《流体输配管网》实验指导书

教学实验2012-10流体输配管网实验指导书湘潭大学土木工程工程与力学学院建筑环境与设备工程专业2012年10月内部使用目录实验一离心泵综合实验2实验一离心泵综合实验一、实验目的掌握离心泵主要工作运行特性；通过对水泵汽蚀现象的观察，加深对水泵汽蚀产生原因的理解；通过对水泵串并联运行时相互之间的关系及其特性曲线的测定方法，进而加深对多台离心水泵联合运行性能的理解。二、实验原理离心泵的重要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和使用泵的主要依据。1、泵的流量泵的流量即泵的输送液体的能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接有一定时间t内排出液体的体积V或m来测定。tVQsm/3（1）若泵的输送系统中安装有流量计时，泵的流量可由流量计直接测出。2、泵的扬程泵的扬程即总压头，表示单位重量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1截面，以吸入管路中装有真空压力表处为2截面，在离心泵的入口和出口压力表处分别取1－1和2－2过水断面，列伯诺里方程如下：lhggpzHggpz2222222111（2）式中，H为离心泵的扬程，z2－z1＝Δz为离心泵进、出口的高差，即位置水头；22Hgp为离心泵出口的测压管高度；11Hgp为离心泵入口的真空度，即泵入口真空表读数；由于泵的进出口管径相同，由连续性方程可知v1=v2，lh为1－1和2－2过水断面之间的沿程阻力，因很小可忽略。于是zHHH21式中：mh由压力表读值P1直接求得，vh由真空压力表读值P2直接求得，Δz为仪器常数，当进出口表安装位置等高时，Δz=0。21HHHe（3）3、泵的功率3在单位时间内液体从泵中实际所获得的功，为泵的有效功率。即gHQNeee（4）式中：eN—液体从泵中实际所获得的功，W；eQ—泵的流量，m3/s；eH—泵的扬程，m；—所输送液体的密度，Kg/m3；g—重力加速度2/81.9sm。泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送的液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。而电动机所消耗的功率又大于泵轴所作的实际功率。电动机所消耗的功率可由输入的电压和电流测得，或直接由功率表测得：IUN=W[W]（5）式中：I—电流，A；U—电压，V。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NNe（6）5、泵的汽蚀离心泵的叶轮旋转工作时，在入口处的压强会低于大气压，于是后续液体才不断的导入泵内。如果泵内某处压强低至该处液体温度下的气化压力，部分液体就开始气化，形成气泡；与此同时由于压强的降低，原来溶解于液体的某些活泼气体，如水中的氧也会逸出而成为气泡。这些气泡随液流进入泵内高压区，由于该处压强高，气泡迅即破灭。于是在局部地区产生高频率、高冲击力的水击，不断打击泵内部件，使其表面部位蜂窝状或海绵状。此外，在凝结热的助长下，活泼气体还会对金属发生化学腐蚀，以致金属表面逐渐脱落而破坏，这种现象就是气蚀。气蚀如持续发展，气泡大量产生，就会影响正常流动，噪声和振动剧增，甚至造成断流现象。此时，泵的扬程、流量和效率都显著下降。因此，泵在运行中应当严格防止气蚀。7、泵的特性曲线上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是互相制约的。因此，为了准确全面的表征离心泵性能，须在一定的转速下，将实验测得的各项参数即：eH、N、4与Q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1所示。Wn%BQmQ图1离心泵特性曲线以同样的方式测出离心式水泵联合运行工况下的工作特性曲线，对离心泵操作性能具有十分重要的意义，由此曲线可确定泵的最适宜操作状况。8、泵的并联特性曲线当需要增加系统中的流量时，宜采用并联方式运行。见图2。BBBBQQQmQ图2离心泵并联特性曲线两台水泵分别单独运行时所提供的的流量1Q及2Q都小于两机联合运行的5流量AQ，说明联合运行可以满足增加流量的要求。同时，AQQQ21，单机运行的压头均低于联合运行的压头值。所以联合运行一般不能充分发挥两泵的能力。并联运行是否经济合理，要研究各机的效率才能决定。9、泵的串联特性曲线当管路系统的性能曲线较陡，单机不能提供所需扬程时，应当按串联方式运行。见图3。BBQmQBB图3离心泵并联特性曲线这时第一台泵的出口与第二台泵的吸入口相连。两台水泵串联运行的特点是通过两台泵的流量相等，而扬程或压头等于两台设备的扬程或压头之和。三、实验装置本实验装置可以进行离心泵特性曲线测定实验、离心泵汽蚀实验和离心泵串并联实验的一种多功能综合实验台。试验台的系统如图4所示。6图4实验台系统图Zs—转速传感器；M1、M2—水泵电机（1）、水泵电机（2）；B1、B2—水泵（1）、水泵（2）；F1—水泵（1）入口阀门；F2—水泵（2）串、并联管路切换阀阀门；F3—水泵串联管路切换阀门；F4—水泵（1）出口阀门；F5—流量工况调节阀门；F7—方水箱与圆水箱之间的联通阀门；F8—排气阀；P1—水泵（1）入口真空压力表；P2—水泵（1）出口压力表；P3—水泵（2）入口真空压力表；P4—水泵（2）出口压力表；L1、L2—泵1流量计、泵2流量计。方水箱仅起到接水的作用。方、圆水箱之间设联通阀门，分别界至两个计量水箱上；圆水箱上设有调试排空阀及放水阀。实验台主要由水泵1（用以测泵特性及串并联实验）、水泵2（用以测泵的汽蚀余量和串并联实验）。实验时，利用各阀门的开、关和调节，形成泵1的单台泵工作回路，在不同流量下，测定一组相应的压力表、真空表、和流量计的读数，以及电机的转速n,电功率，即可得出一组泵的流量Q、扬程H,实用功率N等数据，可以绘出泵的H-Q,N-Q和η-Q等特征曲线。进行泵的汽蚀实验时，利用相应阀门的开、闭和调节，形成泵2的单泵工作回路，并使水箱成为的封闭的容器，水泵抽水时，使水箱由于水的抽出而产生真空，从而使泵的进口压力减少，直到发生汽蚀，测出泵的汽蚀余量ΔH。再进行泵的串联或并联回路，测定串联和并联时运行特性。实验台的主要指标和参数离心泵参数：型号：设计扬程：m最大流量：m3/h泵进口管径：mm电机额定功率：W电机额定转速：转/分电测用户涡轮流量计参数：FMMBBFFFFFZsppppDFL2L17涡轮流量计流量范围：常规体积法测流量水箱参数：方计量水箱截面尺寸：×m2四、实验要求1、学生根据试验目的，依据基本原理和实验条件，确定实验内容。2、确定试验数据采集点，以获得必要的试验数据。3、拟定实验步骤和操作方法，经试验指导老师同意后开始试验操作。4、按拟定的实验步骤进行试验，在测得必要的数据后，经试验指导老师同意，停止试验操作。5、整理试验数据，写试验报告。五、实验基本操作步骤1.泵的特性实验（1）试验前准备①将水箱注满水②拧开圆水箱上排气阀F7，向方水箱充水，直到圆水箱内充满水且方水箱内有2/3水为止。③关闭阀门F2、F3、；打开阀门F1、F4、F5、F7、F8。（2）进行试验①启动泵B1。泵运转后，即打开阀门F1，再关闭阀门F4。此时，流量为0，为空载状态。测量压力表P2，真空压力表P1的读数，并测出电机转速n和电机功率。②打开阀门F4至一定开度，水泵开始给水，再测读压力表P2、真空压力表P1、流量计L的读数，并测定电机的转速n和电机功率。泵的流量可以用流量计（特殊订购）也可用计量水箱和秒表（用户自备）来测量。③逐步开大阀门F1，改变泵的流量（一般改变10-15次），在每一流量下，测量并记录上述试验数据。这样，可以测得相应于不同流量下的试验数据，从而就可以绘出泵的特性曲线。2.水泵的汽蚀试验临界汽蚀余量(NPSH)。通过汽蚀试验测得的NPSH临界值。该临界值是在给定的流量下，在第一级内引起第一级扬程或效率下降(2+k/2)%时的NPSH值（k-型式系数）；或者在给定的扬程下，在第一级内引起流量或效率下降(2+k/2)%时的NPSH值。4/32/1)(60)(2HgQK8Q—每一吸入口的流量；H—泵的单机扬程。（1）试验前的准备①将水箱注满水后，用排气阀F8排气后关闭排气阀。②打开F1、F2、F4、向两个水泵充水。③关闭阀门F1、F2、F5、F8，打开阀门F3、F4。（2）进行试验①启动水泵B1、B2，泵运转后，即打开阀门F5。②调节阀门F5，调至某一流量Q1。③在此流量下，将阀门F7由开启向关闭方向逐步调节，使水箱内的真空度逐步增大，每调节一次，同时测读流量计读数、真空压力表P3的读数Hs和压力表P4读数H（扬程）。继续调节阀门F7，直至真空压力表P3的指针发生剧烈颤动或急剧下降为止（即发生汽蚀）。这样，可以读出一组试验数据，并确定在此流量下的汽蚀余量Δh。（4）将阀门F5调至另一开度，重复上述步骤，测定此流量Q2下的汽蚀余量Δhc。如此，进行3-5个流量下的试验，测得3-5组试验数据，即可测定泵的汽蚀特性曲线。3、两台泵的串联运行试验（1）在相同流量下，测出单台泵运行时的泵B1和泵B2的扬程H1和H2。其试验步骤和方法可参照泵的特性试验方法。（2）在与单台泵运行时的相同的流量下，测出两台泵的串联时的扬程H串可以得出H串=H1+H2。具体步骤如下：①打开阀门F3、F4；关闭阀门F1、F2、。②接通电源，首先启动泵B2，再启动泵B1，待运行正常后，然后打开阀门F5。③调节阀门F5，使流量指示与单台泵运行时相同。④在压力表P3、P4、P1和P2上进行扬程H串读值。4.两台泵的并联运行试验（1）在相同的扬程下，测出单台水泵进行时泵B1和泵B2的流量Q1和Q2。（2）在与单台泵运行时的相同的扬程下，测出两台泵并联时的流量Q并，得出：Q并=Q1+Q2。具体步骤如下：①开阀门F1、F4、F2、F5、F7、F8；关闭阀门F3。②首先启动泵B2，再启动泵B1，待运行正常后，然后打开阀门F5。③调节阀F2、F4，使压力表P4和P2的扬程一致，并与单台泵运行使相同。9④用流量计或计量水箱进行流量Q并测量。六、试验台的保养和维护1.在接电运转前，必须做好下列准备工作：仔细检查各阀门、接头和表头等有无松动，如有松动，应加以紧固；用橡胶管将文丘里的测压口与压差计相连接；将水箱注满水，并使泵内全部充满水。完成上述安装工作以后，即可接电试运转。启动水泵，观察有无漏水现象，如漏水，应设法处理。2.量水箱应保持清洁明亮；3.流量计的差压计，应注意防尘，以免影响测量精度。不用时，应盖上塑料布或特制小盖；将测力矩力臂用限位装置锁住；4.易锈零部件，应注意防锈；5.实验前要认真考虑试验内容，确保其正确，确定各个阀门开、关到位；6.泵要封闭启动，即关闭F5后启动电机；7.观察泵气蚀现象时，要快速操作，防止泵损坏；8.泵运转时要注意安全，防止触电。要特别注意防止袖角、衣角及长发卷入泵电机的转动部件内，防止发生事故。设备运转如有不正常现象，要立即停车，与指导教师讨论愿因，及时处理后方可继续作试验。说明：1、做H—Q曲线时，应注意21,vv—泵进口流速，一般进口和出口管径相同，1212,vvdd所以022122gvv2．η—Q曲线利用H—Q和N—Q曲线，任取一个nQ值可以得出相应的nH和nN值，由此可得该流量下得相应效率n值：nnnNHQr1021取若干个nQ值，并求得相应nH和nN值，即可算出其相应的n值，在Q—η坐标系中可光滑地连出泵的η—Q总效率曲线。103.实验数据记录表格：NoM(Mpa)V(Mpa)N(W)n(转/分)Q（m3/s）备注123456891011根据测试数据，在坐标系中点出测试点，最后光滑地绘制出H—Q，N—Q和η—Q曲线。（可以在一张图上绘出）。η坐标纸11饱和水蒸气压力表（按压力排列）压力P饱和温度ts比容饱和水ν/饱和蒸汽ν“（MPa）(℃)（m3/kg）（m3/kg）0.00106.9820.0010001129.2080.002017.5110.001001267.0060.003024.0980.001002745.6680.004028.9810.001004034.8030