离心泵特性曲线的测定

离心泵特性曲线的测定

北京理工大学 化学学院 董婧 1120102745

一、实验目的

1、掌握离心泵特性曲线的测定方法。

2、了解离心泵的构造、安装、使用与操作。

二、实验原理

离心泵的特性受泵的结构，叶轮形式与转速的影响，特性参数包括流量Ｑ、扬程H、功率N、效率η，对确定的泵，在一定的转速下，H、N、η 都随流量Ｑ的改变而变化，以曲线形式表示这些参数之间的关系就是离心泵的特性曲线。离心泵的特性曲线能清楚的反映离心泵的操作性能，是选用离心泵和确定泵的适宜操作条件的主要依据。对任意一台离心泵的特性曲线不能用解析法进行计算，只能通过实验来测定。

1、流量Ｑ的测定

通过离心泵的流量采用涡流流量计测量，本实验系统中流量计读数与实际流量间的关系式为：

                                     

式中：Q— 流量，

f— 涡轮转数，Hz

k— 流量计校正系数，次/升

2、扬程H的测定

在泵的吸入口和排出口之间列柏努利方程：

       

                 

上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努利方程式中其它项比较，值很小，可以忽略。上式变为：

                        

式中：H— 离心泵的扬程，m

— 出口、入口处压强，Pa

— 出口、入口处流速，m/s

— 出口、入口测压点高度，m

— 流体密度，kg/m3

  g—重力加速度，m/s2

将测得的和的值以及计算所得的代入上式即可求得H的数值。

3、功率N的测定

功率表测得的功率为电动机的输入功率N电入（KW），泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，电动机的输出功率（kW）等于泵的轴功率N（kW），即：

                   

                   

所以

                   

式中：η— 电动机效率，无因次

4、泵效率η的测定

                                 

式中：η— 泵的效率

— 泵的有效功率，kW

5、转速ｎ的测定

三、 实验内容

测定单级离心泵在不同转速下的特性参数，绘制离心泵特性曲线。

1-离心泵2-真空表3-压力表4-变频器5-功率表 6流量调节阀7-实验管路

8-温度计9-涡轮流量计10-实验水箱11-放水阀12-频率计

四、实验装置与流程

1、实验装置流程图（见图3-2）

2、流程简介

如图3-2所示，水泵1将水槽10内的水输送到实验系统，用流量调节阀6调节流量，流体经涡轮流量计9计量后，流回储水槽。

3、设备的主要技术数据

①离心泵：流量，Q=20～120L/min,扬程H=13.5～19m，轴功率0.55kW。

②真空表测压位置管内径。d1=0.025m.

③压强表测压位置管内径。d1=0.025m

④真空表与压强表测压口之间的垂直距离。 h0 =0.18m

⑤实验管路内径 ,d=0.040m

⑥电机效率为60%。

⑦涡轮流量计仪表常数：第1套77.910次/升，第2套77.920次/升

⑧功率表型号为 PS-139，精度1.0级。

⑨泵吸入口真空表：测量范围0.1～0MPa，精度1.5级。

⑩泵出口压力表：测量范围0～0.25MPa，精度1.5级。

五、 实验方法及步骤

1、向储水槽10内注入清水。

2、检查流量调节阀6，压力表3及真空表2的开关是否关闭(应关闭)。

3、启动实验装置总电源，用变频调速器上∧、∨及＜键设定频率后，按run键启动离心泵，缓慢打开调节阀6至全开。待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

4、测取数据的顺序可从最大流量至0，或反之，一般测10～20组数据。

5、每次在稳定的条件下同时记录流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度。

6、实验结束，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。

六、实验注意事项

1、该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好地接地。

2、使用变频调速器时一定注意FWD指示灯亮，切忌按FWD REV键REV指示灯亮，电机会反转。

3、启动离心泵前，关闭压力表和真空表的开关以免损坏压力表。

七、实验结果及数据处理

1、设定频率为30Hz

数据处理及计算如下(以f=110Hz为例)：

本组实验用的是第二套装置，k=77.920次/升。

①算扬程H

f=110Hz,则流量

流体温度T=21.1℃，查教材附表可知在此温度下水的密度为

由于进口管和出口管的管径相等，故在公式

中，

真空表和压力表的实际位置和测压点的位置在垂直高度上有一定的距离，设这一距离为h，则

那么

又已知：

所以，扬程 

最后简化可得

②计算功率N

由功率表盘可读出电动机的输入功率

又已知电动机的效率为60%，故有

泵的轴功率为

③泵效率的计算

由前面的计算数据可求得泵的输出功率为

故泵的效率为

同理可求得其他各组数据，如下表所示：

作出离心泵的特性曲线如下:

2、设定频率为40Hz

同理可得如下数据：

特性曲线如下：

3、设定功率为50Hz

同理可得如下数据：

做出特性曲线如下：

4、不同转速下，最大扬程、最大功率和最大泵效率的比较

       

      

        

      

      

      

        

        

        

从以上计算结果可以看出涡轮转速对离心泵特性的影响基本符合关系式：

结果讨论

（1）、从离心泵的特性曲线可以看出：当转速一定时，扬程H随流量Q的增大而减小；轴功率N随流量Q的增大而增大，开始时呈线性增长，当流量很大时趋于稳定；泵效率随流量Q的增大，先逐渐增大直至出现最大值，然后逐渐减小。

（2）、不同转速时，测得泵的同一种特性曲线不同。随着转速的增加，离心泵的最大扬程H增大，最大轴功率增大，泵效率最大值也增大。

误差分析

（1）、流速较大时，真空表和压力表读数不稳定，造成一定误差；

（2）、离心泵转速较大（设定频率50Hz）时，泵出、入口出水形成湍流，流量不稳定，造成一定误差；

（3）、实验测定过程，流量间隔设计得不是特别合理，而且一定转速只测定12-15组数据，数据不够多，绘制的图像有误差；

（4）、真空表量程太大，读数产生误差。

（5）、实验管路中含有若干90°弯头，会对流体的流动产生影响，而在实验过程中没有考虑 这部分的影响，这样实际就对实验结果的准确度造成了一定的误差。

八、思考题

1、测定离心泵的特性曲线并绘出曲线图时为什么要注明转速数值？

答：因为特性曲线会随着转速的不同而发生变化。一般，相同流量时，转速越大，扬程和轴功率越大。

2、随着离心泵流量的增大，进口真空表和出口压力表指示的数值怎么变化？功率表读数如何变化？

答：进口真空表指示的数值开始为0，流量增大大一定值后，读数不再为0，并随流量增大而增大。压力表指示数值随泵流量增大而减小；功率表读数随流量增大而增大。

3、离心泵怎样启动？为什么？

答：启动前应该先灌泵,防止发生气缚现象.并关闭出口阀,使启动功率最小,减少启动电流,保护电机。

4、离心泵启动后，如不打开出口阀会有什么结果？

答：离心泵启动后,不打开出口阀,则无法形成泵内的负压,叶轮也不能靠惯性离心力获得能量,液体便不会被吸入和排出.

5、为什么离心泵可用出口阀来调节流量？

答：从泵的工作点可知，调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线和管路的特性曲线。改变离心泵出口管路上的阀门开度,便可以改变管路特性方程中的B值,从而使管路特性曲线发生变化.关小阀门,B变大,流量变小,曲线变陡。