离心泵的特性曲线
一、实验目的
1、了解离心泵结构与特性,学会离心泵的操作。
2、掌握离心泵特性曲线测定方法。
二、实验原理
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扬程H、轴功率N及效率η与流量V之间的关系曲线,它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂,不能用数学方法计算这一特性曲线,只能依靠实验测定。
1、扬程H的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程:
p1,p2:分别为泵进、出口的压强 N/m2 ρ:液体密度 kg/m3
u1,u2:分别为泵进、出口的流量m/s g:重力加速度 m/s2
当泵进、出口管径一样,且压力表和真空表安装在同一高度,上式简化为:
2、轴功率N的测量与计算
N=0.94w
w-电机输出功率;W
可知:测定泵的轴功率,只需测定电机的输出功率,乘上功率转换中的倍率即可。
3、效率η的计算
泵的效率η为泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是流体单位时间内自泵得到的功,轴功率N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: Ne=HVρg
故
η=Ne/N=HVρg/N
4、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:
三、实验装置流程
离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图和离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图如图所示:
四、实验步骤及注意事项
1、关闭进口阀及管道阀门。
2、打开总开关,打开仪表开关通电,把离心泵电源转换到“直接”位置。停止按钮灯亮。
3、打开进口阀,打开离心泵灌水罚,进行水泵灌水(注意:在打开灌水阀时要慢,且只打开一定的开度,不要开太大,否则会损坏压力表)。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。
4、一切准备就绪后,按下开启按钮。启动按钮绿灯亮,即可进行实验。
5、打开泵的出水阀(全开),流量达到最大。
6、等待流动和显示的数据稳定后,测定泵的真空度P1,泵后压力P2,水温t,流量V及泵的功率并记录。
7、调节泵的出口阀,调节流量,改变流量大小,测定不同流量下的P1,P2,t,V。
8、同样方法测定8次,同时注意流量不低于3m³/h.
9、实验完毕,关闭水泵出口阀。按下仪表台上的水泵停止按钮,停止运行。
10、进入实验数据处理软件,处理数据。
五、原始实验数据(附页)
六、数据处理
基于原始数据进行计算,计算结果列于下表中
绘制一定转速下的H-V、N-V、η-V曲线
七、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门?
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?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?
第二篇:泵性能研究实验报告
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: 学 号:
同组人员:
实验名称: 离心泵性能实验
实验日期: 20XX.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。