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1、北京化工大学化工原理实验报告实验名称:博 学I宏 德离心泵性能实验级: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，C为一定值，使用该孔板流量计时，应使其在C为定值的条 件下。关键词：性能参数(Q,H,门,N)离心泵特性曲线 管路特性曲线C一目的及任务1. 了解离心泵
2、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n-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
3、范围，作为泵的选择依据。(1)泵的扬程HeHe= H压力表* H真空表* H0式中H泵出口处的压力，mHo；H压力表泵入口处的真空度，mHo； 真空表H 压力表和真空表测压口之间的垂直距离，H =0.2m。(2)泵的有效功率和效率0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NeNe=QHeP102kW；式中Ne泵的有效功率，Q流量，m3/s；He扬程，m；m3。P流体密度，kg/ 由泵轴输入离心泵的功率N轴为N疽NJ! J1转式中N电一一电机的输入功率，kW；n：电机效率，取0.9；n电传动装置的传动效率，一般取1.0
4、。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d，孔板锐孔直径为d,流体 流经孔板前后所形成缩脉的直径为d ,流体密度为P1,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u、2u与p、p，根据伯努利方程，不考虑能量 ,1212损失，可得=ghU2 - U 2 p - p 2U = 122 P或.U 2 - U2 = .2gh由于缩脉的位置随流速的变化而变化，故缩脉处截面
5、积S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,2可用孔板孔径处 的uo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、：2 一2 = C.2gh对于不可压缩流体，根据连续性方程有Su = u sO 1经过整理可得2gh u = C 0(/)2则又可以简化为1 - (S0)2S1u = C y!2gh根据u和S，即可算出流体的体积流量V为 02sV = u S o = C0 S 0、侦或V= Co s。芹式中Vs流体的体积流量，m3/s；p孔板压差，Pa；So孔口面积，m3；P0 流体的密度，kg/ m3；C 孔流系数。孔流系数的大小由孔
6、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d/d 一定，雷诺数Re超过某个数值后，C 就接近于定值。通常工业上定型的孔械流量计都在c为常数的流动条件下使用。0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、变频仪四. 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
7、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 q /m3* h-1入口表压 p1/mH2O出口表压 P2/mH2O压降p/KPa水温度 t/c电机功率P电何17.18-3.210.450.9025.10.7126.42-2.612.140.6025.50.6835.73-
8、2.113.632.4025.70.6545.07-1.714.925.3025.80.6254.33-1.216.218.4525.90.5763.66-0.817.213.1226.00.5572.96-0.518.28.5426.10.5082.25-0.219.14.9026.20.4591.540.120.02.2626.30.42100.750.320.80.6426.60.38110.000.421.60.0426.50.35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N ,N 轴/kW有效功率 Ne/kW效率n113.80.6390.26
9、942.10214.90.6120.26042.48315.90.5850.24742.22416.80.5580.23141.40517.60.5130.20740.35618.20.4950.18136.57718.90.450.15233.78819.50.4050.11929.38920.10.3780.08422.221020.70.3420.04212.281121.40.3150.0000.00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P =996.7kg/m3do=18mm d1=33*3mm所测数据：Q=
10、3.66m3* h-ip .-0.8 mH O p 17.2 mH O N 0.55kW1=22=2电二流量 Q=3.66m3* h-1扬程 He = H 压力表 + H 真空表 + Ho = 17.2 - (-0.8) + 0.2 = 18.2m102 x 3600有效功率 Ne =曜=996.7X18.2 X3.66 = 0.181削 102轴功率N轴=N电门电门转=0.55 x 0.9 x 1.0 = 0.495KW效率门=、=0181 = 36.57% N 轴 0.4952.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Co11073470.7762959850.77738
11、56680.7764758010.7775647370.7776547200.7797442550.7818336390.7849230240.79010112130.7231100.000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=0.018md=(33-3 X 2 ) /1000=0.027m26 C 时水的粘度 口=0.8737mPa , s孑L流系数 C =66 = 0.7790 c .2Ap0.0182- 2 X13.12 x 1000S ，一-3600 x丸x 0，p4996.7雷诺数Re =罕=568244 x 996.7 x 3.660.8737 x 10-3 x
12、3.14 x 0.026 x 36003、管路特性曲线的测定:序号频率Hz流量q /m3 h-1入口表压 p1/mH2O出口表压 p2/mH2O压头H/m150.002.95-0.518.218.9245.082.69-0.414.915.5340.082.42-0.311.812.3435.082.14-0.19.19.4530.081.830.06.76.9625.081.520.14.74.8720.081.210.23.13.1815.080.880.31.81.7910.080.590.30.90.8105.080.230.40.40.2表4.管路特性曲线的实验数据以表4第一组数据为
13、例，计算如下：H= P压力表 + P真空表 + H 0 = 18.2 - (- 0.5) + 0.2 = 18.9m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、C-Re曲线图5孔流系数C。与雷诺数Re的关系（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-i。（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
14、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C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0雷诺数无关。据曲线的变化趋势，（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
15、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C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。04、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，20032、丁忠伟，刘丽英，刘伟.化工原理.北京：化学工业出版社，2014
