北京化工大学离心泵性能实验报告.docx

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北京化工大学离心泵性能实验报告

报告题目：

离心泵性能试验

实验时间：

2015年12月16日

报告人：

同组人：

报告摘要

本实验以水为工作流体，使用了额定扬程He为20m，转速为2900r/minIS型号的离心泵实验装置。

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，流量通过计量槽和秒表测量。

实验中直接测量量有P真空表、P压力表、电机功率N电、孔板压差ΔP、计量槽水位上升高度ΔL、时间t,根据上述测量量来计算泵的扬程He、泵的有效功率Ne、轴功率

N轴及效率η,从而绘制He-Q、Ne-Q和η-Q三条曲线即泵的特性曲线图,并根据此图求出泵的最佳操作范围；又由P、Q求出孔流系数C0、Re，从而绘制C0-Re曲线图，求出孔板孔流系数C0；最后绘制管路特性曲线H-Q曲线图。

本实验数据由EXCEL处理，所有图形的绘制由ORIGIN来完成

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。

基本理论

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4-3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小，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，根据此曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。

泵的扬程用下式计算：

式中：

——泵出口处的压力，

；

——泵入口处的真空度，

；

——压力表和真空表测压口之间的垂直距离0.2m。

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：

式中Ne——泵的有效效率，kW；

Q——流量，m3/s；

He——扬程，m；

——流体密度，kg/m3

为由泵输入离心泵的功率：

式中：

——电机的输入功率，kW；

——电机效率，取0.9；

——传动装置的效率，一般取1.0；

2.孔板流量计孔流系数的测定

孔板流量计的结构如图4-4所示。

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，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为

，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：

或

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即可算出体积流量：

或

式中：

——流体的体积流量，m3/s；

——孔板压差，Pa；

——孔口面积，m2；

——流体的密度，kg/m3；

——孔流系数。

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。

具体数值由实验确定。

当

一定，雷诺数Re超过某个数值后，

就接近于定值。

通常工业上定型的孔板流量计都在

为常数的流动条件下使用。

实验装置流程图

图4-5所示为泵性能实验带控制点的工艺流程。

实验操作要点

1、打开主管路的切换阀门，关闭流量调节阀门6，按变频仪7绿色按钮启动泵，固定转速（频率在50Hz），观察泵出口压力表读数在0.2MPa左右时，即可开始实验。

2、通过流量调节阀6，调节水流量，从0到最大（流量由涡轮流量计3测得），记录相关数据，完成离心泵特性曲线和孔板孔流系数实验。

3、打开全部支路阀门，流量调节阀6使流量固定在6，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验一。

4、将频率调回50Hz，流量调节阀6使流量固定在4，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验二。

5、将频率调回50Hz，流量调节阀6使流量固定在2，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验三。

6、每个实验均测10-12组数据，实验完后再测几组验证数据，若基本吻合，则可停泵（按变频仪红色按钮停泵），关闭流量调节阀6，做好卫生工作，同时记录设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等）。

实验数据整理

离心泵性能实验：

离心泵型号

WB-70/055

转速

2900r/min

入口直径

42mm

出口直径

27mm

水流量/（m3/h）

出口表压/m（H2O）

入口表压/m（H2O）

电机功率/kW

0.54

21.10

0.30

0.34

1.42

20.10

0.10

0.39

2.28

19.00

-0.30

0.45

3.16

17.90

-0.70

0.50

4.09

16.50

-1.20

0.55

5.00

15.00

-1.80

0.60

5.79

13.30

-2.30

0.63

6.14

12.60

-2.50

0.63

6.60

11.60

-2.90

0.67

6.80

11.10

-3.10

0.66

7.14

10.30

-3.30

0.68

入口流速/m*s-1

流速出口/m*s-1

水温度℃

密度/kg*m-3

0.11

0.26

24.70

994.53

0.28

0.69

24.40

994.60

0.46

1.11

24.30

994.63

0.63

1.53

24.40

994.60

0.82

1.99

24.60

994.55

1.00

2.43

24.70

994.53

1.16

2.81

24.80

994.50

1.23

2.98

25.80

994.25

1.32

3.20

25.00

994.45

1.36

3.30

25.90

994.23

1.43

3.47

25.50

994.33

扬程/m

轴功率/kW

有效功率/kW

效率

21.00

0.31

0.03

0.10

20.22

0.35

0.08

0.22

19.55

0.41

0.12

0.30

18.90

0.45

0.16

0.36

18.07

0.50

0.20

0.40

17.25

0.54

0.23

0.43

16.13

0.57

0.25

0.45

15.68

0.57

0.26

0.46

15.13

0.60

0.27

0.45

14.86

0.59

0.27

0.46

14.31

0.61

0.28

0.45

以第一组数据为例：

已知流量和出入口直径，可得到入口流苏0.11m/s，出口流速0.26m/s。

经过插入法计算，在温度为24.70℃时，水的密度为994.53kg/m3。

He=p2-p1+H0+（u22-u12）/2g

=21m

N轴=0.9N电

=0.31kW

Ne=（Q/3600*He*ρ）/102

=0.03kW

η=Ne/N轴

=0.1

作图可得（去除坏点第九组数据）:

孔板流量计：

管路直径

26mm

孔口直径

18mm

水流量/（m3/h）

孔板压降/kPa

水温度℃

密度/kg*m-3

0.54

0.25

24.70

994.525

1.42

1.88

24.40

994.600

2.28

5.00

24.30

994.625

3.16

9.68

24.40

994.600

4.09

16.34

24.60

994.550

5.00

24.30

24.70

994.525

5.79

33.30

24.80

994.500

6.14

37.28

25.80

994.250

6.60

42.88

25.00

994.450

6.80

45.82

25.90

994.225

7.14

50.21

25.50

994.325

粘度/Pa*s*10-5

体积流量/m3*s-1

Re

孔流系数

90.90

0.00015

8041

0.83

91.51

0.00039

21005

0.80

91.72

0.00063

33652

0.79

91.51

0.00088

46743

0.78

91.10

0.00114

60768

0.78

90.90

0.00139

74454

0.78

90.69

0.00161

86409

0.77

88.65

0.00171

93721

0.77

90.29

0.00183

98939

0.78

88.45

0.00189

104032

0.77

88.45

0.00198

108245

0.78

以第一组数据为例：

可以算出S0=0.00025m2

用插入法可以算出，在24.7℃时，水的密度为994.53kg/m3，粘度为90.9*10-5Pa*s。

Re=duρ/μ

=8041

C0=Vs/S0/（2Δp/ρ）0.5

=0.83

作图可得（去除坏点第八组数据）：

管路特性实验

大流量：

入口直径

42mm

出口直径

27mm

频率/Hz

流量/（m3/h）

水温度/℃

出口表压/m

入口表压/m

入口流速/m*s-1

出口流速/m*s-1

密度/kg*m-3

H/m

50.00

6.00

26.40

11.90

-2.40

1.20

2.91

994.10

14.86

47.00

5.65

26.60

11.40

-2.20

1.13

2.74

994.05

14.12

44.00

5.29

26.60

10.10

-1.90

1.06

2.57

994.05

12.48

41.00

4.92

26.60

8.80

-1.60

0.99

2.39

994.05

10.84

38.00

4.56

26.70

7.50

-1.40

0.91

2.21

994.03

9.31

35.00

4.20

26.70

6.50

-1.20

0.84

2.04

994.03

8.08

32.00

3.83

26.70

5.40

-1.00

0.77

1.86

994.03

6.75

29.00

3.46

26.70

4.50

-0.80

0.69

1.68

994.03

5.62

26.00

3.08

26.70

3.60

-0.60

0.62

1.50

994.03

4.49

23.00

2.71

26.70

2.80

-0.40

0.54

1.32

994.03

3.47

中流量：

频率/Hz

流量/（m3/h）

水温度/℃

出口表压/m

入口表压/m

入口流速/m*s-1

出口流速/m*s-1

密度/kg*m-3

H/m

50.00

4.00

26.90

16.60

-1.10

0.80

1.94

993.98

18.06

47.00

3.77

27.00

14.70

-1.00

0.76

1.83

993.95

16.04

44.00

3.55

27.00

11.90

-0.80

0.71

1.72

993.95

13.03

41.00

3.33

27.00

11.30

-0.70

0.67

1.62

993.95

12.31

38.00

3.10

27.00

9.70

-0.60

0.62

1.50

993.95

10.60

35.00

2.86

27.00

8.30

-0.50

0.57

1.39

993.95

9.08

32.00

2.61

27.00

6.90

-0.40

0.52

1.27

993.95

7.57

29.00

2.36

27.00

5.70

-0.20

0.47

1.15

993.95

6.16

26.00

2.11

27.10

4.60

-0.10

0.42

1.02

993.93

4.94

23.00

1.86

27.10

3.60

-0.10

0.37

0.90

993.93

3.93

小流量：

频率/Hz

流量/（m3/h）

水温度/℃

出口表压/m

入口表压/m

入口流速/m*s-1

出口流速/m*s-1

密度/kg*m-3

H/m

50.00

2.00

27.20

19.40

-0.10

0.40

0.97

993.90

19.74

47.00

1.89

27.20

17.20

-0.10

0.38

0.92

993.90

17.54

44.00

1.80

27.20

15.10

0.00

0.36

0.87

993.90

15.33

41.00

1.68

27.20

13.10

0.00

0.34

0.82

993.90

13.33

38.00

1.58

27.20

11.30

0.10

0.32

0.77

993.90

11.42

35.00

1.46

27.20

9.70

0.10

0.29

0.71

993.90

9.82

32.00

1.33

27.20

8.70

0.10

0.27

0.65

993.90

8.82

29.00

1.21

27.20

6.70

0.20

0.24

0.59

993.90

6.71

26.00

1.08

27.20

5.40

0.20

0.22

0.52

993.90

5.41

23.00

0.93

27.20

4.30

0.20

0.19

0.45

993.90

4.31

以小流量第一组数据为例：

用插入法可以算出，在27.2℃时，水的密度为993.90kg/m3。

H=P2-P1+H0+（u22-u12）/2g

=19.74m

作图可得：

实验结果及结论

1.由图1可知，在恒定转速下,泵的扬程随流量的增大而减小，泵的轴功率随流量的增大而增大，而泵的效率则存在最大值。

2.由图2可知，孔流系数Co在一定范围内是一定值,当雷诺数Re大于谋一值时Co不再改变,一般在0.6—0.7，本实验测定结果为0.78，较之略大。

由于误差的原因,实际测定Co-Re曲线并并不像理论曲线样随着Re的增大而减小然后趋于定值,而是有所波动。

3.由图3可知,随着流量Q的增加,单位重量流体所需补充的能量H而增大,不同开度时,在相同的转速（频率相同）时开度大的H小。

分析讨论

1、实验开始时，发现实验仪器主阀有漏水现象，在流量为范围时，管路中出现杂音，可能有进气，所以影响了实验数据的准确性。

2、实验的仪器使用时间过长，并且没有进行校准，所以造成的一定的实验误差。

3、实验操作时，因为阀门有漏水现象，使得阀门控制精准度较低，造成的认为误差会比较大。

思考题

2.当改变流量调节阀门开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？

答：

增大阀门开度时，压力表的读数和真空表读数均变小。

3．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？

答应根据管路流动的雷诺数Re和面积比m来选择

4.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。

“气蚀”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。

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。

解决方法石材用灌泵等方法将气体赶出来。