化工原理实验_离心泵

北京化工大学实验报告课程名称：化工原理实验实验日期：2014年12月10日班级：材料1204姓名：曲政同组人：李乾坤、李子新、张辰阳学号：2012012481离心泵性能实验一、实验摘要离心泵的性能参数取决于泵的内部结构,叶轮形式和转速。通过对离心泵内部流体质点运动的理论分析,可得出理论压头和流量的关系。但实际流体流经泵时,不可避免的造成一定的能量损失.在本实验中,将直接测定其参数间的关系,并绘出离心泵的三条He-qv.Pa-qv和η-qv特征曲线。流量系数Co的数值只能通过实验求得。Co主要取决于管路流动的雷诺数Re和面积比m等。对于测压方式，结构尺寸，加工状况等均以确定的标准孔板，流量系数Co只与雷诺数Re有关。本实验选用水作为实验的研究对象。关键词：离心泵特性曲线泵的有效功率和效率孔流系数C0二、实验目的及任务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、性能及安装方法。4、测定孔板流量计的孔流系数。5、测定管路特性曲线。三、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。由于流体流经泵时可能会产生能量损失，如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头小，因此，通常采用实验的方法，直接测定其参数间的关系，并将测绘出的He-qv.Pa-qv和η-qv三条曲线称为离心泵的性能曲线。另外，根据这些曲线也可以求出泵的最佳工作区间，作为选泵的依据。⑴泵的扬程HeHe=H压力表+H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：0ppHeHg压力表真空表式中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）0H——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PaPe102vqHePe式中Pe--------泵的有效功率，kw;Pa--------泵的轴功率，kw；vq--------流量，3/ms;He-------扬程，m；--------液体密度，3/kgm。由泵轴输入的离心泵的功率Pa为PaP电电转式中P电-------电机的输入功率，kW；电-------电机效率，取0.9；转-------传动装置的传动效率，一般取1.0。在计算中：Pa0.9P电2.孔板流量计孔流系数的测定图1孔板流量计的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，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之后也不改变，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在造成的能量损失，用校正系数C校正后，则有对于不可压缩流体，根据连续性方程有经过整理可得令，则又可以简化为根据u0和S2,，即可算出流体的体积流量VS为或式中Vs-------流体的体积流量，3/msp------孔板压降，Pa；S0--------孔口面积，2m；--------液体密度，3/kgm；C0--------孔板系数。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，具体的数值由实验确定。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。3.管路特性曲线的测定处于各个工作点时，管路所需的压头和泵提供的压头是相等的，即HeH利用这一原理，可通过测泵的扬程来测管路的压头，以此来作管路特性曲线。四、实验流程示意图图2离心泵特性曲线实验带控制点的工艺流程1—蓄水池；2—底阀；3、6—压力表；4—离心泵；5—灌泵阀；7—流量调节阀；8—孔板流量计；9—活动接口；10—液位计；11—计量水槽（495495）mm；12—回流水槽；13—计量槽排水阀五、实验操作1．打开主管路的切换阀，关闭流量调节阀6，按变频器7绿色按钮启动泵，固定转速，观察泵口出口压力0.2mpa左右时，即可开始试验。2.通过调节6，调节流量大小，记录数据，完成泵特性曲线和孔板流量计系数实验。3.打开全部的支路阀门，流量调节阀们开到最大，通过改变频率，实现流量调节，完成管路特性曲线的测定实验。4.切换阀门形成泵的联合，频率为50hz，通过调节阀6，改变水流量，完成并立案实验，记录数据。5.每组测10个数据左右，若基本吻合即可停泵，关闭6做好卫生工作，记录数据，离开实验室。六、注意事项1.在测量离心泵的特性曲线数据时要测量零点；2.读取数据时，压力表不稳定应读取波动的中心位置，液面高度的读取应该在液面稳定后读取；3.改变活动接口时要迅速；4.当没有完成灌泵时启动泵会发生气缚现象；5.当关泵完成后在出口阀全开的情况下启动泵可能会发生烧泵事故。七、实验数据处理1.离心泵特性曲线的测定Ⅰ数据记录表及数据处理泵的特性曲线h0=0.2mt=24.5℃水的密度ρ=997.65kg/m3扬程He=H压力表+H真空表+0.2水的流量出口表压进口表压扬程HeN电有效功率轴功率效率序号qv/m³MH2OMH2Omkwkwkwη18.856.7-3.810.70.880.2572780.79232.48%27.879.3-2.912.40.860.2651380.77434.26%36.8911.5-2.213.90.830.2602010.74734.83%46.2612.8-1.814.80.80.2517160.7234.96%55.4414.6-1.316.10.780.2379580.70233.90%64.5916.1-0.817.10.740.2132480.66632.02%73.7417.3-0.417.90.70.1818860.6328.87%82.8718.5018.70.650.1458140.58524.93%92.0719.40.219.80.610.1113550.54920.28%101.0520.50.521.20.540.0604780.48612.44%11121.60.622.40.50.0608590.4513.52%以第一组实验数据为例，计算过程如下：当t水=24.5℃，查表得ρ=997.65kg·m-3,且可以由仪器的读数知道水的流量为qv=8.85m3·h-1,H出口压力表压=6.7mH20,H入口真空表压=-3.8mH20，H0=0.20m.可以求得He=H出口压力表压+H入口真空表压+H0=6.7-(-3.8)+0.20=10.7mH20N轴=N电·η电·η转=0.88×0.9×1=0.792kwNe=错误!未找到引用源。=8.85/3600×10.7×997.65／102=0.257278kwη=错误!未找到引用源。=0.25728/0.792×100%=32.48%2.孔流系数的标定数据记录表及数据处理C0-Re关系序号qvm³/hΔpkpa流速m/sReC0实验值16.8247.173.3197506.260.765826.0637.12.9486640.460.767335.2227.62.5374630.890.766344.3419.822.1162049.440.751853.6613.941.7852327.410.756062.888.641.4041175.670.755672.034.860.9929023.130.710281.332.20.6519015.150.691590.880.960.4312581.450.6927以第1组实验数据为例，计算过程如下：当t水=23.6℃，查表得ρ=997.30kg·m-3,μ=0.9142mPa·s且可以由仪器的读数知道水的流量为qv=6.82m3·h-1小孔孔径d0=18.0mm,管道直径d=27.0mm可以知道流体在管道中的流速为：u=错误!未找到引用源。==3.31m/s雷诺数Re=错误!未找到引用源。=97506.26且由实验数据孔板流量计的压降为Δp=37.24kPa知孔流系数实验值C0=错误!未找到引用源。=0.76583.离心泵特性曲线的测定Ⅱ数据记录表及数据处理管路的特性曲线h0=0.2mt=25.7℃水的密度ρ=996.78kg/m3扬程He=H压力表+H真空表+0.2水的流量出口表压进口表压扬程HeN电有效功率轴功率效率频率qv/m³MH2OMH2Omkwkwkwη%506.6312-2.114.30.820.2570.73834.874569.8-1.611.60.660.1890.59431.81405.327.9-1.29.30.510.1340.45929.26354.656.2-0.87.20.380.0910.34226.57304.024.7-0.55.40.30.0590.2721.82253.293.4-0.23.80.240.0340.21615.71202.612.30.12.60.190.0180.17110.77151.941.50.320.150.0110.1357.80以第一组实验数据为例，计算过程如下：当t水=25.7℃，查表得ρ=996.78kg·m-3,且可以由仪器的读数知道水的流量为qv=6.63m3·h-1,H出口压力表压=12mH20,H入口真空表压=-2.1mH20，H0=0.20m.可以求得He=H出口压力表压+H入口真空表压+H0=12-(-2.1)+0.20=14.3mH20N轴=N电·η电·η转=0.82×0.9×1=0.738kwNe=错误!未找到引用源。=6.63/3600×14.3×996.78／102=0.257kwη=错误!未找到引用源。=34.87%错误!未找到引用源。结果分析:由图一可以看出（1）在离心泵处于恒定转速的情况下，随着流量的增加，离心泵的扬程He逐渐下降，且在大流量范围内下降更快，当流量为0时，空载扬程即最大扬程为22.60m；离心泵的轴功率Pa（N轴）随流量的增加而逐渐增大，且几乎呈现正比的形式；随着流量的增大，离心泵的效率先增大后减小，有最大值，即最高效率点，其流量范围大概是5~5.5m3/h，也是离心泵单独工作时的最适宜工作范围。（2）从图中可大致读出，效率最大为0.430，此时流量约为5.70m3/h，扬程15.40m，轴功率0.50kw，为最佳工作点。在流量略小于或等于最大效率所对应的流量范围为该离心泵适宜工作的范围。（3）图中均采用二次曲线拟合，可以看出拟合效果较好，所测点均匀分布在拟合曲线两侧，无偏离较远的点。有图二与图一的对比可以看出离心泵在处于不同转速的情况下，离心泵工作时始终是随着流量的增加，离心泵的扬程He逐渐下降，且在大流量范围内下降更快。但是，当电机的频率降低时，离心泵的转速降低，在相同的流量下，其扬程小于高转速的条件下的扬程，符合理论。误差分析：1）仪器的读数存在不同程度的波动，如进出口表压和电功率等，故读数将引起主观误差。2）整个数据处理的过程中由于保留有效数字和公式的差别将引起一定的误差。3）由于整个过程中水的温度一直在变化，而计算公式是在恒定温度下得到的理想公式，故可能与实验结果产生一定的误差。4）我们所用到的很多数据是在理想情况下或额定