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离心泵性能实验

化工原理实验报告

院（部）： 化学工程学院
专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工1102
姓 名： 周辰光 学 号： 2011011048
同组人员： 杨瑞、陈雷杰、赵翔宇
实验名称： 离心泵性能实验
实验日期： 2013.11.9

离心泵性能实验
摘要：我们在本次实验中测定泵的特性曲线和管路特性曲线，并且得到本次试验中的孔流系数。在泵的特性曲线中我们可以看到H--q曲线是下降的曲线，即随流量q的增大，扬程He逐渐减小；离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点；当流量为零时，轴功率最小；效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。孔流系数C0在一定范围内是一定值。泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点，转速变小时，H—q曲线变陡，工作点往上移，流量变小；转速变大时，H—q曲线变得平坦，工作点下移，流量变大。

关键词: 离心泵 特性曲线 孔流系数

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。

二、基本原理
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，不可避免地会遇到各种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头笑，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，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。另外，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。

图1.离心泵的理论压头与实际压头
(1)泵的扬程He
(1)
式中：H真空表——泵出口的压力，mH2O；，
H压力表——泵入口的压力，mH2O；
H0——两测压口间的垂直距离，H0= 0.20m 。
——离心泵进出口流速的平方差，
(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高，所以泵的总效率为
(2) (3)
式中 Ne——泵的有效效率，kW；
q——流量，m3/s；
He——扬程，m；
Ρ——流体密度，kg/ m3
由泵输入离心泵的功率N轴为
N轴 = N电•η电•η传 (4)
式中：N电——电机的输入功率，kW
η电——电机效率，取0.9；
η传——传动装置的效率，取1.0；

2. 孔板流量计空留系数的测定

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，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径d1，孔板锐孔直径d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为d2，流体密度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和p1、p2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得：
(5)
或 (6)
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后则有
(7)
对于不可压缩流体，根据连续性方程有 (8)
经过整理后，可得： (9)
令，则可简化为： (10)
根据u0和S2，可算出体积流量Q为
或 (11)
式中：q——流体的体积流量，m3/s；
△p——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的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺数共同决定。当d0/d1一定，雷诺数Re超过某个数值后，C0就接近定值，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、装置和流程
图3.实验装置图
TI001——水温度，PI001——进口真空表，PI002——出口压力表，PI003——压差计
装置参数：
离心泵型号：WB70/055，工作状态：50Hz
管路直径：；
孔板流量计孔径：
离心泵进水管路：
离心泵出口管路：

四、操作要点
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运转正常。打开电机电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，可切断电源，准备在实验中使用。
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），灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀后，即可启动离心泵，开始实验。
3. 实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，并用计量槽计量液体流量。
测取10组数据并验证其中几组数据，若基本吻合后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据。
4. 测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测取8-10组数据，并记录。
5. 实验完毕，停泵，记录相关数据，清理现场。
五、数据记录和数据处理
l 水温T=17.5℃，水密度ρ=998.2 kg/ m3，粘度μ=1.005mp·s
l 管道Ф48×3mm，孔板锐孔直径d0=24.2mm
原始数据：
利用装置，分别调节不同流量，测得离心泵进出口压力，水温，离心泵电机输入功率和孔板流量计两侧压差得到下表1：
次数
流量（）
压力表（）
真空表（）
（）
T℃
（）
1
7.14
10.6
-3.1
61.37
20.7
0.78
2
6.59
12.0
-2.6
51.60
21.1
0.76
3
5.98
13.3
-2.2
43.08
21.3
0.74
4
5.39
14.5
-1.8
34.72
21.5
0.70
5
4.80
15.6
-1.4
27.60
21.7
0.67
6
4.19
16.7
-1.0
20.72
21.8
0.64
7
3.56
17.7
-0.6
14.80
22.0
0.60
8
3.00
18.5
-0.3
10.48
22.1
0.56
9
2.41
19.2
-0.1
6.58
22.4
0.53
10
1.80
19.5
0.2
3.70
22.5
0.48
11
1.21
20.4
0.3
1.60
22.7
0.45
12
0.59
21.1
0.4
0.37
23.0
0.42
13
0.00
21.9
0.5
0.01
23.0
0.42
表1.离心泵特性曲线绘制原始数据表

组1
组2
组3
流量
压力表（）
真空表（）
流量
压力表（）
真空表（）
流量
压力表（）
真空表（）
2.32
19.3
-0.1
4.15
16.7
-1.0
6.02
13.1
-2.2
2.10
15.7
0.0
3.70
13.1
-0.7
5.44
10.7
-1.8
1.88
12.3
0.1
3.27
10.2
-0.5
4.85
8.5
-1.3
1.67
9.6
0.2
2.76
7.3
-0.2
4.26
6.6
-1.0
1.44
7.2
0.3
2.26
5.0
0.0
3.64
4.9
-0.6
1.19
5.1
0.3
1.75
3.0
0.2
3.02
3.5
-0.3
0.95
3.3
0.4
1.24
1.6
0.3
2.41
2.3
0.0
0.63
1.6
0.4
0.84
0.9
0.4
1.78
1.4
0.2
表2.管路特性曲线绘制原始数据

数据处理：
利用表1中的原始数据和式（1）求得各流量下的扬程，利用式（3），求得各流量下的泵的有效功率，利用式（2），式（4）求得各流量下的泵的总功率得到如下表3：
流量

总效率
7.14
14.4
0.2801
39.91%
6.59
15.2
0.2734
39.97%
5.98
16.1
0.2615
39.26%
5.39
16.8
0.2464
39.12%
4.80
17.4
0.2278
37.78%
4.19
18.1
0.2062
35.81%
3.56
18.6
0.1806
33.44%
3.00
19.1
0.1560
30.94%
2.41
19.6
0.1284
26.91%
1.80
19.5
0.0957
22.16%
1.21
20.3
0.0669
16.53%
0.59
20.9
0.0336
8.89%
0.00
21.6
0.0000
0.00%
表3.泵特性曲线离散数据
对表3中的数据进行绘图得到实验中泵的特性曲线图为图4所示：

图4.泵特性曲线图
利用式1对表2数据进行处理，求得各个阀门开度下流量与扬程的关系如下表3：
流量

流量

流量

2.32
19.65354
4.15
18.07133
6.02
15.86051
2.10
15.94387
3.70
14.13619
5.44
12.99439
1.88
12.43516
3.27
11.00637
4.85
10.234
1.67
9.627743
2.76
7.775778
4.26
7.980529
1.44
7.120628
2.26
5.250809
3.64
5.831804
1.19
5.014087
1.75
3.030465
3.02
4.090728
0.95
3.108978
1.24
1.515296
2.41
2.557778
0.63
1.403948
0.84
0.707019
1.78
1.431519
表4.管路特性曲线离散数据

利用origin对表4进行作图得

图5.管路特性曲线图
附录给出了各个温度下水的粘度，利用线性插值求得表1中各个水温下水的粘度，并利用雷诺数公式
（12）
以及式（11）对表1数据处理，求得实验管路中各个雷诺数Re对应下的孔板流量计孔流系数得到如下表5：

流量

水粘度（）
Re

7.14
20.7
0.988125
94652.08
0.703506
6.59
21.1
0.97869
88203.15
0.708122
5.98
21.3
0.97407
80418.3
0.703252
5.39
21.5
0.96945
72829.48
0.706068
4.80
21.7
0.96483
65167.98
0.705236
4.19
21.8
0.96252
57022.74
0.710504
3.56
22.0
0.9579
48682.59
0.714277
3.00
22.1
0.95569
41119.52
0.7153
2.41
22.4
0.94906
33263.45
0.72519
1.80
22.5
0.94685
24902.05
0.722303
1.21
22.7
0.94243
16818.22
0.738368
0.59
23.0
0.9358
8258.722
0.748684
表5.孔板系数与雷诺数关系

对其中雷诺数与孔流系数作图得图6：

图6.孔流系数与雷诺数Re的关系图

六、实验结论及误差分析

1.离心泵特性曲线
分析图一可得出如下结论：
（1）He—q曲线是下降的曲线，即随流量q的增大，扬程He逐渐减小。
（2）离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点。当流量为零时，轴功率最小。因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动。
（3）效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。即离心泵在一定转速下有一定的最高效率点，称为离心泵的设计点，本实验约为40%。

2.管路特性曲线
分析图5可得出如下结论：
（1）泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点；
（2）转速变小时，He—q曲线变陡，工作点往上移，流量变小；
（3）转速变大时，He—q曲线变平缓，工作点往下移，流量变大。

3.孔板流量计孔流系数的测定
分析图6可得出如下结论：
当雷诺数较小时，孔流系数随雷诺数的增大而减小；当雷诺数达到某一个临界值时，孔流系数Co基本是一常数。

4.误差分析
由图6知，实验测得的C0值在雷诺数达到界定值后并不是一条严格的水平线，可能原因有：
（1）孔板流量计锐孔前后的压降不稳定，实验读取的只是诸多变数中的一个；
（2）数据有波动，读取不准确；
（3）数据处理过程中，数据取舍造成误差。

（速变大时坦，工作点下移，流量变大增大而减小，；值
七、思考题
1.根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵，在启动前为何要关闭调节阀？
答：在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内，出现气缚现象，因此离心泵启动前要灌泵；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。

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：随着流量的增加，压力表和真空表的示数均减小。其中真空表为负值，其数值增加。其中压力表减小幅度较小，真空表减小幅度大。

3.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。
答：“气蚀 ”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。解决方法是：①、选择足够的气蚀余量；②、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。
“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。解决方法是用灌泵等方法将气体赶出来。

4.根据什么条件选择离心泵？
答：主要根据流量、扬程、液体性质等选择离心泵，还要考虑泵的吸程是否足够。