化工原理实验报告

名称：离心泵特性曲线的测定实验

班级：

指导老师：

姓名：蔺雅洁任风利王文宇冯细昌

组长：

实验二  离心泵特性曲线的测定实验

一．       实验内容

测定一定转速下离心泵的特性曲线。

二．       实验目的

1.      了解离心泵的结构特点，熟悉并掌握离心泵的工作原理和操作方法。

2.      掌握离心泵特性曲线的测定方法。

三．       实验原理

泵是输送液体的机械。工业选泵是，一般根据生产工艺要求的扬程和流量，考虑所输送液体的性质和泵的结构特点和工作特性，来决定泵的类型和型号。对一定类型的泵而言，泵的特性主要是指鞥早一定转速下，其扬程，功率和效率与流量的关系。

离心泵是工业上最常用的输送液体的机械之一，其结构可参阅《化工原理》教材。离心泵的特性，通常与泵的结构，泵的转速以及所输送液体的性质的性质有关，影响因素很多。因次，离心泵的特性只能采用实验的方法实际测定。

如果在泵的进口管处分别安装上真空表和压力表，则可根据伯努利方程得到扬程的计算公式

He=P2/(g)-P1/(g)+h0+（u22-u12）/（2g）               ①

式①中，h0—二测压电截面之间的垂直距离，m；

P1—真空表所处截面的绝对压力，Mpa；

P2—压力表所处截面的绝对压力，Mpa；

u1—泵进口管流速，m/s；

u2—泵出口管流速，m/s；

He—泵的实际扬程，m。

由于压力表和和真空表的读书均是表示两测压点的表压，因次，式①可表示为

He=H压+H真+h0+（u22-u12）/（2g）                 ②

其中     H压= P2/(g)                          ③

         H真= P1/(g)                          ④

式③④中的P2 ，P1别是压力表和真空表的显示值。

离心泵的效率为泵的有效功率和轴功率之比值，

η=Ne/N轴                                                        ⑤

式⑤中  η—离心泵的效率；

        Ne—离心泵的有效功率，KW；

        N轴—离心泵的轴功率，KW;

有效功率可用下式计算

Ne= HeQρg[W]

或      Ne=HeQρ/102[KW]

泵的轴功率是由泵的电机提供的，而输入电机的电能在转变成机械能时亦存在一定的损失，因次，工程上有意义的是测定离心泵的总效率（包括电机效率和传动效率）。

        η总=Ne/N轴  

实验时，使泵在一定转速下运转，测出对应不同流量的扬程，电机输入功率，效率等参数值，将所得数据整理后用曲线表示，即得到泵的特性曲线。

四．   实验设计

实验设计包括实验方案的设计，数据测试点及测试方法和操作控制及控制方法的确定，以及实验装置流程的设计。

实验方案

用自来水做实验物料；在离心泵转速一定的条件下，测定不同流量下离心泵进出口的压力和电机功率，即可由式⑤⑦⑧计算出相应的扬程，功率和效率；在实验布点时要考虑到泵的效率随流量变化的趋势。

测试点及测试方法

根据实验基本原理，需要测定的原始数据有：泵两端的压力P1和 P2，离心泵电机功率Ne ，流量Q ，水温t ，（以确定水的密度），以及泵进出口的管径 d1和d2，据此可配置相应的测试点和测试仪表。

离心泵出口压力P2由压力表测定

离心泵入口压力P1由真空表测定

流量由装设在管路中的涡轮流量计测定，涡轮流量计的二次显示仪表采用数字电子仪表，其流量计算式为

Q=f/ξ

其中Q——流量，L/s

f——流量计的转子频率

ξ涡轮流量计的仪表系数

电机功率采用数字仪表测量：

                      N电=15*显示读数（kw）

水的温度用水银温度计测量，温度计安装在泵出口管路的上方。

    控制点和调节方法：

实验中控制的参数是流量Q，可用调节阀来进行控制调节。为了保证系统满灌，将控制阀安装于出口管路的末端。

五、实验装置流程及说明

实验装置及流程：

主要设备：

离心泵    循环水箱    涡轮流量计    流量调节阀

压力表    真空表      温度计

实验装置流程如图所示，由离心泵和进出口管路、压力表、真空表、流量计和调节控制阀组成测试系统。实验物料为自来水，为节约起见，配置水箱循环使用。为了保证离心泵在启动时满灌，排除泵壳内的空气，在泵的进口管路末端安装有止逆底阀。

流程说明：

 

实验装置流程说明：启动泵后，水槽中的流体在流经管道的过程中先通过②真空表得到真空表处得截面之间的绝对压力，经过离心泵被抽出后经过⑥压力表得到压力表所处截面的绝对压力，再通过管道流经⑦引水阀所在处、⑧温度计所在处并得到一个此时流体在温度，然后通过⑨涡轮流量计，再经过⑩控制阀，最后流体又重新流回水槽达到水的循环利用。

六、实验操作

1、首先打开引水阀引水灌泵，并打开泵体上的排气阀排出泵内的气体，确认泵已满灌且其中的气体以排净，关闭引水阀和泵的排气阀。

2、在启动泵前，要关闭出口控制阀的显示仪表电源开关，以使泵在最低负荷下启动，避免启动脉冲电流过大而损坏电机和仪表。

3、启动泵，然后将控制阀开至最大以确定实验范围，在最大的流量范围内合理布置实验点。

4、将流量调至某一数值，待系统稳定后，读取并记录所需数据（包括流量为零时的各有关参数）。

5、实验结束时，先将控制阀关闭，再关闭电机电源开关和总电源。

七、实验数据处理

1、实验数据记录表

泵的型号：              涡轮流量计仪表系数：327.16r/s

转速：2900r/min          进口管径：40mm

出口管径：32mm         水温：18.9℃

2、实验数据整理表

计算示例（以第一组数据为例）

Q=f/ξ=1202/327.16=3.6740m3/s

u1=4qv/(πd12)=4*3.6740*10-3/(3.14*0.042)=2.9237m/s

u2=4qv/(πd22)=4*3.6740*10-3/(3.14*0.032）=4.5682m/s

He=p2/ρg+(u22-u12)/2g=0.146/9.81*998.2+(4.5682-2.9237)/(2*9.81)=15.52m

Ne=HeQρg=15.52*3.6740*998.2*9.81=0.5581kw

N轴=N电=N显*15=81.5*15=1.2225kw

η=Ne/N轴=0.5581/1.2225=0.4565=45.65%

3、离心泵特性曲线图

八、实验结果及讨论

本实验的目的是掌握离心泵特性曲线测定方法。从本次实验的数据看，虽然存在一定误差，但实验数据基本符合实验要求，误差存在的原因可能是由于离心泵工作时流量不稳定，读数有误差，还有可能测量离心泵工作范围未取得适当的间隔，使得数据由差异。

九、思考题

1、离心泵在启动前为什么要引水灌泵？本实验装置中离心泵在安装上有什么特点？

答：1)为了防止打不上水、即气缚现象发生。

2)安装特点：离心泵低于液面，不用人工灌泵；

2、为什么离心泵在启动前要关闭出口阀和仪表电源开关？而停泵之前也要先关闭出口阀？

答：1）防止电机过载。因为电动机的输出功率等于泵的轴功率N。根据离心泵特性曲线，当Q=0时N最小，电动机输出功率也最小，不易被烧坏。

    2）使泵体中的水不被抽空，另外也起到保护泵进口处底阀的作用。

3、离心泵的流量可由泵的出口阀调节，为什么？

    答：调节出口阀门开度，实际上是改变管路特性曲线，改变泵的工作点，可以调节其流量。这种方法优点是方便、快捷、流量可以连续变化，缺点是阀门关小时，增大流动阻力，多消耗一部分能量、不很经济。也可以改变泵的转速、减少叶轮直径，生产上很少采用。还可以用双泵并联操作。

4、什么情况下会出现“气蚀”现象？

    答：当泵的安装高度达到一定值时，泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体在该处气化，或使溶解在液体中的气体析出而形成气泡，含气泡的液体进入叶轮的高压区后，气泡迅速凝聚或破裂，气泡的消失产生局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心，产生压力极大，频率极高的冲击，尤其当气泡的凝聚发生在叶轮表面附近时，液体质点由如许多细小的高频水锤撞击着叶片，致使叶轮表面损伤，运转一定时间后，叶轮表面出现斑痕及裂缝，甚至呈海绵状脱落，使叶轮损坏，产生气蚀现象。

5、离心泵流量增大时，压力表和真空表的数值将如何变化？为什么？

          答：入口处真空表的读数增大，而出口处压强表的读数减小。流量越大，需要推动力即水池面上的大气压强与泵入口处真空度之间的压强差就越大。大气压不变，入口处强压就应该越小，而真空度越大，离心泵的轴功率N是一定的N=电动机输出功率=电动机输入功率×电动机效率，而轴功率N又为： ， 当N=恒量， Q与H之间关系为：Q↑H↓而 而H↓P↓所以流量增大，出口处压强表的读数变小。

6、能否在离心泵的进口管处安装调节阀，为什么？

          答：不能，因为水从水池或水箱输送到水泵靠的是液面上的大气压与泵入口处真空度产生的压强差，将水从水箱压入泵体，由于进口管，安装阀门，无疑增大这一段管路的阻力而使流体无足够的压强差实现这一流动过程。

第二篇：2暖通-离心泵特性曲线测定实验

  离心泵特性曲线测定实验

一、   实验目的

1、熟悉离心泵综合实验台的结构和基本原理。

2、掌握利用实验装置进行离心泵特性曲线测定实验的实验方法。

3、 通过实验测得数据得出H—Q，N—Q和η—Q曲线。

二、   实验装置

试验台的结构如图所示。

    

                      试验台的结构示意图

1.传感器 2.电机（1） 3.水泵（1） 4.串联管路及阀门 5.出水阀（泵1）6.压力表 7.真空表 8. 出水阀（泵2） 9. 真空表 10. 压力表 11.文丘里流量计 12.转向漏斗 13.计量水箱 14.调试排空水箱 15.排水阀 16.测量水箱放水阀 17.进、排气阀 18.水箱 19.排水阀 20.实验台支架 21. 电机（2） 22. 水泵（2）  23.吸水管 24. 进水阀（泵1） 25. 进水阀（泵2）

实验台主要由水泵1（用以测泵特性及串并联实验）、水泵2（用以测泵的汽蚀余量和串并联实验）。水箱、文丘里流量计、计量水箱、真空表、真空压力表、压力表，管道及阀门等组成。泵1的驱动电机，其转子的轴固定的轴承上，而其定子是悬浮的，在测定水泵特性曲线时，电机通电，定子和转子产生感应力矩，使转子旋转，驱动泵的叶轮转动；利用压力传感器测定出电机的工作力矩M;再用转速表测出电机的转速n(转速表自备)，学生实验时，也可用电机标牌上给出的转速，其误差小于2%。即可算出泵的输入功率M。实验时，利用各阀门的开、关和调节，形成泵1的单台泵工作回路，在不同流量下，测定一组相应的压力表、真空表、和流量计的差压计的读数（或利用计量水箱和秒表来计量），以及电机的转速n,测力矩M，即可得出一组泵的流量Q、扬程H,实用功率N等数据，可以绘出泵的H-Q,N-Q和η-Q等特征曲线。

三、实验原理

1、H—Q曲线

根据实验内容要求，在相应位置建立能量方程。

利用阀门调节流量，测定H、Q的数值。Q用计量水箱和秒表测定；H值可由下式计算：

式中：H——扬程[m]

——压力表读数，[Mpa] ，换算成水柱高，[m]

      ——真空表读数，[Mpa] ，换算成水柱高，[m]

     ——压力表至真空表接出点之间的高度，[m]

     ——水的重度，等于密度和重力加速度的乘积。[]

       ——泵进口流速，一般进口和出口管径相同， 所以

 逐次改变阀门的开度，测得不同的值和其相应得水头值（和值），在Q—H坐标系中得到相应的若干测点，将这些点光滑地连接起来，即得水泵得H—Q曲线。

2、N—Q曲线

测定泵在不同流量时的泵输入功率（为电机的输出功率），绘制N—Q曲线。

泵的实用功率，

          

式中：——相应工况下的感应力矩， [N.m]

      ——相应工况下的电机（泵）旋转角速度

      ——相应工况下的电机（泵）旋转速度，[转/分]

逐次改变阀门的开度，测得不同的值和其相应泵实用功率值，在Q—N坐标系中得到相应得若干测点，将这些点光滑地连接起来，即得水泵得N—Q曲线

3．η—Q曲线

利用H—Q和N—Q曲线，任取一个值可以得出相应的和值，由此可得该流量下得相应效率值：

取若干个值，并求得相应和值，即可算出其相应的值，在Q—η坐标系中可光滑地连出泵的η—Q效率曲线。

对于文丘里测流量，按以下公式计算：

其中，表示体积流量，；

文丘里流量计的流量系数，按1.15算；

文丘里管大径，；

文丘里管小径，；

文丘里管两端压差，；

 水的密度，

四、实验步骤

1、泵的特性实验

（1）试验前准备

①将水箱注满水

②拧开泵1的充水孔盖，向水泵充水，直到泵体内充满水为止（此时，应关闭进口阀24）

③关闭阀门25，4，8；打开阀门5。

（2）进行试验

①启动泵1。泵运转后，即打开阀门24，再关闭阀门5。此时，流量为0，为空载状态。测量压力表6，真空压力表7的读数，并测出电机转速n（转速表由用户自备）和力矩（N）。

②打开阀门5至一定开度，水泵开始给水，再测读压力表6、真空压力表7、流量计的读数，并测定电机的转速n和力矩N。泵的流量也可用计量水箱和秒表（用户自备）来测量。

③逐步开大阀门5，改变泵的流量（一般改变10-15次），在每一流量下，测量并记录上述试验数据。

这样，可以测得相应于不同流量下的试验数据，从而就可以绘出泵的特性曲线。

五、实验数据记录与报告编写

 1、实验台的主要指标和参数

离心泵：

型号：                          最大扬程：         m

最大流量：                 泵进口管径d:       mm

电机额定功率：     KW          电机额定转速：     转/分

文丘里管流量系数K =0.98

2、实验数据可记录在如下的表格中：

  3、实验数据处理记录在如下的表格中：

3、实验报告编写

实验报告应认真编写，内容主要包括：

（1）、简要说明实验目的、实验原理、实验方法及过程。

（2）、根据实验数据处理结果，在坐标系中点出测试点，最后光滑地绘制出H—Q，N—Q和η—Q曲线。（可以在一张图上绘出）

（3）、论述一下对实验装置和实验方案的评价，提出自己的设想和建议。

六、思考题

1、哪些因素会影响到离心泵的特性曲线？

2、试分析离心泵特性曲线的规律？

3、选择离心泵的基本原则与基本步骤是什么？

4、本实验离心泵启动前要注意什么？