泵的特性曲线

北京化工大学化工原理实验报告实验名称：泵的特性曲线班级：学号：姓名：同组人：实验日期：2015-12-7摘要本实验以水为介质，使用UPRSⅢ型离心泵性能实验装置，测定了不同流速下，离心泵的性能、孔板流量计的孔流系数以及管路的性能曲线。实验验证了离心泵的扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；有效效率有一最大值，实际操作生产中可根据该值选取合适的工作范围；泵的轴功率随流量的增大而增大；当Re大于某值时，Co为一定值，使用该孔板流量计时，应使其在Co为定值的条件下。关键词：性能参数（Q,H,η,N）离心泵特性曲线管路特性曲线Co一、实验目的1、了解离心泵的构造，掌握其操作过程和调节方法。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、性能和安装方法。4、测定孔板流量计的孔流系数。5、测定管路特性曲线。二、实验原理1，离心泵特性曲线测定离心泵的性能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，可通过泵内液体质点运动的理论分析得到，如图中的曲线。由于流体流经泵时，不可避免的会遇到种种损失，产生能量损失和摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头小，且难以通过计算求得，因此通常采用实验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，根据此曲线也可求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。⑴泵的扬程HeHe=H压力表+Hz真空表+H0式中H压力表------泵出口处的压力，m;H真空表------泵入口处的真空度，m;H0------压力表和真空表测压口之间的垂直距离，H0=0.2m。在计算中：式中p压力表——泵出口处的表压，Pa；（实验读取的数据单位为kPa）p真空表——泵入口处的真空度，Pa；(实验读取的数据单位为kPa）H0——两个压力表之间的垂直距离，H0=0.2m。⑵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为高，所以泵的总效率为图1离心泵工作点原理图eNN轴102eQHNe式中Ne--------泵的有效功率，kw;N--------泵的轴功率，kw；He-------扬程，m；--------流体密度，kg/m3。由泵轴输入的离心泵的功率N轴为:N轴=N电η电η转式中N电-------电机的输入功率，kW；η电-------电机效率，取0.9；η转-------传动装置的传动效率，一般取1.0。2、孔板流量计孔流系数的测定在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器的两端连接，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，造成孔板前后的压强差，作为测量的依据。若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0,流体流经孔板后形成的缩脉的直径为d2,流体密度为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与p1、p2,根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得2221122uuppgh或22212uugh由于缩脉位置随流速变化而变化，缩脉处截面积S2难以知道，孔口的面积已知，且测压口的位置在设备制成后不再改变，因此可用以孔板孔径处u0代替u2，考虑到流体因局部阻力造成的能量损失，用校正系数C校正后，有：22012uuCgh图2孔板流量计结构示意图对不可压缩流体，根据连续性方程有：0101SuuS整理得020121()ghuCSS令02011()CCSS，则可简化为002uCgh根据u0和S2，即可算出流体的体积流量VS为：00002VsuSCSgh或002VsCS式中VS—流体的体积流量，m3/s；Δp—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锐孔的形状、测压头的位置、孔径与管径比和雷诺数共同决定，具体数值由实验测定。当d0/d1一定时，雷诺数Re超过某个数值后，C0就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在C0为常数的流动条件下使用。3、管路的特性曲线离心泵工作在工作点上时，有0HHHeHH压力表真空表又2vHzkq测定不同频率下，H与vq的值，即可画出管路特性曲线。三、装置和流程1、水箱2、离心泵3、涡轮流量计4、管路切换阀2、5、孔板流量计6、流量调节阀7、变频仪——水温度/℃；——水流量/m3·h-1；——压降/——电功率/；——出口表压/；——入口表压/实验介质：水（循环使用）。研究对象：粤华型WB70/055型单级离心泵；孔板流量计：锐孔直径d=18.0mm，管道直径d=26.0mm。仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，0.6～10m3·h-1,精确度等级0.5；温度计，Pt100,0～200℃，精度等级0.2；压差传感器，WNK3051型，-20～100kPa，精确度等级0.2，测势能差Δ；显示仪表：AI-708等，精度等级0.1；变频仪：西门子MM420型；天平，0.01g；量筒等。控制系统：控制电柜+电脑+数据采集软件，需380VAC+220VAC四、实验步骤1.关流量调节阀，打开除层流管以外的主管路切换阀，按电柜和变频仪绿色按钮启动水泵（本实验泵处于水槽下方，故无需灌泵）；2.固定转速（50或40Hz），通过调节阀改变水量从0到最大（流量梯度参照老师所给预习材料，以下同），记录数据完成泵性能实验；3.固定调节阀开度（全开、0.75开度、0.5开度），通过变频仪调节水流量从较大（变频仪50Hz）到0.15m3/h左右，完成管路实验；4.调变频仪为50Hz，关闭流量调节阀，关闭孔板管路以外的主管路切换阀，开孔板引压阀和压差传感阀排气，排气完毕在关闭压差传感器排气阀，手工记录零点ΔP0，最后通过调节阀改变水流量从0.6m3/h到最大，记录数据完成孔板实验；5.切换阀门形成泵并联组合，频率均为50Hz，通过阀门调节水流量从0到最大，两组共同记录相关数据（功率等于两者之和，流量取平均值），完成并联实验（性能与管路无关，可打开层流管外单的主管路切换阀，实际操作打开比较好）；（不做实验）6.实验结束，按变频仪红色按钮停泵，关闭流量调节阀、压差传感器排气阀，做好卫工作。注意事项：1.泵实验通过阀门改变流量，管路实验通过变频仪改变流量；5274163TI01QI02ΔPI03PI05PI06NI042.泵实验流量最小值等于0，管路实验两最小值大于0；3.任何时刻，流量调节阀全关或全开后，反向旋转1/4圈；4.两组泵实验和多组管路实验各记入软件同一表格，孔板压降波动到平均时记录；5.以上实验用计算机采集数据可以多做一些点，便于找到最高效值。五、实验数据记录及处理1．离心泵特性Ⅰ实验数据表序号水流量qv/m3•h-1出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O电机功率P电/kW水温度t/℃扬程He/mH2O轴功率Pa/kW效率η1021.80.40.4826.221.660.432020.4821.30.30.4926.221.550.4416.36985331.0220.70.20.5125.921.380.45912.9001741.4620.100.5425.821.250.48617.3295852.0319.3-0.20.5725.720.990.51322.5519962.5118.6-0.40.625.620.780.5426.2248173.0218-0.70.6325.520.790.56730.0630683.5117.2-0.90.6625.520.480.59432.8639893.9716.5-1.20.6825.320.360.61235.86251104.515.6-1.60.7225.320.180.64838.05247114.9714.7-1.90.7425.219.860.66640.2493参数：ΔZ=0.2mH2O,d1=0.027m,d2=0.018m,t=25.7oC，ρ=996.775kg/m3表1：离心泵特性Ⅰ实验数据表计算过程如下：t=20oC时，ρ=998.2kg/m3,t=30oC时，ρ=995.7kg/m3;内插法得：t=（25.2+26.2)/2=25.7oC时，ρ=996.775kg/m3以第二组数据为例：3222121e0322()*9.81*102*(21.30.3)*9.81*100.00940.00630.221.55996.7759.812*9.81PPuuHHggmN轴=N电η电η转=0.48*0.9*1=0.432KW996.77521.55/36000.480.028102102eHQNeKW0.0286.37%0.432eNN作图：特征曲线图中结果分析：1，由泵的特性曲线得，扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；由于仪器存在一定问题，测量难免存在一定误差。2，分析效率曲线可知，该泵的最大效率为40%左右，此时的流量为4.97m3/h。3，由泵的轴功率曲线，可以观察出，在流量为0时，仍有一定的功率存在，并且随着流量的增加迅速增加。所以在启动泵时，应该关闭出口阀，避免启动时轴功率过大对电机造成损伤。4，泵的效率提高时，相应的扬程会减小，这是设备的固有矛盾，根据不同的工艺需求和生产任务，应选择合适的工作区间保证泵的高效运作，必要时可以调节泵的工作曲线或更换离心泵。3、管路特性曲线的测定：序号频率/Hz水流量/m3•h-1水温度t/℃出口表压p2/mH2O入口表压p1/mH2O出口流速u2/m•s-1入口流速u1/m•s-1需要能量H/mH2O1502.22619.1-0.32.4027331.0678813319.9003562452.022615.5-0.22.2061457540.9805092216.151048340.031.8625.912.4-0.12.0314015360.9028451312.910167434.981.6425.99.501.7911282360.796056999.86266865301.4125.97.10.11.5399334220.684414857.3201679624.991.1825.950.11.2887386090.572772725.1841531720.040.9625.93.30.21.0484653090.465984583.355225814.960.6525.91.90.30.7098983860.315510391.8259096910.040.4225.90.90.30.4587035730.203868250.81059241050.1625.90.40.40.1747442180.07766410.2012489参数：ΔZ=0.2mH2O,d1=0.027m,d2=0.018m，T=25.9oC,ρ=996.7kg/m3计算过程如下：t=20oC时，ρ=998.2kg/m3,t=30oC时，ρ=995.7kg/m3;内插法得：t=（26.0+25.9)/2=25.95oC时，ρ=996.7kg/m312214*4*2.2u1.068*3.14*0.027*3600vqd22224*4*2.2u2.40*3.14*0.018*3600vqd3222121e0322()*9.81*102*(19.10.3)*9.81*102.401.0680.219.9996.79.812*9.81PPuuHHggm管路特性曲线图中结果分析：1、管路的特性曲线为，由上图可知H与Q成二次方关系（曲线为抛物线），该式成立；2、比较这条曲线，可得在同样的频率下，关小阀门，H增大；3、H随流量的增加而增大，当流量为0时，H为一定值，这是由管路的固有势能损失决定的。六、思考题1.根据泵的工作原理，在启动前为何要关闭调节阀6？答：离心泵启动流量最小时，启动电流最小，有利