化工原理实验报告离心泵的性能试验北京化工大学

北京化工大学化工原理实验报告实验名称：离心泵性能实验班级：化工13姓名：学号：20130序号：同组人：实验二：离心泵性能实验摘要：本实验以水为介质，使用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，C0为一定值，使用该孔板流量计时，应使其在C0为定值的条件下。关键词：性能参数（NHQ,,,）离心泵特性曲线管路特性曲线C0一．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，如图1中的曲线。由于流体流经泵时，不可避免的会遇到种种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失，环流损失等，因此通常采用实验方法，直接测定参数间的关系，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，根据此曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为泵的选择依据。图1.离心泵的理论压头与实际压头（1）泵的扬程HeHe=0真空表压力表HHH式中H压力表——泵出口处的压力，mH2o；H真空表——泵入口处的真空度，mH2o；H0——压力表和真空表测压口之间的垂直距离，H0=0.2m。（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为高，所以泵的总效率为轴ηNNe102QHeNeρ式中Ne——泵的有效功率，kW；Q——流量，m3/s；He——扬程，m；ρ——流体密度，kg/m3。由泵轴输入离心泵的功率N轴为转电电轴ηηNN式中N电——电机的输入功率，kW；η电——电机效率，取0.9；η轴——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孔板流量计的结构如图2所示。图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，分别与压差传感器的两端相连。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减少，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板前后所形成缩脉的直径为d2，流体密度为ρ，孔板前侧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ghuρ212122pp2u或ghuu22122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校正后，则有ghCuu22120对于不可压缩流体，根据连续性方程有1001SSuu经过整理可得2100)(12SSghCu令2100)(1SSCC，则又可以简化为ghCu200根据u0和S2，即可算出流体的体积流量Vs为ghSCSuVs20000或pSCVs200式中Vs——流体的体积流量，m3/s；p——孔板压差，Pa；S0——孔口面积，m3；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、测压口的位置、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，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。三．实验装置流程图5274163TI01QI02ΔPI03PI05PI06NI04图3.离心泵性能实验装置和流程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、变频仪四．操作要点1.打开主管路的切换阀门，关闭流量调节阀门6，按变频仪7绿色按钮启动泵，固定转速（频率在50Hz），观察泵出口压力表读数在0.2MPa左右时，即可开始试验。2.通过流量调节阀6，调节水流量，从0到最大（流量由涡轮流量计3测得），记录相关数据，完成离心泵特性曲线和孔板孔流系数实验。3.打开全部支路阀门，流量调节阀6开到最大，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验。4.每个实验均测10组数据，完成实验后，则可停泵（按变频仪红色按钮停泵），关闭流量调节阀6，做好卫生工作，同时记录设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等）。五．数据处理1、离心泵特性曲线的测定：实验测得数据如下表：序号水流量qv/m3•h-1入口表压p1/mH2O出口表压p2/mH2O压降△p/KPa水温度t/℃电机功率P电/kW17.18-3.210.450.9025.10.7126.42-2.612.140.6025.50.6835.73-2.113.632.4025.70.6545.07-1.714.925.3025.80.6254.33-1.216.218.4525.90.5763.66-0.817.213.1226.00.5572.96-0.518.28.5426.10.5082.25-0.219.14.9026.20.4591.540.120.02.2626.30.42100.750.320.80.6426.60.38110.000.421.60.0426.50.35表1离心泵特性曲线的测定数据经过计算机数据处理得到下表：序号扬程He/m轴功率轴N/kW有效功率Ne/kW效率η113.80.6390.26942.10214.90.6120.26042.48315.90.5850.24742.22416.80.5580.23141.40517.60.5130.20740.35618.20.4950.18136.57718.90.450.15233.78819.50.4050.11929.38920.10.3780.08422.221020.70.3420.04212.281121.40.3150.0000.00表2离心泵特性曲线的数据处理数据处理实例，以第六组数据为例，因为温度变化引起的密度变化相对较小，故取密度为近似定值ρ=996.7kg/m3do=18mmd1=33*3mm所测数据：Q=3.66m3•h-1p1=.-0.8mH2Op2=17.2mH2ON电=0.55kW流量Q=3.66m3•h-1mHHe2.182.0)8.0(2.17HoH真空表压力表扬程有效功率KWQHNee181.0360010266.32.187.996102轴功率0.495KW0.19.055.0N转电电轴N效率36.57%495.0181.0轴NNe2.孔板孔流系数实验经计算机处理得下表序号雷诺数Re孔流系数Co11073470.7762959850.7773856680.7764758010.7775647370.7776547200.7797442550.7818336390.7849230240.79010112130.7231100.000表3孔板流量计的的数据处理以第六组数据为例进行计算Do=0.018md=（33-3×2）/1000=0.027m26ºC时水的粘度μ=0.8737mPa·s孔流系数.77907.996100012.132418.00360066.32200pSQC雷诺数5682436000.0263.14108737.066.37.9964Re3du3、管路特性曲线的测定：序号频率Hz流量qv/m3•h-1入口表压p1/mH2O出口表压p2/mH2O压头H/m150.002.95-0.518.218.9245.082.69-0.414.915.5340.082.42-0.311.812.3435.082.14-0.19.19.4530.081.830.06.76.9625.081.520.14.74.8720.081.210.23.13.1815.080.880.31.81.7910.080.590.30.90.8105.080.230.40.40.2表4.管路特性曲线的实验数据以表4第一组数据为例，计算如下：H=mHPP9.182.05.0--2.180）（真空表压力表六．实验结果及讨论1、离心泵及管路的特性曲线（效率纵坐标另画）图4.泵及管路的特性曲线2、C0-Re曲线图5孔流系数C0与雷诺数Re的关系结论：（1）随着流体流量的增大，离心泵的扬程逐渐减小，且减小的越来越快，轴功率增大；（2）分析泵的效率曲线可知，随着流体流量的增大，离心泵的效率先增大，后减小，存在极值，最大效率在42.48%附近，此时流量为6.42m3•h-1。（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）从上图分析，在完全湍流区，孔流系数C0随雷诺数Re的变化不大，几近趋于平稳。所以在完全湍流区可视为孔流系数与雷诺数无关。据曲线的变化趋势，稳定时的C0约为0.777。（5）由管路特性曲线可以看出，随流体流量的增加，管路的压头有递增的趋势七．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，有利于降低泵启动电流，而漩涡泵属于容积式泵，若启动时出口阀没有关闭，泵出口压力会很高，严重时回打坏选涡轮泵的叶轮。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。5.根据什么条件来选择离心泵？a．先根据所输送的液体及操作条件来确定泵的类型；b．根据所要求的流量与压头确定泵的型号；c．若被输送的液体的粘度与密度与水相差较大时，应核算泵的特性参数：流量、压头和轴功率。八、参考资料：1、杨祖荣主编．化工原理实验．北京：化学工业出版社，20032、丁忠伟，刘丽英，刘伟．化工原理．北京：化学工业出版社，2014