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离心泵特性曲线的测定
一、 实验目的
（1） 了解离心泵的结构特性和操作
（2） 测定一定转速下的特性曲线。
（3） 理解合理选择及正确使用离心泵的意义。

二、 实验原理
离心泵是生物工程工厂应用广泛的一种液体运输机械，它输送的流体范围很广，包括腐蚀性液体和汉固相悬浮物的液体。这类机械运转时液体流量的调节十分简单，使用很方便。
图4-3是离心泵的装置见图。由图可见，若干个弯曲叶片组成的叶轮1置于具有蜗壳型通道的泵壳2之内，叶轮紧固于泵轴3上。泵的吸入口4位于泵壳的中心，并与吸入管路5相连接，泵壳上侧边的排出口8与排出管路9相连。离心泵一般由电动机带动。离心泵启动前，需要先将所输入的液体灌满吸入管路和泵壳。电动机启动之后，泵轴带动叶轮以1000~3000r/min的速度高速旋转，在此过程中，泵通过叶轮向液体提供了能量，另外，在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢而静压强提高，最终以较高的静压强排除管道，实现输送目的。在一定转速下，离心泵的扬程He、轴功率N和效率η等特性参数都与离心泵的数量有关。通常用水作为介质，通过实验测出He、N、η和Q之间的关系曲线，称为离心泵的特性曲线。特性曲线是选用离心泵和确定泵的适宜操作范围的重要依据。如果在泵的操作中，能够测得其流量，进、出口的压力和泵所消耗的功率（即轴功率或电机功率），那么通过计算就可以作出离心泵的特性曲线。

1. 流量的测定
在一定转速下，调节出口阀改变离心泵的流量，并通过涡轮流量计测出其具体数值。
2. 扬程的测定
在进口真空表和出口压力表两测压点截面列柏努利方程

或

式中：h0为为压力表和真空表两测压点间的垂直距离；P1，P2为压力表和真空表所测表压与真空度；u2，u1为泵出口、进口管内水的流速；H真、H压为真空表、压力表所测得读数，以m液柱表示的数值；Hf为两测压点间泵的压头损失（本实验可忽略不计）。
3. 有效功率的测定
泵的有效功率可从泵的扬程、流量确定，公式为

式中：Ve为流量；He为扬程；ρ为水的密度。
各变量的单位均为国际单位。
4. 泵的效率
泵的效率即为有效功率与其轴功率之比，但是测定轴功率较难，实验中经常测定电机功率N电，从而求取泵的总效率。即

三、 实验装置
本实验采用2B19A离心泵进行实验，其装置如右图所示。离心泵用三相电动机带动，用三相调压器调节电动机的转速，转速表测定电动机的转速。将水从水槽中吸入，然后用泵压出管排出至水槽循环使用。在吸入管口处装有底阀滤水器，以免污物进入水泵。过滤器上带有单向阀。以便在启动前可使泵内灌满水。在泵的吸入口和压出口分别装有真空表和压力表，以测量水的进出口的压力。泵的管路中有涡轮流量计，用来测量水的流量。管路出口处装有阀门，用来调节水的流量或管内压力。另有单相瓦特计（功率表）测量电动机输入功率。
其中，电机的输入功率为
W=3(相数)*α（仪表系数）*表头读数（W）

四、 实验步骤
（1） 了解设备，熟悉流程及所用仪表。
（2） 检查轴承润滑情况，用手转动联轴节注意其是否转动灵活、转向是否正确。
（3） 旋开加水漏斗及泵壳上部的放气旋塞，向泵内灌水至满，然后关闭漏斗和旋塞。
（4） 充满水后，关闭泵的阀门。接通电源点启动电动机，将该泵运转。在运转中药注意安全，防止触电及注意电机是否过热、是否有过大噪音或其他故障。
（5） 小心打开功率表开关，注意功率表是否正常，如有不正常现象，应立即停车，与指导老师讨论其原因及处理方法。
（6） 慢慢开启出口阀，用出口阀调节流量，待各示数稳定后，记录压力表、真空表读数、流量示数和功率示数。
（7） 从最大到零调节流量，读取并记录11组数据。
（8） 数据取完后关闭出口阀。转速表测定电动机的转速。
（9） 实验结束后，关闭电机。

五、实验结果
1）实验数据及计算
室温为15℃，各参数取值如下：
水的物性：密度ρ水=1000kg/m3
重力常数：g=9.8m/s2 π=3.14
仪表系数：α=1
流量系数ε=321.31
d入=41mm
d出=27mm
下面以第一组数据为例，具体计算过程如下：

其他各组数据计算过程同第一组，具体实验数据及计算结果如下表：

2）离心泵特性曲线 He-Ve关系曲线

3）Ne-Ve关系曲线

4）N电-Ve关系曲线

5）η-Ve关系曲线

适宜操作区如图所示。
六、分析及讨论
1、离心泵特性曲线
由实验结果中He-Ve关系曲线得，离心泵特性曲线方程为
He=28.25-3577.95Ve
其拟合度R=0.99568

2、Ne-Ve关系曲线
由实验结果中Ne-Ve关系曲线图可知，Ne随着Ve的增大而不断增大，但是当Ve达到一定值后，随着Ve的增大，Ne的增长变缓。

3、N电-Ve关系曲线
由实验结果中N电-Ve关系曲线图可知，N电随着Ve的增大而不断增大，但是当Ve达到一定值后，随着Ve的增大，N电的增长变缓。与理论曲线相符。

4、η-Ve关系曲线
由实验结果中η-Ve关系曲线图可知，η随着Ve的增大而不断增大，但是当Ve达到一定值后，随着Ve的增大，η的增长变缓，基本与理论曲线相符。理论上，当Ve达到一定值，即离心泵的额定流量qV,，A后，η达到最大，其后，随着Ve的增大，η不断减小，即效率不断下降。在实验中，由于采用的流量不够大，仅仅是刚得出更好的结果，刚达到离心泵的额定流量。为了得到更好的实验结果，应调节流量，使流量增大，再多测3-5组数据。

七、误差来源及分析
1. 数字流量计
实验过程中，数字流量计检测流量时读数有滞后现象，由于实验中是流量时由小到大进行调节，因此可能使得读数比实际数值偏小。为了尽量减小数字流量计带来的误差，在测量时，应使流量从大到小地进行调节，同时，每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。

2. 单相瓦特计
实验过程中，单相瓦特计读数有滞后现象，可能会带来一些误差。为了尽量单相瓦特计带来的误差，在测量时，每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。

3. 计算误差
室温为15℃左右，采用的各参数取值为：
水的物性：密度ρ水=1000kg/m3
重力常数：g=9.8m/s2 π=3.14
与其真实值有微小差异，但是对最终结果影响较小，可以忽略。

4. 偶然误差
实验过程中，真空表与压力表示数略微有波动，无法精确读数，可能引入误差。还有其他一些不确定因素也可能导致引入偶然误差。

八、思考题
1. 为什么流量越大，入口真空表读数越大？出口处的压力表的读数越小？

答：对液面-入口进行机械能恒算

管路中流量增大，则流速u增大，而液面处压强不变，两处高度z不变，阻力系数也不变，因此入口处压强p就会减小，导致入口处真空度变大。
而在泵功率一定时，出口与入口的压差一定，因此出口处压强也随着入口处压强的减小而减小，变现为压力表示数的下降。

2. 为什么在离心泵进口管下要安装底阀？

答：底阀是一个单向阀,只能进不能出。由于离心水泵没有抽真空的功能，而离心泵在水面超过叶轮才能工作，所以使前必须向水泵内灌水,安装的底阀是为了防止灌入的水漏掉。.

3. 离心泵为什么要拉下功率表开关，关闭出口阀后才启动？

答：离心泵启动时拉下功率表开关和关闭出口阀，常常是因为泵的功率偏小，如果不关阀门，直接打开功率表的话，泵的运行功率偏大，容易导致电流偏大而跳闸。所以，离心泵要拉下功率表开关，关闭出口阀后才启动

4. 什么情况下会出现“气蚀”和“气缚”现象？

答：泵会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，称为“气缚”现象。当泵建造地过高时，叶轮进口处的压强可能降至被输送液体的饱和蒸汽压，引起液体部分汽化，这种现象称为“气蚀”。

5. 流量调节阀可以安装在吸入管上吗？为什么？

答：流量调节阀不可以安装在吸入管上。因为，如果流量调节阀设在吸入管上可能引起离心泵空转或是产生空洞引起剧烈震动，从而损坏设备。