实验7离心泵特性曲线测定实验
一、实验目的
1. 熟悉离心泵的结构、性能、操作和调节方法，掌握离心泵的工作原理。
2. 掌握离心泵特性曲线的测定方法。测定单级离心泵在恒定转速下的特性曲线，绘制He-qV、Na-qV、η-qV曲线，分析离心泵的额定工作点。
3. 掌握离心泵流量调节的方法。
4. 掌握离心泵特性曲线的影响因素。
5. 了解常用的测压仪表。
二、实验原理
离心泵是一种液体输送机械，主要构件为旋转的叶轮、固定的泵壳和轴封装置。离心泵泵体内的叶轮固定在泵轴上，叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外力带动下旋转，叶轮同时旋转，泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，侧旁的排出口和排出管路相连接。启动前，须灌液排出泵壳内的气体，防止出现气缚现象。启动电机后，泵轴带动叶轮一起高速旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了动能。液体离开叶轮进入壳体，部分动能变成静压能，进一步提高了静压能。流体获得能量的多少，不仅取决于离心泵的结构和转速，而且和流体的密度有关。当离心泵内存在空气，空气的密度远比液体小，相应获得的能量不足以形成所需的压强差，液体无法输送，该现象称为“气缚”。为了保证离心泵的正常操作，在启动前必须在离心泵和吸入管路内充满液体，并确保运转过程中尽量不使空气漏入。
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He、轴功率Pa及效率η与液体流量qV之间的关系曲线，如图6-10所示，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。离心泵的特性曲线与离心泵的设计、加工情况有关，而泵内部流动情况复杂，难以用数学方法计算，只能依靠实验测定。
图6-10 离心泵的特性曲线
1. 流量的测定
本实验用涡轮流量计测量液体的流量。测量时，从仪表显示仪上读取的数据是涡轮的频率f，液体的体积流量为：
（6-20）
式中：f为涡轮流量计的脉冲频率，Hz；C为涡轮流量计的流量系数，脉冲数/升。
2. 扬程He的测定与计算
见图6-11，在泵的吸入口截面1-1（真空表处的截面）、压出口截面2-2（压力表处的截面）之间列柏努利方程
（6-21）
式中 p1、p2分别为泵吸入口、压出口的压强，N/m2；ρ为流体密度，kg/m3；u1、u2分别为泵吸入口、压出口的流量，m/s；g为重力加速度，m/s2；Z2－Z1=ΔZ，为截面2-2和截面1-1间的垂直距离，或是进出口测压计的高度差，m；
为截面1-1和截面2-2间的阻力损失，m。
与其它能量项目相比可以不计。当泵进、出口管径一样，则：
（6-22）
由上式可知，只要直接读出进出口压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。如果进口为真空表，读数为p1；出口为压力表，读数为p2。则离心泵的扬程为：
（6-23）
如果进出口测压计仪表盘中心的高度为等高，ΔZ=0，则离心泵的扬程为：
（6-24）
3. 离心泵功率Pa测定和计算
功率表测定的功率为电动机的输入功率。功率表有两种，一种是显示三相功率，就是电动机的输入功率；另一种是显示单相功率，则电动机的输入功率等于3倍的功率表读数。由于泵由电动机带动，传动效率约为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。而电动机的输出功率等于电动机的输入功率×电动机的效率，所以有：
泵的轴功率=电动机的输入功率×电动机的效率
4. 离心泵效率η的计算
离心泵的效率η是泵的有效功率Pe与轴功率Pa的比值。有效功率Pe是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率Pa是单位时间内泵从电机得到的功，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：
（6-25）
故 
（6-26）
5. 转速改变时的换算
泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：
流量 
（6-27）
扬程 
（6-28）
轴功率 
（6-29）
效率 
（6-30）
三、实验内容
1. 熟悉离心泵的结构、性能、操作和调节方法。
2. 测定单级离心泵在一定转速下的扬程、轴功率、效率和流量之间的关系，绘制离心泵在一定转速下的特性曲线。
四、实验装置与流程
水泵实验台按其回路系统形式一般分为开式和闭式两种。本实验装置为开式实验装置，由水槽、底阀、吸入管、灌水阀、电机、转速传感器、功率传感器、离心泵、排出管、流量计、流量调节阀门、真空表及压力表组成。离心泵将水从水槽中吸入，然后由排出管排至水槽，循环使用。在离心泵的吸入口和排出口处，分别装有真空表和压力表，以测取进出口压强，出口管路上装有流量计，测取管路体积流量，压力表下游装有泵的出口阀用来调节水的流量，此外有功率表连接，测取电机的功率。开式实验装置有两种类型，实验流程图6-11所示。
6-11离心泵特性曲线测量实验装置流程图
实验装置一的相关参数
泵进口管子规格φ48×3.5 mm；测压点高度差ΔZ=0.15 m；电动机效率87 %；离心泵的型号ISWH40-125，涡轮流量计。
实验装置二的相关参数
泵进口管径40 mm；出口管径25 mm；测压点高度差ΔZ=0 m；离心泵的型号
；电动机效率87 %；LW-25智能涡轮流量计，量程1.6～10 m3/h；DP3 (1)-W1100单相功率表。
五、实验步骤
1. 水箱预先充满2/3的水，关闭出口调节阀。打开水泵出口排气阀和进口引水阀，用自来水对离心泵进行灌水排气。当排气阀有水流出，关闭进口引水阀和出口排气阀。
2. 打开总电源开关，启动离心泵，打开管路的出口调节阀排尽管路里的空气，关闭出口阀，再打开仪表电源。
3. 缓缓开启出口调节阀至全开，使水的流量达到最大。根据测量的流量范围均匀分割调节流量，测量顺序从最大流量到0，记录15～20组数据。
4. 每次改变流量至稳定后，记录电机转速n、水温t、轴功率Pa、泵入口真空表读数p1和出口压力表读数p2。如果读数有波动，可测量3次，取其平均值。
5. 实验完毕，关闭泵的出口阀，关闭仪表电源，按下仪表台上的水泵停止按钮，停止水泵的运转。
6. 最后关闭仪表台上的电源开关。
六、实验注意事项
[1] 实验过程中，必须在出口阀关闭的情况下启动或停泵。
[2] 离心泵启动前要灌泵排气，防止出现气缚现象。
[3] 离心泵不能空转（泵内为空气）和长时间零流量（泵内充满液体）时转动，离心泵也不能反转，防止损坏离心泵。
[4] 整个实验操作应严格按步骤进行，爱护设备，注意动力设备的安全。
[5] 在最大流量和零流量间合理分割流量，在每一次流量调节稳定后，再读取实验参数的读数，特别不要忘记流量为零时的各有关参数。
[6] 保持水箱水质清洁，特别不允许有纤维状杂质。
[7] 涡轮流量计要定时拆下清洗。
七、实验数据记录和处理
表6-7 离心泵特性曲线测定实验原始数据记录表
实验装置号 ；进口管径d1= mm；出口管径d2= mm；测压点高度差ΔZ= m；离心泵的型号 ；流量系数= ；电机效率 ；水温= ℃。
表6-8 离心泵特性曲线测定实验数据处理表
水温t= ℃；水的密度ρ= kg/m3；水的粘度μ= Pa×s；平均转速= r/min
注：
、
、
为平均转速下的流量、扬程和轴功率。
八、实验报告内容
1. 将整理后的实验数据，换算成平均转速下的数据。
2. 在同一坐标轴上描绘平均转速下的He～qV、Pa～qV、η～qV曲线，图中标明离心泵的型号和转速。平均转速：
。
3. 列出一组数据计算示例。
4. 分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围，评价实验数据和结果的好与差。
5. 对实验装置和实验方案进行评价，提出自己的设想和建议。
九、思考题
[1] 离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门和仪表电源？
[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？
[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？
[4] 泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？
[5] 正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？能否用泵的进口阀门调节流量，造成什么后果？
[6] 试分析，用清水泵输送密度为1200 kg/m3的盐水（假设系统是耐腐蚀的），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？
[7] 为什么在离心泵进口管液面下安装底阀？从节能的观点分析，安装底阀是否合理？如何改进比较好？
第二篇：实验二 离心泵特性曲线测定
化 工 原 理 实 验 报 告
实 验名 称： 离心泵特性曲线测定
学 院： 化学工程学院
专 业： 化学工程与工艺
班 级： 化工10－*班
姓 名： ***
学 号： *** 序号： **
同组者姓名： ***,***
指 导教 师： ***, ***
日 期： 2012年**月**日
一、 实验目的
1、了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；
2、测定离心泵的特性曲线；
二、 基本原理
1、扬程（压头）H（m）
分别取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2截面，列柏努利方程得：
因两截面间的管长很短，通常可忽略阻力损失项Hf，流速的平方差也很小故可忽略，则：
式中 ρ：流体密度，kg/m3；
p1、p2：分别为泵进、出口的压强，Pa；
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，由真空表和压力表上的读数及两表的安装高度差，就可算出泵的扬程。
2、轴功率N（W）
N=0.94ω
其中，N电为泵的轴功率，ω为电机功率。
3、效率η（％）
泵的效率η是泵的有效功率与轴功率的比值。反映泵的水力损失、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：
故泵的效率为 
4、泵转速改变时的换算
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。换算关系如下：
流量 
扬程 
轴功率 
效率 
三、 实验装置流程示意图
图2-1 流体流动阻力与泵性能综合实验流程简图
四、 实验步骤及注意事项
1、打开总电源和仪表电源开关，把离心泵电源转换开关旋到“直接”位置。离心泵停止按钮亮。
2、 水泵灌水（注意：在打开灌水阀时要慢慢打开，且只打开一定的开度；不要开得太大，否则会损坏压力表。）
3、 一切准备就绪，按下离心泵启动按钮，离心泵启动按钮绿灯亮，即可开始离心泵实验。
4、 打开泵的出水阀（全开），流量最大值。
5、 待数据稳定后，测定真空度、泵后压力、水温、流量和泵的功率。
6、 调节流量，改变流量大小，测定每次流量下泵的真空度、泵后压力、水温、流量和泵的功率并记录。
7、 以同样方法改变流量并测定实验数据，测9次。同时注意流量不能低于3m3/h。
8、 实验完毕，关闭水泵出口阀，再按下仪表台上的水泵停止按钮，停止水泵运转。
五、 原始实验数据
六、 数据处理
根据：
Ne=HVρg
可以得到下表数据：
绘制离心泵的特性曲线
七、 实验结果分析与讨论
从上图可以看出离心泵特性曲线η-N没有峰值，无法判断泵的适宜工作范围
误差分析：1.实验仪器本身存在误差，实验数据不稳定。2.操作过程中，操作不当，导致存在误差。3.数据处理时有效数字的取舍也导致误差的出现。
八、 思考题解答
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：减小泵的启动功率，从而达到保护电机的目的。
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：（1）防止气缚现象的发生 （2）水管中还有空气没有排除
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？还有其他方法调节流量？
优点：操作简单，但是难以达到对流量的精细控制。
4、泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？
答：不会，因为水不能运输上去
5、正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？
答：合理 如果在装置运行过程中出现了问题，需要拆开检修，如果没有阀门，就不能拆开了。