离心泵特性曲线的测定

（CEA-F05）

一、 实验目的

     在化工厂或实验室中，经常需要各种输送机械用来输送流体。根据不同使用场合和操作要求，选择各种型式的流体输送机械。离心泵是其中最为常用的一类液体输送机械。离心泵的特性由厂家通过实验直接测定，并提供给用户在选择和使用泵时参考。

本实验采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速下泵的特性曲线。通过实验了解离心系的构造、安装流程和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及其相互关系，进而加深对离心泵的性能和操作原理的理解。                

二、实验原理

离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和正确使用泵的主要依据。

1.泵的流量

泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接由一定时间 t内排出液体的体积 V或质量 m来测定。

 

若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示，流量Vs与倒置U形管压差计读数R之间存在如下关系:

式中C₀——孔板流量系数；

S₀——孔板的税孔面积，m²；

2．泵的扬程

泵的扬程即总压头，表示单位重是液体从泵中所获得的机械能。

若以泵的压出管路中装有压力表处为B截面，以吸入管路中装有真空表处为A截

面，并在此两截面之间列机械能衡算式，则可得出泵扬程He的计算公式：

式中p_B——由压力表测得的表压强，Pa；

p_A——由真空表测得的真空度，Pa；

H₀——A、B两个截面之间的垂直距离，m；

u_A——A截面处的液体流速，m·s^-1；

    u_B——B截面处的液体流速，m·s^-1。

    3.泵的功率

    在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵的流量为

Vs m³·s^-1，扬程为H_e，m，被输送液体的密度为ρ，k g·m^-3，则泵的有效功率可按下式计

算：

                              Ne=VsHeρg        W               (5)

    泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种

能量损失。电动机所消耗的功率又大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率可直

接由输入电压U和电流I测得，即

                                    N=UI       W              （6）

    4．泵的总效率

    泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际消耗功率计算得出，即

图3-1离心泵特性曲线

                                                                                                  

这时得到的泵的总效率除了泵的效率外，还包括传动效率和电机的效率。

    5．泵的特性曲线

    上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是相互制约的。因此，为了准确全面地表征

离心泵的性能，需在一定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、与Vs之间的变化关

系标绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特性曲线，如图3-1所示。离心泵特性曲线对

离心泵的操作性能得到完整的概念，并由此可确定泵的最适宜操作状况。

    通常，离心泵在恒定转速下运转，因此泵的特性曲线是在一定转速下测得的。若改变

了转速，泵的特性曲线也将随之而异。泵的流量Vs，、扬程He和有效功率Ne与转速n之间，大致存在如下比例关系：

       

三、实验装置

    本实验装置主体设备为一台单级单吸离心水泵。为了便于观察，泵亮端盖用透明材料

制成。电动机直接连接半敞式叶轮。离心泵与循环水槽、分水槽和各种测量仪表构成一个

测试系统。实验装置及其流程如图3-2所示。

                                    图3-2离心泵实验仪流程图

            1.循环水槽；2.底阀；3.离心泵；4.真空表；5.注水槽；6.压力表；7.调节阀；8.孔板流量计 9.分流槽；10.电流表；11.调压变压器；12.电压表；13.倒置U形管压差计．

    泵将循环水槽中的水，通过汲入导管汲入泵体。在汲入导管上端装有真空表，下端装有底阀（单向阀）。底阀的作用是当注水槽向泵体内注水时，防止水的漏出。

  水由泵的出口进入压出导管。压出导管沿程装有压力表、调节阀和孔板流量计。由压出导管流出的水，用转向弯管送入分流槽。分流槽分为二格，其中一格的水可流出用以计量，另一格的水可流回循环水槽。根据实验内容不同可用转向弯管进行切换．

  四、实验方法

      在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：

⑴充水。打开注水槽下的阀门，将水港灌入不泵内。在灌水过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。

⑵启动。启动前，先确认泵出口调节阀关闭，变压器调回零点，然后合闸接通电源。缓慢调节变压器至额定电压（220V），泵即随之启动。 

⑶运行。泵启动后，叶轮旋转无振动和噪声，电压表、电流表、压力表和真空表指示

稳定，则表明运行已经正常，即可投入实验。

实验时，逐渐分步调节泵出口调节阀。每调定一次阀的开启度，待状况稳定后，即可进行以下测量：

⑴将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时，用秒表计取时间，用容器接取一定水量。用称量或量取体积的方法测定水的体积流率。（这时要接好循环水槽的自来水源）

⑵从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。

⑶记取孔板流量计的压差计读数。

⑷从电压表和电流表上读取电压和电流值。

    在泵的全部流量范围内，可分成8—10组数据进行测量。

    实验完毕，应先将泵出口调节阀关闭，再将调压变压器调回零点，最后再切断电源。

五、实验数据记录、整理及结果

   ⑴实验数据记录

                                表1 数据记录

  ⑵实验结果

第二篇：离心泵特性曲线的测定实验

实验四离心泵特性曲线的测定实验

一、实验目的

1、了解离心泵的构造、掌握其操作和调节方法；

2、测定单级离心泵在一定转速时的特性曲线，并确定其最佳工作范围；

3*、掌握管路特性曲线的测量方法；

4*、测定双泵并联时的特性曲线；

5*、了解工作点的含义及确定方法。

带*项为教学大纲要求之外内容。

二、基本原理

泵是输送液体的常用机械，在生产中选用一台既能满足生产任务，又经济合理的离心泵，总是根据生产的要求（流量和压头），参照泵的性能来决定的。如果要正确地选择和使用离心泵，就必须掌握离心泵的流量（）变化时，泵的压头（），功率（）和效率（），以及允许吸上真空度的变化规律，即曲线,曲线, 曲线,曲线，离心泵的特性曲线是由实验测得的。本实验只测定曲线，曲线，曲线。

1.送液能力的测定

在一定转速下，用出口阀来调节离心泵的送液能力。实验装置（2）用涡轮流量瞬时指示仪进行测定。即：

或      (米³/ 时)

式中：——流量瞬时指示仪示值（赫）

——流量系数（1/升）

本装置         ´  5   档   =68.90

               ´  10  档   =70.53

实验装置（1）中流量的测量采用大孔板流量计测量，其流量计算公式为：

               V=C₁ R^C2

式中V――流量，单位m³/h；

         R――孔板压差，单位 kPa；

     C₁=1.4；

     C₂=0.5；

测压口间距为0.3 米。

2.压头的测定

在进口真空表和出口压力表两测压点截面间列出柏努利方程：

由于两测压点之间的管路很短，摩擦阻力损失可忽略不计，两侧的管径看作一致，即可导出：

   He = H_压力表 + H_真空表 + H₀    [ m ]

其中：H_真空表，H_压力表分别为离心泵进出口的压力 [ m ]；

      H₀为两测压口间的垂直距离。

或      

式中：——进口测压点真空表示值

——出口测压点压力表示值

3.轴功率的测定

是电机传给泵的轴功率，SI制中用下式计算：

 

式中：——转矩

——转速（l/分）

泵行业习惯上用工程单位制，功率计算式是：

 

式中：——测力臂上所加的砝码质量

——测力臂长，本实验装置（2）

则： 

或采用功率表直接测出电机输入的电功率N_电机，再根据电机效率计算出泵的轴功率N，即：

      N=  N_电机?η_电机?η_传动    [ kw ]

其中：η_电机—电机效率，取0.9；

      η_传动—传动装置的效率，本实验装置（1）取1.0；

4.效率的计算

泵的效率是泵的有效功率与轴功率之比。有效功率是液体由泵得到的实际功率，SI制中：

 

式中：---流量

---扬程

---液体密度

离心泵的特性曲线是在某指定转速下的特性曲线，当实验时的转速（）与指定转速（）有差异时，应将实验结果换算为指定转速下的数值：

；；

三、实验装置流程

1、实验装置（1）：

流程说明：如图1，No8为大孔板流量计管线，用于离心泵实验。水箱内的清水，自泵的吸入口进入离心泵，在泵壳内获得能量后，由出口排出，流经孔板流量计和流量调节阀后，返回水箱，循环使用。本实验过程中，需测定液体的流量、离心泵进口和出口处的压力、以及电机的功率；另外，为了便于查取物性数据，还需测量水的温度。流量的测定，使用图1中的大孔板与压力传感器共同完成，压差在仪表柜上的“水流量”表上读取。

操作说明：

⑴ 先熟悉流程中的仪器设备及与其配套的电器开关，并检查水箱内的水位，然后按下“离心泵”按钮，开启离心泵；

⑵ 系统排气，打开管路切换阀8，关闭其它管路切换阀，打开流量调节阀18，排净系统中的气体。打开面板中水流量倒U型压差计下的排气阀，排净测压系统中的气体；

⑶ 测定离心泵特性曲线，在恒定转速下用流量调节阀18调节流量进行实验，测取10组以上数据。为了保证实验的完整性，应测取零流量时的数据；

⑷ 测定管路特性曲线，先将流量调节阀18固定在某一开度，利用变频器改变电机的频率，用以改变流量，测取8组以上数据（在实验过程中，变频仪的最大输出频率最好不要超过50Hz，以免损坏离心泵和电机）；

⑸ 测定不同转速下的离心泵扬程线，首先固定离心泵电机频率，通过调节流量调节阀18，测定该转速下的离心泵扬程与流量的关系。然后，再改变频率，再通过调节流量调节阀18，测定此转速下的离心泵扬程与流量的关系。就可以得到不同转速下离心泵的扬程随流量的变化关系。

⑹ 进行双泵的并联的实验时（1#、2#并联走2#设备的流程，3#、4#并联走4#设备的流程），其方法与测量单泵的特性曲线相似，只是流程上有所差异。首先，将两台离心泵启动，将1#或3#设备的球阀4、5关闭（见图1），打开离心泵连通阀23，使1#设备与2#设备连通（3#设备与4#设备连通）调节2#或4#设备上的流量调节阀进行实验。其他操作方法与单台泵相同。此实验只能测定离心泵并联时的扬程与流量的关系，而不能测定离心泵并联时轴功率及效率与流量的关系。

2、实验装置（2）：

操作说明：

1、关闭泵进口阀，向泵体内注水，并打开出口阀排除泵内空气。

2、关闭出口阀，开启电源开关，使泵运转。

3、开启出口阀和进口阀，使泵正常运转。

4、开启测试仪表电源，在泵的最大流量范围内用出口阀控制流量，取10组数据。

5、关闭泵的出口阀，关闭电源开关、停车。

注意：

（1）开泵和停泵时，都应将马达-天平测功器上的砝码盘去掉，以免甩掉。

（2）开启测试仪表时，应拨至中间档，防止流量过大而损坏仪表。

四、数据记录与整理

表1、实验记录

表2、实测数据整理结果

表3、实测数据换算到指定转速n=2900（转/分）下的值

五、实验报告

在普通坐标纸上标绘离心泵在指定转速n=2900（转/分）下的、、。

六、思考题

预习思考题：

1、本实验需要测量哪些参数？各使用什么仪表？

2、简述涡轮流量计、孔板流量计的测量原理。

3、实验开始前，需要做哪些准备？如何正确开车、实验及停车？

报告讨论题：

1、正确进行实验的步骤是什么?

2、离心泵的流量调节原理是什么？调节方法有哪些？各有什么优缺点？

3、离心泵的特性曲线测试条件是什么？条件改变，曲线如何变化？

4、要测得完整的性能曲线，测点如何分布较为合理？哪些点较为关键？

5、离心泵的安装高度指什么？有无限制？

6、 离心泵启动前为什么必须灌泵排气？离心泵的送液能力能否通过进口阀进行调节？

7、 正常工作的离心泵，在进口处设置阀门是否合理？为什么？

附一：实验数据采集系统的运行与使用

当系统安装完毕后，启动程序，此时屏幕上会出现图3。

图3

若用户第一次使用此软件，会出现一窗口，要求用户输入：

孔板流量计的参数C1，C2；测压口间距（m）。

这些参数只需要输入一次，将来运行软件时，若这些参数不需要修改，则不用再输入这些数据了。

当选择数据采集项后，程序会要求用户输入要保存数据的文件名，当用户输入文件名后，程序进入单泵实验界面（见图4），在图中有5个数字显示框，分别为: 1-孔板压降，2-水温，3-泵出口压力，4-泵入口压力，5-电机功率。

1、 数据采集

在画面上方有一排菜单栏，分别为: “实验选择”，“实验操作”，

"记录数据"，"查看数据"，“另存数据”，"退出"。

①  实验选择

当点击此菜单时，出现一下拉菜单，“单泵实验”，“双泵并联”。当选择“单泵实验”时，又会出一个子菜单，“泵特性

图4 单泵实验

图5   双泵并联

曲线”，“管路特性曲线”，“扬程曲线”。用户可以根据自己想做的实验进行选择。（注：“管路特性曲线”与“扬程曲线”实验必须在有变频器时才能进行）。

当选择“双泵并联”时，屏幕出现双泵并联实验界面（见图5），1-孔板压差，2-水温，3-泵出口压力，4-泵入口压力，此时可以进行双泵并联实验。

双泵并联时只能做测定离心泵并联扬程和流量关系曲线的实验。

注意：当进行并联实验时，必须将两套设备的通讯插头全插在同一台计算机上，而且用于计量流量的那套实验装置的通讯插头要插在串口1（即COM1）上，另一套装置的插头插在串口2（即COM2）上，不插或插反，都无法进行实验。所以做并联实验时，所用的计算机必须是有2个通讯口的。

②    实验操作（当有变频器时，才能使用此功能）

当点击此项时，会出现一下拉菜单（见图6），“改变频

图6

率”，“开关水泵”。由于除泵特性曲线实验外，其他实验都需要改变离心泵电机频率进行实验，所以，当使用计算机在线采集数据时，除了做离心泵的特性曲线实验外，都必须使用计算机调节泵的电机频率，否则不能进行计算机数据采集。

当选择“开关水泵”时，屏幕中会出现一组按钮（见图7），其中，红色的为关水泵按钮，绿色的为开水泵按钮。

图7

当选择“改变频率”时，屏幕中会出现一频率调节框（见图8），要求用户调节频率，之后计算机通过通讯系统，调节安装在设备上的变频仪的频率值，并通过变频仪调节离心泵电机的频率，以达到实验的要求。当进行双泵串、并联实验时，

图8

计算机将同时调节两套设备上的变频仪，并调节到同一个频率值上。

③  记录数据

当数据稳定后，点击“记录数据”按钮，将当前最新的数据存入前面选定的数据文件中。

④  查看数据

选此功能时，出现一下拉菜单（见图9），分别为“实验数据”及“实验结果”。当选择“实验数据”时，画面中出现一列表框，将前面所有记录的数据全部列出来，供用户查看，若用户对某一组数据不满意，可以删除。当选择“实验结果”时，则在坐标系中将用户的实验结果绘出。

图9

⑤  退出

选此按钮时，程序退出采集回到图3画面。

2、实验结果

当用户在图3画面中选择"实验结果"，屏幕中出现图10：

图10

点击“数据查看”，出现一下拉菜单（见图11），分别为“离

图11

心泵特性”，“管路特性”，“单泵扬程”，“双泵并联扬程”。选择任意一项，屏幕中出现一个列表（见图12），将用户要查看的数据文件中的原始数据列于表内。此时，若发现某组数据不好，点击此数据行，然后选择“删除”，可删除此组数据。若要打印数据，点击“打印数据”，则可在打印机中打出此表中的全部数据。

图12

点击“实验结果”，出现一下拉菜单（见图13），分别为“离心泵特性曲线”，“管路特性曲线”，“单泵扬程线”，“双泵并联扬程线”，“扬程比较”。当选择前4项时，计算机会在坐标系中绘出相应的实验结果（见图14）。当选择“扬程比较”时，计算机会在同一坐标系绘出电机频率在50Hz时单泵，双泵并联，双泵串联的扬程，以利于直观观察实验结果。

图13

在图14中，有一菜单栏，分别为“打印”，“结果”，“退出”。当选择“打印”功能时，则从打印机中打印当前屏幕中的图形，此时，打印机必须接在计算机上，并处于开启状态，否则可能会出现程序不正常退出的错误。当选择“结果”时，出现一列表框，将计算结果列于表中。若选择“退出”，则退回到图10状态。

图14

3、修改参数

第一次运行此软件时，既已经将参数输入了，一般情况下，不用选择此项，只有在参数丢失或参数改变时，需要重新输入参数时，才使用此功能。

5、退出

用户在图3画面中选"退出"时，即结束程序的运行。