离心泵特性曲线的测定
一、实验目的
（1）了解离心泵的结构特性和操作
（2）测定一定转速下的特性曲线。
（3）理解合理选择及正确使用离心泵的意义。
二、实验原理
离心泵是生物工程工厂应用广泛的一种液
体运输机械，它输送的流体范围很广，包括腐
蚀性液体和汉固相悬浮物的液体。这类机械运
转时液体流量的调节十分简单，使用很方便。
图4-3是离心泵的装置见图。由图可见，
若干个弯曲叶片组成的叶轮1置于具有蜗壳型
通道的泵壳2之内，叶轮紧固于泵轴3上。泵
的吸入口4位于泵壳的中心，并与吸入管路5
相连接，泵壳上侧边的排出口8与排出管路9
相连。离心泵一般由电动机带动。离心泵启动
前，需要先将所输入的液体灌满吸入管路和泵
壳。电动机启动之后，泵轴带动叶轮以
1000~3000r/min的速度高速旋转，在此过程中，
泵通过叶轮向液体提供了能量，另外，在蜗形
泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢
而静压强提高，最终以较高的静压强排除管道，
实现输送目的。在一定转速下，离心泵的扬程
He、轴功率N和效率η等特性参数都与离心泵
的数量有关。通常用水作为介质，通过实验测
出He、N、η和Q之间的关系曲线，称为离心
泵的特性曲线。特性曲线是选用离心泵和确定
泵的适宜操作范围的重要依据。如果在泵的操
作中，能够测得其流量，进、出口的压力和泵
所消耗的功率（即轴功率或电机功率），那么通
过计算就可以作出离心泵的特性曲线。
1. 流量的测定
在一定转速下，调节出口阀改变离心泵的流量，并通过涡轮流量计测出其具体数值。
2. 扬程的测定
在进口真空表和出口压力表两测压点截面列柏努利方程
PPu?u2 He?2?1?h0?1
?g?g2g
或
22
u?u2He?H压?H真?h0?1?Hf 2g
式中：h0为为压力表和真空表两测压点间的垂直距离；P1，P2为压力表和真空表所测表压与真空度；u2，u1为泵出口、进口管内水的流速；H真、H压为真空表、压力表所测得读数，以m液柱表示的数值；Hf为两测压点间泵的压头损失（本实验可忽略不计）。
3. 有效功率的测定
泵的有效功率可从泵的扬程、流量确定，公式为 22
Ne?HeVe??kW? 102
式中：Ve为流量；He为扬程；ρ为水的密度。
各变量的单位均为国际单位。
4. 泵的效率
泵的效率即为有效功率与其轴功率之比，但是测定轴功率较难，实验中经常测定电机功率N电，从而求取泵的总效率。即
??
Ne N电
三、实验装置
本实验采用2B19A离心泵进
行实验，其装置如右图所示。离
心泵用三相电动机带动，用三相
调压器调节电动机的转速，转速
表测定电动机的转速。将水从水
槽中吸入，然后用泵压出管排出
至水槽循环使用。在吸入管口处
装有底阀滤水器，以免污物进入
水泵。过滤器上带有单向阀。以
便在启动前可使泵内灌满水。在
泵的吸入口和压出口分别装有
真空表和压力表，以测量水的进
出口的压力。泵的管路中有涡轮
流量计，用来测量水的流量。管路出口处装有阀门，用来调节水的流量或管内压力。另有单相瓦特计（功率表）测量电动机输入功率。
其中，电机的输入功率为
W=3(相数)*α（仪表系数）*表头读数（W）
四、实验步骤
（1）了解设备，熟悉流程及所用仪表。
（2）检查轴承润滑情况，用手转动联轴节注意其是否转动灵活、转向是否正确。
（3）旋开加水漏斗及泵壳上部的放气旋塞，向泵内灌水至满，然后关闭漏斗和旋塞。
（4）充满水后，关闭泵的阀门。接通电源点启动电动机，将该泵运转。在运转中药注意安
全，防止触电及注意电机是否过热、是否有过大噪音或其他故障。
（5）小心打开功率表开关，注意功率表是否正常，如有不正常现象，应立即停车，与指导老师讨论其原因及处理方法。
（6）慢慢开启出口阀，用出口阀调节流量，待各示数稳定后，记录压力表、真空表读数、流量示数和功率示数。
（7）从最大到零调节流量，读取并记录11组数据。
（8）数据取完后关闭出口阀。转速表测定电动机的转速。
（9）实验结束后，关闭电机。
五、实验结果
1）实验数据及计算
室温为15℃，各参数取值如下：
水的物性：密度ρ水=1000kg/m3
重力常数：g=9.8m/s2 π=3.14
仪表系数：α=1
流量系数ε=321.31
d入=41mm
d出=27mm
下面以第一组数据为例，具体计算过程如下：
P真?P压0.0220?106?0.145?106
?H???16.70m ?g1000?9.8
Ve?
u入?897/1000?0.0028m3/s ?321.31Ve0.0028???2.1156m/s220.041d入?3.14?44qV表
u出0.0028???4.8783m/s220.027d出?3.14?44
22Ve 2u出?u入4.8783?2.11562
He??H?h0??16.70?0.21??17.8761m 2g2?9.8
Ne?HeVe?g?17.8761?0.0028?1000?9.8?489.0660W
N电?3N表?3?472?1416W
??Ne489.0660??0.3454 N电1416
其他各组数据计算过程同第一组，具体实验数据及计算结果如下表：
2）离心泵特性曲线 He-Ve关系曲线
3）Ne-Ve关系曲线
4）N电-Ve关系曲线
5）η-Ve关系曲线
适宜操作区如图所示。
六、分析及讨论
1、离心泵特性曲线
由实验结果中He-Ve关系曲线得，离心泵特性曲线方程为
He=28.25-3577.95Ve
其拟合度R=0.99568
2、Ne-Ve关系曲线
由实验结果中Ne-Ve关系曲线图可知，Ne随着Ve的增大而不断增大，但是当Ve达到一定值后，随着Ve的增大，Ne的增长变缓。
3、N电-Ve关系曲线
由实验结果中N电-Ve关系曲线图可知，N电随着Ve的增大而不断增大，但是当Ve达到一定值后，随着Ve的增大，N电的增长变缓。与理论曲线相符。
4、η-Ve关系曲线
由实验结果中η-Ve关系曲线图可知，η随着Ve的增大而不断增大，但是当Ve达到一定值后，随着Ve的增大，η的增长变缓，基本与理论曲线相符。理论上，当Ve达到一定值，即离心泵的额定流量qV,，A后，η达到最大，其后，随着Ve的增大，η不断减小，即效率不断下降。在实验中，由于采用的流量不够大，仅仅是刚得出更好的结果，刚达到离心泵的额定流量。为了得到更好的实验结果，应调节流量，使流量增大，再多测3-5组数据。
七、误差来源及分析
1. 数字流量计
实验过程中，数字流量计检测流量时读数有滞后现象，由于实验中是流量时由小到大进行调节，因此可能使得读数比实际数值偏小。为了尽量减小数字流量计带来的误差，在测量时，应使流量从大到小地进行调节，同时，每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。
2. 单相瓦特计
实验过程中，单相瓦特计读数有滞后现象，可能会带来一些误差。为了尽量单相瓦特计带来的误差，在测量时，每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。
3. 计算误差
室温为15℃左右，采用的各参数取值为：
水的物性：密度ρ水=1000kg/m3
重力常数：g=9.8m/s2 π=3.14
与其真实值有微小差异，但是对最终结果影响较小，可以忽略。
4. 偶然误差
实验过程中，真空表与压力表示数略微有波动，无法精确读数，可能引入误差。还有其他一些不确定因素也可能导致引入偶然误差。
八、思考题
1. 为什么流量越大，入口真空表读数越大？出口处的压力表的读数越小？
答：对液面-入口进行机械能恒算
p0lu2
?gz0?(+gz入)?(????) ??d2p入
管路中流量增大，则流速u增大，而液面处压强不变，两处高度z不变，阻力系数也不变，因此入口处压强p就会减小，导致入口处真空度变大。
而在泵功率一定时，出口与入口的压差一定，因此出口处压强也随着入口处压强的减小而减小，变现为压力表示数的下降。
2. 为什么在离心泵进口管下要安装底阀？
答：底阀是一个单向阀,只能进不能出。由于离心水泵没有抽真空的功能，而离心泵在水面超过叶轮才能工作，所以使前必须向水泵内灌水,安装的底阀是为了防止灌入的水漏掉。.
3. 离心泵为什么要拉下功率表开关，关闭出口阀后才启动？
答：离心泵启动时拉下功率表开关和关闭出口阀，常常是因为泵的功率偏小，如果不关阀门，直接打开功率表的话，泵的运行功率偏大，容易导致电流偏大而跳闸。所以，离心泵要拉下功率表开关，关闭出口阀后才启动
4. 什么情况下会出现“气蚀”和“气缚”现象？
答：泵会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，称为“气缚”现象。当泵建造地过高时，叶轮进口处的压强可能降至被输送液体的饱和蒸汽压，引起液体部分汽化，这种现象称为“气蚀”。
5. 流量调节阀可以安装在吸入管上吗？为什么？
答：流量调节阀不可以安装在吸入管上。因为，如果流量调节阀设在吸入管上可能引起离心泵空转或是产生空洞引起剧烈震动，从而损坏设备。
第二篇：离心泵特性曲线测定(修改版)
一.实验目的
1、熟悉离心泵的构造和操作
2、掌握离心泵在一定转速下特性曲线的测定方法
3、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
离心泵的主要性能参数有流量Q、压头H、效率和轴功率N，在一定转速下，离心泵的送液能力（流量）可以通过调节出口阀门使之从零至最大值间变化。而且，当期流量变化时，泵的压头、功率、及效率也随之变化。因此要正确选择和使用离心泵，就必须掌握流量变化时，其压头、功率、和效率的变化规律、即查明离心泵的特性曲线。
用实验方法测出某离心泵在一定转速下的Q、H、n、N，并做出H-Q、n-Q、N-Q曲线，称为该离心泵的特性曲线。
1、扬程（压头）H（m）
分别取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2截面，列柏努利方程得：
因两截面间的管长很短，通常可忽略阻力损失项Hf，流速的平方差也很小故可忽略，则：
式中 ρ：流体密度，kg/m3；
p1、p2：分别为泵进、出口的压强，Pa；
u1、u2：分别为泵进、出口的流速，m/s；
z1、z2：分别为真空表、压力表的安装高度，m。
由上式可知，由真空表和压力表上的读数及两表的安装高度差，就可算出泵的扬程。
2、轴功率N（W）
N=0.94ω
其中，N电为泵的轴功率，ω为电机功率。
3、效率η（％）
泵的效率η是泵的有效功率与轴功率的比值。反映泵的水力损失、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：
故泵的效率为 
4、泵转速改变时的换算
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）的数据。换算关系如下：
流量 
扬程 
轴功率 
效率 
三， 实验装置流程示意图
图2-1 流体流动阻力与泵性能综合实验流程简
1-水箱；2-离心泵；3-铂热电阻（测量水温）；4-泵进口压力传感器；5-泵出口压力传感器；6-灌泵口；7-电器控制柜；8-离心泵实验管路（光滑管）；9-离心泵的管路阀；10-涡轮流量计；11-电动调节阀；12-旁路闸阀；13-离心泵实验电动调节阀管路球阀。
四， 实验步骤及注意事项
（一） 实验步骤
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，排除泵内气体
2. 实验开始
（1） 仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭出口阀，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1000/H逐渐增大到4000/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和测压点高度差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。
（二） 注意事项
（1） 一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。
（2） 泵运转过程中，勿碰触泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。
（3） 不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。
五， 数据处理
1、绘制原始数据记录表格和数据整理表格，课参考表4-1和表4-2的格式。
2、 表4-1 离心泵特性测定实验原始数据记录表
实验日期：20##-10-12 实验人员： 蔡徐娃 学号： 200930600601 装置号：
离心泵型号= 额定流量= 额定扬程=
额定功率= 泵进出口测压点高度差H0= 流体温度=
表4-2 离心泵特性测定实验数据处理表
2.在普通坐标轴纸上绘制泵的特性曲线。
因为离心泵的特性曲线是某型号泵在指示转速下的H-Q、N-Q、n-Q曲线，若实验时的转速与指定转速（n=2900 转/每分）有差异时，应将实验结果按式（4-8）、式（4-9）、式（4-10）和式（4-10）换算为指定转速的数据。
六， 实验结果分析与讨论
1、分别绘制一定转速下的H~Q、N~Q、n~Q曲线；
2、分析实验结果，判断泵最佳工作范围。
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？
答：减小泵的启动功率，从而达到保护电机的目的。
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？
答：（1）防止气缚现象的发生 （2）水管中还有空气没有排除
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？
优点：操作简单，但是难以达到对流量的精细控制。
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？
答：不会，因为水不能运输上去
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 如果在装置运行过程中出现了问题，需要拆开检修，如果没有阀门，就不能拆开了。
6、试从理论上分析说明当用实验的这台泵输送密度为1200kg/m3的盐水（忽略粘度的影响）时，在相同流量下泵的压头是否会有变化？功率又如何？