离心泵特性曲线.doc

北 京 化 工 大 学
实 验 报 告

课程名称： 化工原理实验 实验名称： 离心泵性能试验
实验日期： 2012.11.15 班 级： 化工1001
学 号： 2010011001 报 告 人： 于正阳
同 组 人： 尤艺蕊 于宏鹏 马博
流体阻力实验
一，摘要
本实验以水为介质，使用IHG32-125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，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（） 离心泵特性曲线 管路特性曲线C0

二，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。

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，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。
（1）泵的扬程 He
He = H压力表 + H真空表 + H0
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=0.85m

（2）泵的有效功率和效率
由于泵在运转过程中存在能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值低，而输入功率又比理论值高，所以泵的总效率为
η＝
＝
式中Ne—泵的有效功率，Kw；
Q—流量，m3/s；
He—扬程，m；
ρ—液体密度，kg/m3
由泵轴输入离心泵的功率为
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—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
孔板流量计的构造原理如下图所示。

孔板流量计的构造原理图
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，造成孔板前后压强差，作为测量依据。若管路直径d1，孔板锐孔直径d0，流体流经孔板后所形成缩脉的直径d2，流体密度ρ，孔板前测压导管截面处和缩脉截面处速度和压强分别为u1，u2和p1，p2，不考虑能量损失，由伯努利方程得：

或
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：

对不可压缩流体，根据连续性方程有：

整理得

令，则可简化为

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，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

又
测定不同频率下，H与的值，即可求得k及的值。
四，装置和流程

离心泵性能实验装置与流程图

1— 蓄水池；2—底阀；3—真空表；4—离心泵；5—灌泵阀；6—压力表；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，实验步骤
本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数。流量可通过计量槽和秒表测量。
1.检查电机和离心泵是否正常运转。打开电机电源开关，观察电机和电源泵的运转情况，如无异常，则可切断电源，准备在实验时使用。
2.在进行实验前，首先要灌泵（打开灌泵阀），排出泵内的气体（打开流量调节阀）。当有连续液体流出时，灌泵结束，关闭排气阀和灌泵阀，启动离心泵开始试验。
3.关闭流量调节阀，点击电源绿色按钮启动，开始实验。从小到大依次调节流量调节阀，待稳定后，读取压力表、真空表、功率表以及孔流计压降示数，而后用计量槽计量液体流量，记录读数前、读数后的标尺刻度以及所用时间。共测10组。为防止因水面波动而引起的误差，测量时液面计高度差应不小于200mm。
4.测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测8组数据，并记录。
5.在次改变阀门的开度，步骤同上。重复两次。
6.关闭流量调节阀，停泵，记录相关数据，整理现场。

六，实验数据记录及处理
1，离心泵性能曲线测定及孔板流量计孔流系数测定原始数据表（频率f=50Hz）
序号
压力表
/MPa
真空表
/MPa
水温
/℃
孔板压降
p/ KPa
时间
/s
计量槽高度
/m
流量Q
/m³/s
1
0.186
-0.007
14.1
1.0
100
0.215
0.00053
2
0.178
-0.008
13.9
2.1
70
0.220
0.00077
3
0.168
-0.007
13.8
3.2
54
0.213
0.00097
4
0.158
-0.008
13.8
5.0
44
0.220
0.00123
5
0.148
-0.010
13.8
6.8
37
0.215
0.00142
6
0.132
-0.013
13.7
9.1
33
0.223
0.00166
7
0.110
-0.015
13.7
11.6
28
0.223
0.00195
8
0.088
-0.017
13.7
14.5
26
0.225
0.00212
9
0.058
-0.019
13.7
17.7
23
0.223
0.00238
10
0.028
-0.020
13.8
19.4
22
0.221
0.00246

序号
扬程He
/m
输入功率N电
/kW
有效功率Ne
/kW
η
/%
Co
N轴
/kW
Re
1
20.55
0.59
0.106
19.97%
0.810
0.531
13343
2
19.83
0.67
0.150
24.81%
0.817
0.603
19505
3
18.71
0.71
0.177
27.72%
0.831
0.639
24480
4
17.79
0.75
0.214
31.63%
0.842
0.675
31031
5
16.98
0.81
0.237
32.48%
0.839
0.729
36063
6
15.65
0.84
0.254
33.57%
0.844
0.756
41939
7
13.61
0.86
0.260
33.60%
0.881
0.774
49428
8
11.57
0.94
0.240
28.40%
0.856
0.846
53707
9
8.71
0.96
0.203
23.45%
0.868
0.864
60173
10
5.75
0.98
0.139
15.71%
0.859
0.882
62344
计算过程中取温度的平均值t=13.8℃
以第一组数据为例，计算过程如下：
t=10oC时，ρ=999.7kg/m3 , μ=1.305mPa.s
t=20oC时，ρ=998.2kg/m3 , μ=1.005mPa.s
内插得：t=13.8oC时，ρ=999.1kg/m3 , μ=1.1964mPa.s
流量Q=A*Δh/t=0.4952*0.215/100=0.00053m3/s
扬程He=H压力表+H真空表+H0 =( P压力表‐P真空表)/ ρg+0.85
=【0.186-（-0.007）】*106/9.807/999.1+0.85=20.55m
由泵轴输入离心泵的功率N轴=N电*η电*η转=0.59*0.9*1.0=0.531kW
泵的有效功率Ne=Q*He*ρ/102=0.00053*20.55*999.1/102=0.106Kw
泵的总效率η=Ne/N轴=0.106/0.531=19.97%
So=π*（0.0242/2）2=0.00046 m2，Δp=1.0*103 Pa
由
得=(0.00053/0.00046)*[999.1/2/(1.0*103)]1/2=0.810
Re=duρ/μ=4ρ*Q/π/d/μ=4*999.1*0.00053/π/0.042/(1.1964*10-3)=13343

2，管路特性曲线测定数据处理表

第一组（出口阀开度1)
序号
压力表/Mpa
真空表/Mpa
频率Hz
孔板压降（KPa）
水流量m³/s
扬程(mH2O）
水温/℃
水流量m³/h
1
0.026
-0.009
23.70
2.3
0.001
4.42
13.4
3.055
2
0.032
-0.010
27.50
3.4
0.001
5.14
13.4
3.714
3
0.045
-0.010
31.25
4.9
0.001
6.47
13.4
4.459
4
0.052
-0.011
35.00
5.8
0.001
7.28
13.4
4.851
5
0.061
-0.014
38.72
7.3
0.001
8.51
13.5
5.442
6
0.076
-0.013
42.50
8.7
0.002
9.94
13.5
5.941
7
0.088
-0.014
46.25
10.5
0.002
11.26
13.5
6.527
8
0.120
-0.017
50.00
12.4
0.002
14.84
13.5
7.093

第二组(出口阀开度2）
序号
压力表/Mpa
真空表/Mpa）
频率Hz
孔板压降（KPa）
水流量m³/s
扬程(mH2O）
水温/℃
水流量m³/h
1
0.030
-0.008
23.75
1.4
0.001
4.73
13.4
2.383
2
0.042
-0.008
27.50
2.2
0.001
5.96
13.4
2.988
3
0.054
-0.008
31.25
3.0
0.001
7.18
13.3
3.489
4
0.070
-0.009
35.00
3.9
0.001
8.92
13.4
3.978
5
0.080
-0.010
38.80
4.4
0.001
10.04
13.4
4.225
6
0.100
-0.011
42.50
5.7
0.001
12.18
13.5
4.809
7
0.118
-0.011
46.00
6.9
0.001
14.02
13.4
5.291
8
0.192
-0.012
50.00
7.5
0.002
21.68
13.5
5.516

第三组（出口阀开度3）
序号
压力表/Mpa
真空表/Mpa）
频率Hz
孔板压降（KPa）
水流量m³/s
扬程(mH2O）
水温/℃
水流量m³/h
1
0.036
-0.008
23.00
0.8
0.002
5.34
13.4
7.206
2
0.048
-0.008
27.50
1.2
0.002
6.57
13.4
8.826
3
0.062
-0.008
31.30
1.7
0.003
8.00
13.3
10.505
4
0.078
-0.009
35.00
2.1
0.003
9.73
13.4
11.675
5
0.093
-0.009
38.80
2.7
0.004
11.26
13.4
13.239
6
0.122
-0.008
42.50
3.3
0.004
14.12
13.5
14.636
7
0.137
-0.009
46.25
3.9
0.004
15.76
13.4
15.911
8
0.155
-0.008
50.00
4.5
0.005
17.49
13.5
17.091
计算过程中温度取t=13.5℃
t=10oC时，ρ=999.7kg/m3 , μ=1.305mPa.s
t=20oC时，ρ=998.2kg/m3 , μ=1.005mPa.s
内插得：t=13.5oC时，ρ=998.7kg/m3 , μ=1.1868mPa.s
孔流系数Co=0.86
以第一组的第一套数据为例，计算过程如下：
So=π*（0.0242/2）2=0.00046 m2，Δp=2.3*103 Pa
VS==0.86*0.00046*[2*(2.3*103)/998.7]1/2=0.0001m3/s
=( P压力表‐P真空表)/ ρg+0.85
=【0.026-(-0.009)】*1000000/998.7/9.807+0.85=4.42m

七，实验结果作图分析
1.离心泵特性曲线

结果分析：
1， 由泵的特性曲线（红色）得，扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；
2， 分析效率曲线可知，该泵的最大效率为34%左右，此时的流量为0.00166m3/s，所以该泵的适宜工作范围为0.00097~0.00212m3/s。

2.CO-Re曲线

由图知，当Re大于50000时C0接近于一定值0.86，使用该孔板流量计时，应使其在C0在定值的条件下。

3.管路特性曲线

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， 比较三条曲线，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。

八，思考题
1， 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：当流量调节阀开度增大时，压力表读数减小，真空表读数增大。
2， 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：根据管路流量范围选择孔口尺寸和压差计的量程。
3， 分析气缚现象与气蚀现象的区别。
答：气缚现象是在离心泵启动时发生的，由于泵内存有空气，空气密度相对于输送 液体很低，旋转后产生的离心力小，叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。
气蚀现象是由于离心泵安装高度过高，导致泵内压力降低，液体发生汽化，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近，生成的蒸汽泡随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，破坏叶轮。