化工原理实验报告

离心泵特性曲线的测定实验报告

                   

                  班    级： 031111

                  小    组：第二组

                  制    作：陈睿胡沩侯靖威杨钊

                  指导老师：刘惠仙

                  时    间： 2013.11.1.

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：

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

                         ?

 式①中，h₀——二测牙点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；

         H_e——泵的实际扬程，m。

   由于压力表和真空表的读数是两测压点处的表压，因此，① 可表示为：

                       ②

 其中                                ③

                                     ④

 式③、④中的P₂和P₁分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与轴功率之比，

                                     ⑤

 式⑤中  η——离心泵的效率；

        N_e——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

                                ⑥

 或                            ⑦

 离心泵的总效率

                                     ⑧

  实验时，使泵在一定转速下运转，测定对应于不同流量的扬程、电机功率、效率等参数值，将所得得数据整理后用曲线表示，即得到泵的特性曲线。

四.实验装置及流程：

  实验方案

用自来水做实验物料；在离心泵转速一定的情况下，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⑤、⑦和⑧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，需测定的原始数据有：泵两端的压力P₁和P₂，离心泵电机功率N_e，流量Q，水温t，以及进出口管路的管径d₁的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，涡轮流量计在安装时，必须保证仪表前后有足够的直管稳定段和水平度，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/

其中Q——流量，L/s；

f——流量计的转子频率；

——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定，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。

  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。

实验装置流程如下图：

1—水槽；2—真空表；3—排气阀；4—离心泵；5—功率表；

6—压力表；7—引水阀；8—温度计；9—涡轮流量计；10—控制阀

图：离心泵特性曲线测定实验装置流程

六.实验的主要操作步骤：

   1、首先打开泵体上的排气阀排除泵内的气体，确认泵已灌满且其中的空气已排净，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。

   5、实验结束时，先将控制阀关闭，在关闭电机电源开关和总电源。

七．实验数据:

 1、数据记录

2、数据处理：用excel处理数据如下：

先由涡轮流量计频率求的流量，再由②式求得扬程，再由⑥、⑧式求得N_e和η_总。

Excel实验数据处理：

八．计算示例：

现以第18组数据计算为例来展示计算过程，

Q=f/ξ'=1200/332.66=3.61 L/s = 3.61*10^-3 m³/s

H_压=p1/ρg=0.0032*1000000/(9.81*998.9)=0.003m

H_真=P2/ρg=0.149*1000000/(9.81*998.9)= 15.21m

u₁=Q/3.14/d_1/d1=3.61×10^-3/3.14/0.02/0.02 = 2.86 m/s

u₂=Q/3.14/d₂/d₂=3.61×10^-3/3.14/0.016/0.016 = 4.48 m/s

?U=(u₂²-u₁²)/2g = (4.48²-2.86²)/2/9.81= 0.60 m

H_e=H_真+?U=23.19m

N_e=H_eQρg/1000 = 0.547kW

N_轴=15×N_电/1000 = 1.238 kW

η=N_e/N_轴×100%=0.547/1.238×100% = 44.23%

九．实验结果及讨论：

由表做出Q-H_e、Q-N_e、Q-η曲线：

由图可知：离心泵的扬程随流量的增大而减小；离心泵的功率随流量增大而增大；而离心泵的效率先随流量的增大而增大，但达到一定大的程度时开始平稳下来（甚至以后会有所降低）。这说明离心泵有一定的工作适宜范围，即效率达到峰值时为宜，这会为实际泵的工作有指导意义。实验误差分析：1、实验仪器本身存在误差，实验数据不稳定；2、数据读取时存在读数误差。在一定误差允许范围内，实验达到了预期效果。

十、思考题：

1、离心泵为什么要灌泵？本实验装置中离心泵的安装上有什么特点？

答：如果不灌泵，泵内存有气体，由于空气密度远远小于液体密度，产生的离心力很小，此时叶轮中心处所行成的低压不足以将贮槽内液体吸入泵内，此时虽启动泵，也不能输送液体，表明无自吸能力，所以必须启动前灌泵。本实验离心泵的安装上消除了进口管和出口管的高度差，减少了计算量，还有装置简单明了，易于学习。

2、离心泵为什么启动前关闭出口阀门和仪表电源开关？而停泵前也要先关出口阀？

答：关闭出口阀门和仪表电源开关以使泵在低负荷下启动，避免启动脉冲电流过大而损坏电机仪表。停泵前关闭出口阀为防止泵发生水倒流，损害机件，也是为了使泵的工作功率最低，避免突然停泵时产生脉冲电流过大而损坏电机。

3、离心泵的流量为什么可用出口阀调节？

答：用出口阀调节泵的流量，可以把管子里的空气全部排出，而且流量调节的范围大，可以保证泵的最小流量,防止泵体内发生汽蚀。

4、什么情况下会出现气蚀现象？

答：泵的安装高度过高、泵的吸入管路阻力过大、所输送液体的温度过高、泵的运行工况点偏离额定流量过远等导致泵内压力过低。

5、离心泵流量增大时，压力表与真空表数值将如何变化？为什么?

答：离心泵的流量增大时，压力表的数值将会减小，真空表的数值将增大。因为当流量增大时，流速也增大将使流动阻力增大，根据伯努力方程可知进口管真空表数值将增大，出口管压力表读数将减小。

6、能否在离心泵的进口管处安装调节阀，为什么？

答：不能。如果在离心泵的进口管安装调节阀，有可能不能使管道满水，进口流量阀处就有可能有一定的真空度，这样出口的压力就不能保证，而且流量调节的范围也小，还可能使离心泵发生气蚀。¹

第二篇：离心泵特性曲线实验报告

                      离心泵特性曲线测定实验

一、实验目的

1.1能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程与流量、功率与流量以及离心泵效率与流量的关系曲线图；

1.2学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作。

二、基本原理

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H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。

2.1扬程H的测定与计算

取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程：

由于两截面间的管子较短，通常可忽略阻力项?Sh f ，速度平方差也很小，故也可忽略，则有

由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。

2.2轴功率N的测量与计算:

其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取。 95.0＝k

2.3效率η的计算

泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，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：

2.4 转速改变时各参数的换算

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2900rpm）的数据。换算关系如下：

三、实验步骤

3.1实验准备：

（1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。

（2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。

3.2开始实验：

（1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。

（2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。

（3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：流量Q、泵进口压力p₁、泵出口压力p₂、电机功率N_电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H₀（H₀＝0.1m）。

（4）实验结束，先关闭出口流量调节阀，再停泵。然后记录下离心泵的型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等。

四、实验数据记录与实验数据处理

4.1数据记录

4.2数据处理

4.2.1根据原理部分的公式，按照比例定律校合转速后，计算各流量下的扬程、轴功率与效率。

（1）  扬程与流量关系图H-Q

(2)电机功率与流量关系图N-Q

（3）泵效率与流量关系图η-Q

4.2.2分析实验结果，判断泵最佳工作范围

由泵的效率与流量关系图可得，在流量1.00-5.00m³/h范围内，泵的效率逐渐升高，但在4.0-5.0区间内，泵的效率趋于平缓；而在电机功率与流量关系图中，电机的效率随着流量的升高而升高。由此在实验范围内我们可判定泵的最佳工作范围在流量控制在4.5-5.0m³/h内。

五、思考题

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？

答：因为N随Q的增大而增大，当Q＝0时，N最小，因此，启动离心泵时，应关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电机。

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，你认为是什么原因？

答：引水灌泵时为了排除泵内的气体。泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。

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？

答：用出口阀门调解流量而不用崩前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置。

4、泵启动后，出口阀如果不开，压力表和真空表读数是否会逐渐升高？为什么？

答：当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。

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，方便检修。

6、试分析，用清水泵输送密度为1200Kg/m^3的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？

答：如果选用的是同一台水泵，同样的电机功率，外网不变的情况下，那么压力不会变化，轴功率会增加。