化工原理实验报告
院(部): 化学工程学院
专 业: 化学工程与工艺 班 级: 化工1104
姓 名: 马嘉俊 学 号: 2011011482
同组人员: 谢忠宇 呂霁桐
实验名称: 离心泵性能实验
实验日期: 2013.11.5
摘要:我们在本次实验中测定泵的特性曲线和管路特性曲线,并且得到本次试验中的孔流系数。在泵的特性曲线中我们可以看到Q—He曲线是下降的曲线,即随流量Q的增大,扬程He逐渐减小;离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加,曲线有上升的特点;当流量为零时,轴功率最小,因此,为便于离心泵的启动和防止动力机超载,启动时,应将出水管路上的闸阀关闭,启动后,再将闸阀逐渐打开,即水泵的闭阀启动;效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。孔流系数C0在一定范围内是一定值,本次试验结果为0.7118。泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点,阀门关小时,He—Q曲线变陡,工作点往上移,流量变小;阀门开大时,He—Q曲线变得平坦,工作点下移,流量变大。
关键词:化工实验 离心泵 特性曲线 孔流系数
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。
二、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。由于流体流经泵时,不可避免地会遇到各种阻力,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笑,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η-Q三条曲线称为离心泵的特性曲线。另外,曲线也可以求出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。
Figure 1离心泵的理论压头与实际压头
(1)泵的扬程He
He = H压力表+ H真空表+ H0
式中:H真空表——泵出口的压力,mH2O;,
H压力表——泵入口的压力,mH2O;
H0——两测压口间的垂直距离,H0= 0.3m 。
(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高,所以泵的总效率为
式中 Ne——泵的有效效率,kW;
Q——流量,m3/s;
He——扬程,m;
Ρ——流体密度,kg/ m3
由泵输入离心泵的功率N轴为
N轴= N电?η电?η传
式中:N电——电机的输入功率,kW
η电——电机效率,取0.9;
η传——传动装置的效率,取1.0;
2.孔板流量计空留系数的测定
Figure 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,分别与压差传感器两端连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用,使流速增大,压强减小,造成孔板前后压强差,作为测量的依据。若管路直径d1,孔板锐孔直接d0,流体流经孔板后形成缩脉的直径为d2,流体密度ρ,孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为u1、u2和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后则有
对于不可压缩流体,根据连续性方程有
经过整理后,可得:
令,则可简化为:
根据u0和S2,可算出体积流量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,m2;
ρ——流体的密度,kg/ m3;
C0——孔流系数。
孔流系数的大小由孔板的形状,测压口的位置,孔径与管径比和雷诺数共同决定。
三、装置和流程
Figure 3 离心泵性能实验装置
1- 水池 2-底阀3-离心泵 4-出口调节阀 5-孔板流量计 6-计量槽
7-放水阀 8-进水管 9-灌泵口 10—真空表 11—压力表 12—液位计
四、操作要点
本实验通过调节阀门改变流量,测得不同流量下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运转正常。打开电机电源开关,观察电机和离心泵的运转情况,如无异常,可切断电源,准备在实验实验中使用。
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,开始试验
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,并多测几次数据
4. 为防止因水面波动而引起的误差,测量师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
6. 测定管路特性曲线时,固定阀门开度,改变频率,测取8-10组数据,并记录。
7. 实验完毕,停泵,记录相关数据,清理现场
五、数据处理
1、水的密度与粘度计算公式
1、 密度:
式中:——水的平均温度
2、 粘度:
式中:——水的平均温度
(1)离心泵的特性曲线数据记录
以第一组数据为例:
扬程计算:
泵的有效功率计算:
雷诺数:
孔流系数:
(2)管路特性曲线
以第一组数据为例:
六、实验结论及误差分析(用Origin或者excel处理)
(一)离心泵特性曲线
将上述计算结果用Origin拟合相关曲线如下:
图中黑色曲线代表扬程变化曲线,绿色曲线代表效率变化曲线,红色代表有效功率变化曲线
图表分析:
1、He—Q曲线是下降的曲线,即随流量Q的增大,扬程He逐渐减小。2、离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加,曲线有上升的特点。当流量为零时,轴功率最小。因此,为便于离心泵的启动和防止动力机超载,启动时,应将出水管路上的闸阀关闭,启动后,再将闸阀逐渐打开,即水泵的闭阀启动。
3、效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。即离心泵在一定转速下有一定的最高效率点,称为离心泵的设计点。对应的H,N,Q值称为最佳工况参数。
(二)孔板流量计孔流系数的测定
Figure 5孔板流量计系数与雷诺系数关系
孔流系数Co在一定范围内是一定值,本实验测定结果为0.71704。
(三)管路特性曲线
泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点
阀门关小时,He—Q曲线变陡,工作点往上移,流量变小
阀门开大事,He—Q曲线变得平坦,工作点下移,流量变大
(四)误差分析:
系统误差,人为操作所造成的误差,读取数据时的跳跃值取其一也可导致误差,在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差等等。
五、思考题
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。
第二篇:水泵性能实验报告
水泵基本性能实验
一、实验装置
整个系统的实验装置工艺系统图见图1。
本实验装置为一综合性实验装置,可进行水泵基本性能实验、水泵并联实验、水泵串联实验和水泵汽蚀性能实验。
主要由以下部分组成:地下蓄水池、吸水管、阀1、阀2、机械真空表、电子真空表、U形管水银真空计、真空泵、真空管、真空阀10、真空阀11、气水分离器、水泵机组Ⅰ(左侧水泵机组,主要用于水泵基本性能实验、并联实验和串联实验)、水泵机组Ⅱ(右侧水泵机组,主要用于并联实验、串联实验和汽蚀性能实验)、真空罐(用于汽蚀性能实验)、机械压力表、电子压力表、U形管水银压力计、涡轮流量计、电流表、电压表、功率表、光电转速表、压力水管、阀3~阀9、三角堰、真空罐、温度计、阀12~阀15等(见图1)。
1.吸水管路系统
由直管段、弯头、法兰等组成。水泵在启动前,应使吸水管和水泵内部充满水。本装置在水泵吸入口处留有抽真空接管(用于抽气引水)并安装有真空表。
2.抽水机组
由离心泵及其配套电机等组成。水泵与电机采用直接传动方式。
3.压水管路系统
由直管段、弯头、法兰和阀门等组成。水泵出口阀门用于水泵的启动、停车、调节流量和并、串联工作的控制。
4.基本参数测量、显示与控制系统
在水泵入口处连接有机械真空表、电子真空表和U形管水银真空计,在水泵出口处连接有机械压力表、电子压力表和U形管水银压力计,分别用于测定水泵进口的真空值和出口的压力值。功率表用于测定电机的输入功率Np,并根据电机的基本性能曲线之一可查得相应的输出功率。U形水银真空计、压力计以及功率表等均安装于控制显示面板上,如图2所示。水泵的流量用三角堰测量,(测量原理请参看有关流体力学书籍)。水泵的转速可用光电转速表测定。
图2 显示控制板
5.抽气充水系统
由真空泵、集水瓶(水气分离器)和相应的管道系统组成,见图3所示。
二、水泵基本性能实验
(一)目的要求
1.掌握水泵主要性能参数的测量方法,了解水泵实验装置的组成和操作过程;
掌握水泵实验性能曲线(Q~H、Q~N、Q~)的绘制,并能运用该曲线分析水泵的工作性能和启动方式。
(二)实验装置
水泵基本性能实验如图4所示。
(三)实验原理
2.水泵的基本性能参数有流量Q、扬程H、轴功率N、转速n、效率η、允许吸上真空高度 。在n不变的情况下,其它性能参数(扬程H、轴功率N、效率η和允许吸上真空高度等)与流量Q之间的关系图(Q~H、Q~N、Q~η、Q~HS等),称为水泵基本性能曲线。水泵基本性能曲线分为理论性能曲线和实验性能曲线,理论性能曲线是利用理论分析的方法得到的;而实验性能曲线是采用试验方法求得。试验时可调节水泵出口阀以获得水泵的各种工况,并测定各工况点的参数值,将各工况点点绘在坐标纸上以得到实验性能曲线。离心泵的工作原理和特性曲线等详细内容请复习《水泵与水泵站》教材中有关章节。本实验将测定Q~H、Q~N,并计算绘制出Q~实验性能曲线。水泵各基本性能参数的测定原理如下:
1.水泵扬程H 的测定
根据水泵扬程的定义,建立水泵进出口断面的能量方程式,得水泵扬程计算公式为:
⑴
式中:H——水泵的扬程(m);
Hd 、HV——水泵出口、进口断面的压强高度和真空高度(m);
△Z——水泵出口、进口两断面中心点的位置高差(m);
——水泵出口、进口两断面流速水头差(m)。
根据U形水银真空计和水银压力计工作原理和测量数据,写出水泵吸扬程HV、水泵压扬程Hd和总扬程H计算公式,并将各组计算结果记于表1—3中。
水泵吸水扬程:
HV=13.6(▽1-▽2) ⑵
水泵压水扬程:
Hd=13.6(▽3-▽4)+(▽4-▽b) ⑶
式中:——U形水银真空计的上部液面标高(m);
——U形水银真空计的下部液面标高(m);
——U形水银压力计的上部液面标高(m);
——U形水银真空计的下部液面标高(m);
——水泵基准面的标高(m)。
通常抽水装置中的位置高差△Z和流速水头差之和与水泵扬程相比甚小,可忽略不计,则水泵总扬程可近似表示为:
=13.6(▽1+▽3-▽2-▽4)+(▽4-▽b) ⑷
即水泵的扬程近似的等于其出口压力计和进口真空计的读数之和所转换的米水柱。
2.水泵流量Q的测定
水泵的流量采用三角薄壁堰或涡轮流量计测定。本试验采用三角堰测定,详见试验步骤。
根据所测三角堰堰顶标高▽0和三角堰水面标高▽,计算堰上作用水头为:
h= ▽-▽0 (m) ⑸
流量为:
Q (m3/s) ⑹
将计算结果记于表1—3。
3.水泵轴功率N和有效功率的测定
水泵的有效功率(即水泵输出功率)为
⑺
式中: ——水的容重(可取9.81KN /m3)。
水泵的轴功率可用下式计算:
⑻
式中:——水泵的效率(%);
——配用电机的输入功率,可用功率表测量;
——电机的效率(%),可从电机性能曲线或电机铭牌查得;
——传动效率,本装置为直接传动,可取=100% 。
4. 水泵转速n的测定
水泵转速可用光电转速表测定。
5.水泵效率
水泵效率可用下式计算:
﹪ ⑼
(四)操作的方法步骤
1. 熟悉实验装置组成及其操作方法步骤。包括:管路的连接,各阀的开关;水泵及真空泵的启动和停机方法步骤;水银真空计、水银压力计和三角堰等的原理和使用方法。
2. 记录有关常数。装置编号No、铭牌参数及实验常数(记入表1)。
3. 关闭水泵出口上部出水管阀3,开启阀1和真空阀11,启动真空泵,用真空泵抽取水泵及吸水管内空气,使水泵内部充水,待水气分离器内真空管出口连续出水为止。充水完成后即可按下主机组启动按扭,启动主水泵,同时关闭真空阀1和真空泵。待压力表读数上升基本稳定后,开启水泵出口阀3至全开状态。待运转稳定后,用光电转速表测定水泵转速,用三角堰测量流量,并读出各压力计和各真空计读数,用功率表测定电机输入功率。记录该组数据分别于表1和表3中。
4. 逐渐关小水泵出口阀3调整流量至某一工况点,测定相应数据值(、▽和等)。
5. 依照以上方法在阀门全开至完全关闭的过程中至少取5个工况点(包括阀门全开的满载工况和流量为零的空载工况),测定各组数据并记录于表2和表3中。
6. 再从阀门关闭到全开的过程中选取至少4个工况点,分别测取和记录各组实验数据。
7. 关闭水泵出口阀(3),待完全关闭后,关闭主机组。
8. 阀调节和参数测量时,要求实验性能曲线点位尽量均匀分布,9个工况点中,最高效率工况点附近至少要有2个点。并测出阀全关和全开时的有关参数。
9. 计算各组的扬程H、有效功率Nu、轴功率N和效率η,均填于表3中。
10. 根据表2中所计算的各参数值,在坐标纸上采用描点、连线的方法,分别绘出Q~H、Q~N和Q~特性曲线。
表1 实验装置编号No
(五)实验分析与讨论
1.选择空载工况、满载工况和任一中间工况,比较水银真空计与真空表、水银压力计与压力表的测量结果,试找出差别并分析原因。
2.试说明影响水泵进口真空值的因素有哪些?影响水泵出口压力值的因素又有哪些?
3.根据所绘出的Q~H、Q~N和Q~性能曲线,确定该泵在最高效率点的参数,并与水泵铭牌参数比较。
4. 若按不低于最高效率的10%作为水泵特性曲线的高效段,试在特性曲线上画出该泵的高效段,并给出该水泵性能表(左极限工况点、额定工况点和右极限工况点的流量、扬程、功率、效率等)。
表2 水泵进口真空和出口压力测量表
水泵轴线相对高程▽b= cm 。
表3 水泵性能试验参数测量及计算表
三角堰顶点高程
图5 离心泵实验性能曲线