060.43347.02198.471.082286520.328660.44755.95222.811.023288022.818180.45064.97242.580.936288024.837490.44774.04249.780.858289525.576860.40882.90249.780.741291025.575930.33991.95249.780.680291025.575440.249100.99249.780.550293025.574400.156110.00249.780.482294025.573860.000计算示例：取第1组数据104.00*1000/(995.7*9.81)+0.1=29.71m*0.8=1160*0.8=928W995.7*9.81*9.98*29.71/(928*3600)=0.311转变转速后的数据：序号流量Q'/（m3/h)扬程H'/m轴功率N'/w效率η'19.8510.378930.31128.8714.469030.38637.9617.488720.43346.9319.808320.44755.8421.997750.45064.8823.957090.44773.9524.406400.40882.8224.155440.33991.9024.154990.249100.9623.823960.156110.0023.663430.000计算示例：取第1组数据，Q'=Qn'n=9.98*H'=H(n'nN'=N(n'n)3=η’=η=0.196因此在转速n=2828rpm下，作出泵的H-Q、N-Q、η-Q曲线：图SEQ图\*ARABIC2H-Q,N-Q曲线图SEQ图\*ARABIC3H-Q,η-Q曲线从以上三条曲线可以看出，在误差允许的情况下，该离心泵的压头随流量的增加而下降（此图的开头H略有上升，应是误差原因），轴功率随流量的增加而增加，效率随流量的增加先增加后下降，符合大部分离心泵的特点。⑵分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。效率曲线有一最高点，称为设计点。由于管路输送条件不同，离心泵不可能正好在最佳工况点运行。一般选用离心泵时，其工作区应处于最高效率点的92%左右。由上图得，当Q=5.95m3/h时，泵效率最大，η值为0.450。因此，正常工作时泵的效率η应为0.414～0.450，工作范围约为4.50～8.40m3/h。七、讨论、心得1、试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？答：从图中可以看出，轴功率随流量的增大而增大，当流量为零时，功率最小，若开机时阀门开大，则电机的瞬时功率很大，会对电机造成损害。因此，离心泵应在出口阀关闭时启动，此时流量为零，电机功率也接近零，可以防止电机过载。2、启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？答：若泵内无液体，则当离心泵运转时，其内部的气体经离心力的作用所形成的吸入室内的真空度很小，没有足够的压差使液体进入泵内，使离心泵吸不上液体。如果依然启动不了，可能是引水好后未将引水阀门关闭，泵启动之后，吸入口处产生负压，将引水漏斗处的水吸完后即吸入空气，产生气缚，从而不能将水打出；或者是泵出现漏气现象。3、为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节流量？答：如果在泵的进口侧调节流量，当阀门关小时，会出现液体不能充满管路的现象，这会对实验结果造成影响，因此要用泵的出口阀门调节流量。这种方法的优点是简单易行，可以连续操作，缺点是节流阀消耗能量。另外可以使用变频器调节电机转速来调节流量，或者切削叶轮的半径，但这种方法的破坏性大。或者采用多台泵的串并联以改变流量。4、正常工作的离心泵，在进口管路上安装阀门是否合理？不合理。进口处安装阀门会降低流体的静压能，