北京化工大学
学生实验报告
院（部）： 化院
姓 名： 学 号： 200811222
专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工0808
同组人员：
课程名称： 化工原理实验
实验名称： 离心泵性能实验
实验日期： 批阅日期：
成 绩： 教师签名：
实验名称： 离 心 泵 性 能 实 验
一、 摘要
本实验以水为工作流体，使用了额定扬程He为20m，转速为2900 r/min IS 型号的离心泵实验装置。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，流量通过计量槽和秒表测量。实验中直接测量量有P真空表、P压力表、电机功率N电、孔板压差ΔP、计量槽水位上升高度ΔL、时间t,根据上述测量量来计算泵的扬程He、泵的有效功率Ne、轴功率
N轴及效率η,从而绘制He-Q、Ne-Q和η-Q三条曲线即泵的特性曲线图,并根据此图求出泵的最佳操作范围；又由P、Q求出孔流系数C0、Re，从而绘制C0-Re曲线图，求出孔板孔流系数C0；最后绘制管路特性曲线H-Q曲线图。
本实验数据由EXCEL处理，所有图形的绘制也由EXCEL来完成。
二、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。
三、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。
(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= 0.85m 。
(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。
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。
四、装置和流程
图一、离心离心泵性能实验装置和流程
1 蓄水池 2 底阀 3真空表 4离心泵 5灌泵阀 6压力表 7流量调节阀
8 孔板流量计 9活动接口 10液位计 11计量水槽 12回流水槽 13计量槽排水阀
五、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，准备实验。
2 在进行实验前，首先要灌泵,排出泵内的气体。灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀即可启动离心泵,开始实验。
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，应当注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多次测取几次数据。
4 为防止因水面波动而引起的误差，测量时液位计高度差不小于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，同时记下设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程和功率等）。
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.实验结束，停泵，清理现场。
六、数据处理
原始数据记录如下：
水温：16.8℃
该温度下，水密度：ρ=998.2 kg/ m3，粘度μ=1.005mPa.s
计量槽：0.495×0.495(m2) 液位高度差ΔL=200mm
孔板流量计：d0=24.2mm 管路：48×3mm
表1. 泵的特性曲线测定数据记录表
以表1第二组数据为例：
1扬程计算：He = H压力表+ H真空表+ H0
H压力表=P压/ρg=0.175×106/(998.2×9.81)=17.87111m
H真空表=P真/ρg=-0.004×106/(998.2×9.81)= -0.40848m
∴He=17.87111m+(-0.40848)m+0.85m=18.31263m
2流量计算：Q=V/t=0.049005/95.47=0.000513303(m3/s)
3泵的有效功率计算：
=0.000513303×18.31263×998.2/102=0.09199 kW
N轴= N电?η电?η传=0.59×0.9×1.0kW=0.531 kW
=0.09199/0.531=0.17324
4孔流系数的计算：
4×0.000513303/(3.14×0.02422×(2×1/0.9982)0.5)= 0.78880062
5雷诺数Re计算：
4×0.000513303×998.2÷(3.14×0.042×1.005×10-3)=15463.44
表2. 管路特性曲线数据记录表1
表3.管路特性曲线数据记录表2
表4.管路特性曲线数据记录表3
管路特性曲线数据处理过程:
以表2中记录表1中的第1组数据为例,相关计算结果如下：
1流量计算: Q=C0S0(2ΔP/ρ)0.5=0.712×0.000459727×(2×17/0.9982)0.5=0.00191034 (m3/s)(其中C0的值由图2 C0-Re关系曲线图来确定)
2 H的计算:
同表1中扬程的计算一样:H= H压力+ H真空表+ H0=-1.53181+10.21206+0.85=9.530252(m)
七、实验结论及误差分析
将上述计算结果用Excel拟合相关曲线如下
图1 泵的特性曲线图
图2 孔流系数C0与雷诺数Re关系曲线图
图3 管路特性曲线图
结果分析：
1由图1可知，在恒定转速下,泵的扬程随流量的增大而减小，泵的轴功率随流量的增大而增大，而泵的效率则存在最大值。由图可确定该该泵的最佳工作范围是0.00125～0.00175(m3/s)。
2由图2可知，孔流系数Co在一定范围内是一定值即当雷诺数Re大于谋一值时Co不再改变,一般在0.6—0.7，本实验测定结果为0.712，较之略大。由于误差的原因,实际测定Co-Re曲线并并不像理论曲线样随着Re的增大而减小然后趋于定值, 而是有所波动。
3由图3可知,随着流量Q的增加,单位重量流体所需补充的能量H而增大,不同开度时,在相同的转速（频率相同）时开度大的H小；另外由He-Q和H-Q两曲线交点可以求出离心泵在频率为50HZ时的工作点。
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。
八、思考题
1.根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵，在启动前为何要关闭调节阀？
答：在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内。因此，离心泵启动前要管泵；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。
2.当改变流量调节阀门开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？
答：增大阀门开度时，压力表的读数和真空表读数均变小。
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 应根据管路流动的雷诺数Re和面积比m来选择
。
4.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。
答：“气蚀 ”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。“气蚀 ”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。解决方法是1、选择足够的气蚀余量。2、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。
“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。解决方法石材用灌泵等方法将气体赶出来。
5.根据什么条件选择离心泵？
答：主要根据流量、扬程、液体性质等选择离心泵，还要考虑泵的扬程是否足够。
6.从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可采取哪些措施？
答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减小液体的粘度，改变液体，使用比重较小的液体。
7.试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度的区别。
答：汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。
离心泵安装高度 = 水泵的允许真空值 - 吸水管的流速水头 - 吸水管的沿程水头损失 - 局部水头损失
第二篇：[精品]离心泵性能实验报告
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学生实验报告
院（部）： 化院
姓 名： 学 号： 200811222
专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工0808
同组人员：
课程名称： 化工原理实验
实验名称： 离心泵性能实验
实验日期： 批阅日期：
成 绩： 教师签名：
实验名称： 离 心 泵 性 能 实 验
一、 摘要
本实验以水为工作流体，使用了额定扬程He为20m，转速为2900 r/min IS 型号的离心泵实验装置。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，流量通过计量槽和秒表测量。实验中直接测量量有P真空表、P压力表、电机功率N电、孔板压差ΔP、计量槽水位上升高度ΔL、时间t,根据上述测量量来计算泵的扬程He、泵的有效功率Ne、轴功率
N轴及效率η,从而绘制He-Q、Ne-Q和η-Q三条曲线即泵的特性曲线图,并根据此图求出泵的最佳操作范围；又由P、Q求出孔流系数C0、Re，从而绘制C0-Re曲线图，求出孔板孔流系数C0；最后绘制管路特性曲线H-Q曲线图。
本实验数据由EXCEL处理，所有图形的绘制也由EXCEL来完成。
二、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。
三、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。
(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= 0.85m 。
(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。
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。
四、装置和流程
图一、离心离心泵性能实验装置和流程
1 蓄水池 2 底阀 3真空表 4离心泵 5灌泵阀 6压力表 7流量调节阀
8 孔板流量计 9活动接口 10液位计 11计量水槽 12回流水槽 13计量槽排水阀
五、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，准备实验。
2 在进行实验前，首先要灌泵,排出泵内的气体。灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀即可启动离心泵,开始实验。
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，应当注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多次测取几次数据。
4 为防止因水面波动而引起的误差，测量时液位计高度差不小于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，同时记下设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程和功率等）。
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.实验结束，停泵，清理现场。
六、数据处理
原始数据记录如下：
水温：16.8℃
该温度下，水密度：ρ=998.2 kg/ m3，粘度μ=1.005mPa.s
计量槽：0.495×0.495(m2) 液位高度差ΔL=200mm
孔板流量计：d0=24.2mm 管路：48×3mm
表1. 泵的特性曲线测定数据记录表
以表1第二组数据为例：
1扬程计算：He = H压力表+ H真空表+ H0
H压力表=P压/ρg=0.175×106/(998.2×9.81)=17.87111m
H真空表=P真/ρg=-0.004×106/(998.2×9.81)= -0.40848m
∴He=17.87111m+(-0.40848)m+0.85m=18.31263m
2流量计算：Q=V/t=0.049005/95.47=0.000513303(m3/s)
3泵的有效功率计算：
=0.000513303×18.31263×998.2/102=0.09199 kW
N轴= N电?η电?η传=0.59×0.9×1.0kW=0.531 kW
=0.09199/0.531=0.17324
4孔流系数的计算：
4×0.000513303/(3.14×0.02422×(2×1/0.9982)0.5)= 0.78880062
5雷诺数Re计算：
4×0.000513303×998.2÷(3.14×0.042×1.005×10-3)=15463.44
表2. 管路特性曲线数据记录表1
表3.管路特性曲线数据记录表2
表4.管路特性曲线数据记录表3
管路特性曲线数据处理过程:
以表2中记录表1中的第1组数据为例,相关计算结果如下：
1流量计算: Q=C0S0(2ΔP/ρ)0.5=0.712×0.000459727×(2×17/0.9982)0.5=0.00191034 (m3/s)(其中C0的值由图2 C0-Re关系曲线图来确定)
2 H的计算:
同表1中扬程的计算一样:H= H压力+ H真空表+ H0=-1.53181+10.21206+0.85=9.530252(m)
七、实验结论及误差分析
将上述计算结果用Excel拟合相关曲线如下
图1 泵的特性曲线图
图2 孔流系数C0与雷诺数Re关系曲线图
图3 管路特性曲线图
结果分析：
1由图1可知，在恒定转速下,泵的扬程随流量的增大而减小，泵的轴功率随流量的增大而增大，而泵的效率则存在最大值。由图可确定该该泵的最佳工作范围是0.00125～0.00175(m3/s)。
2由图2可知，孔流系数Co在一定范围内是一定值即当雷诺数Re大于谋一值时Co不再改变,一般在0.6—0.7，本实验测定结果为0.712，较之略大。由于误差的原因,实际测定Co-Re曲线并并不像理论曲线样随着Re的增大而减小然后趋于定值, 而是有所波动。
3由图3可知,随着流量Q的增加,单位重量流体所需补充的能量H而增大,不同开度时,在相同的转速（频率相同）时开度大的H小；另外由He-Q和H-Q两曲线交点可以求出离心泵在频率为50HZ时的工作点。
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。
八、思考题
1.根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵，在启动前为何要关闭调节阀？
答：在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内。因此，离心泵启动前要管泵；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。
2.当改变流量调节阀门开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？
答：增大阀门开度时，压力表的读数和真空表读数均变小。
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 应根据管路流动的雷诺数Re和面积比m来选择
。
4.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。
答：“气蚀 ”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。“气蚀 ”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。解决方法是1、选择足够的气蚀余量。2、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。
“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。解决方法石材用灌泵等方法将气体赶出来。
5.根据什么条件选择离心泵？
答：主要根据流量、扬程、液体性质等选择离心泵，还要考虑泵的扬程是否足够。
6.从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可采取哪些措施？
答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减小液体的粘度，改变液体，使用比重较小的液体。
7.试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度的区别。
答：汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。
离心泵安装高度 = 水泵的允许真空值 - 吸水管的流速水头 - 吸水管的沿程水头损失 - 局部水头损失