化工基础学习知识原理实验报告离心泵的性能试验北京化工大学.doc

.\ 北 京 化 工 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告 实验名称： 离心泵性能实验 班 级： 化工13 姓 名： 学 号： 20130 序 号： 同 组 人： 实验二：离心泵性能实验 摘要：本实验以水为介质，使用离心泵性能实验装置，测定了不同流速下，离心泵的性能、孔板流量计的孔流系数以及管路的性能曲线。实验验证了离心泵的扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；有效效率有一最大值，实际操作生产中可根据该值选取合适的工作范围；泵的轴功率随流量的增大而增大；当Re大于某值时，C0为一定值，使用该孔板流量计时，应使其在C0为定值的条件下。 关键词：性能参数（） 离心泵特性曲线 管路特性曲线C0 一．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，性能和安装方法。 4.测定孔板流量计的孔流系数。 5.测定管路特性曲线。 二． 实验原理 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，如图1中的曲线。由于流体流经泵时，不可避免的会遇到种种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失，环流损失等，因此通常采用实验方法，直接测定参数间的关系，并将测出的He-Q,N-Q和η-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，作为泵的选择依据。 图1.离心泵的理论压头与实际压头 （1）泵的扬程He He= 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=0.2m。 （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； ρ——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； η电——电机效率，取0.9； η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 孔板流量计的结构如图2所示。 图2.孔板流量计构造原理 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ρ，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； ρ——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。 三．实验装置流程图 图3.离心泵性能实验装置和流程 1、 水箱 2、离心泵 3、涡轮流量计 4、管路切换阀 2、 5、孔板流量计 6、流量调节阀7、变频仪 4． 操作要点 1.打开主管路的切换阀门，关闭流量调节阀门6，按变频仪7绿色按钮启动泵，固定转速（频率在50Hz），观察泵出口压力表读数在0.2MPa左右时，即可开始试验。 2.通过流量调节阀6，调节水流量，从0到最大（流量由涡轮流量计3测得），记录相关数据，完成离心泵特性曲线和孔板孔流系数实验。 3.打开全部支路阀门，流量调节阀6开到最大，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验。 4.每个实验均测10组数据，完成实验后，则可停泵（按变频仪红色按钮停泵），关闭流量调节阀6，做好卫生工作，同时记录设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等）。 五．数据处理 1、离心泵特性曲线的测定： 实验测得数据如下表： 序号 水流量 qv/m3•h-1 入口表压 p1/mH2O 出口表压 p2/mH2O 压降 △p/KPa 水温度t/℃ 电机功率P电/kW 1 7.18 -3.2 10.4 50.90 25.1 0.71 2 6.42 -2.6 12.1 40.60 25.5 0.68 3 5.73 -2.1 13.6 32.40 25.7 0.65 4 5.07 -1.7 14.9 25.30 25.8 0.62 5 4.33 -1.2 16.2 18.45 25.9 0.57 6 3.66 -0.8 17.2 13.12 26.0 0.55 7 2.96 -0.5 18.2 8.54 26.1 0.50 8 2.25 -0.2 19.1 4.90 26.2 0.45 9 1.54 0.1 20.0 2.26 26.3 0.42 10 0.75 0.3 20.8 0.64 26.6 0.38 11 0.00 0.4 21.6 0.04 26.5 0.35 表1 离心泵特性曲线的测定数据 经过计算机数据处理得到下表： 序号 扬程He/m 轴功率 /kW 有效功率 Ne/kW 效 率η 1 13.8 0.639 0.269 42.10 2 14.9 0.612 0.260 42.48 3 15.9 0.585 0.247 42.22 4 16.8 0.558 0.231 41.40 5 17.6 0.513 0.207 40.35 6 18.2 0.495 0.181 36.57 7 18.9 0.45 0.152 33.78 8 19.5 0.405 0.119 29.38 9 20.1 0.378 0.084 22.22 10 20.7 0.342 0.042 12.28 11 21.4 0.315 0.000 0.00 表2 离心泵特性曲线的数据处理 数据处理实例，以第六组数据为例，因为温度变化引起的密度变化相对较小，故取密度为近似定值ρ=996.7kg/m3 do=18mm d1=33*3mm 所测数据： Q=3.66m3•h-1 p1=.-0.8 mH2O p2=17.2 mH2O N电=0.55kW 流量Q=3.66m3•h-1 有效功率 轴功率 效率 2. 孔板孔流系数实验 经计算机处理得下表 序号 雷诺数Re 孔流系数Co 1 107347 0.776 2 95985 0.777 3 85668 0.776 4 75801 0.777 5 64737 0.777 6 54720 0.779 7 44255 0.781 8 33639 0.784 9 23024 0.790 10 11213 0.723 11 0 0.000 表3孔板流量计的的数据处理 以第六组数据为例进行计算 Do=0.018m d=（33-32）/1000=0.027m 26C时水的粘度μ=0.8737mPas 孔流系数 雷诺数 3、管路特性曲线的测定： 序号 频率Hz 流量qv/m3•h-1 入口表压 p1/mH2O 出口表压 p2/mH2O 压头H/m 1 50.00 2.95 -0.5 18.2 18.9 2 45.08 2.69 -0.4 14.9 15.5 3 40.08 2.42 -0.3 11.8 12.3 4 35.08 2.14 -0.1 9.1 9.4 5 30.08 1.83 0.0 6.7 6.9 6 25.08 1.52 0.1 4.7 4.8 7 20.08 1.21 0.2 3.1 3.1 8 15.08 0.88 0.3 1.8 1.7 9 10.08 0.59 0.3 0.9 0.8 10 5.08 0.23 0.4 0.4 0.2 表4.管路特性曲线的实验数据 以表4第一组数据为例，计算如下： H= 六．实验结果及讨论 1、 离心泵及管路的特性曲线 （效率纵坐标另画） 图4.泵及管路的特性曲线 2、 C0-Re曲线 图5 孔流系数C0与雷诺数Re的关系 结论： （1）随着流体流量的增大，离心泵的扬程逐渐减小，且减小的越来越快，轴功率增大； （2）分析泵的效率曲线可知，随着流体流量的增大，离心泵的效率先增大，后减小，存在极值，最大效率在42.48%附近，此时流量为6.42m3•h-1。 （3）由泵的轴功率曲线，可以观察出，在流量为0时，仍有一定的功率存在，并且随着流量的增加迅速增加。所以在启动泵时，应该关闭出口阀，避免启动时轴功率过大对电机造成损伤。 （4）从上图分析，在完全湍流区，孔流系数C0随雷诺数Re的变化不大，几近趋于平稳。所以在完全湍流区可视为孔流系数与雷诺数无关。据曲线的变化趋势，稳定时的C0约为0.777。 （5） 由管路特性曲线可以看出，随流体流量的增加，管路的压头有递增的趋势 七．思考题 1.根据泵的工作原理，在启动前为何要关闭调节阀6？ 答： 离心泵启动流量最小时，启动电流最小，有利于降低泵启动电流，而漩涡泵属于容积式泵，若启动时出口阀没有关闭，泵出口压力会很高，严重时回打坏选涡轮泵的叶轮。 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：当改变流量调节阀开度，流量增加，由柏努力方程可推知，压力表和真空表的读数都逐渐减小。 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：应根据测量所要求的精度值和能量损失的要求，以及使孔流系数C0不随雷诺数Re改变这三个方面来选择孔口尺寸和压差计的量程。 4、试分析气缚现象与汽蚀现象的区别。 答：泵在运转时，吸入管路和泵的轴心常处于负压状态，若管路及轴封密封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降。若平均密度下降严重，泵将无法吸上液体，此成为气缚现象；而汽蚀现象是指泵的安装位置过高，使叶轮进口处的压强降至液体的饱和蒸汽压，引起液体部分气化的现象，汽蚀现象会使泵体振动并发生噪声，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体还会对金属材料发生腐蚀现象，在这种情况下导致叶片过早损坏。 5.根据什么条件来选择离心泵？ a．先根据所输送的液体及操作条件来确定泵的类型； b．根据所要求的流量与压头确定泵的型号； c．若被输送的液体的粘度与密度与水相差较大时，应核算泵的特性参数：流量、压头和轴功率。 八、参考资料： 1、杨祖荣主编．化工原理实验．北京：化学工业出版社，2003 2、丁忠伟，刘丽英，刘伟．化工原理．北京：化学工业出版社，2014