离心泵性能实验.docx
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离心泵性能实验
离心泵性能实验
一、离心泵特性曲线的测定
（一）实验目的
1、熟悉离心泵的构造和操作
2、测定单级离心泵在一定转速下的特性曲线。
（二）基本原理
在生产上选用一台即满足生产任务又经济合理的离心泵，总是根据生产要求（压头和流量），参照泵的性能来决定。
泵的性能，即在一定转速下，离心泵的压头H，轴功率N及效率η均随实际流量Q的大小而改变，通常用水做实验测出H~Q，N~Q，η~Q之间的关系，称为特性曲线，特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。
如果在泵的操作中，测得其流量Q、进出口压力和泵所消耗的功率（即轴功率），则可求得其特性曲线。
泵的压头为：
（4-4）
式中：
H2—泵出口处的压力表读数，以m水柱（真空度）表示；
H1—泵入口处的真空表读数，以m水柱（真空度）表示；
h0—压力表和真空表测接头之间的垂直距离，m;
u2—压出管内水的流速，m/s;
u1—吸入管内水的流速，m/s;
g—重力加速度，9.81m/s2
轴功率N，就是泵从电机接受到的实际功率，在本实验中不直接测量轴功率，而是用瓦特计测得电机的输入功率，再由下式求得轴功率。
N=N电·η电·η传
式中：
N电—电动机的输入功率，kW；
η电—电动机的效率，由电动机效率曲线求得，无因次；
η传—联轴节或其他装置的传动效率，无因次，联轴节取η=1。
泵的效率即为有效功率与其轴功率之比，由下式求得：
η=
（4-5）
式中：
Q—泵的流量，m3/s;
H—泵的压头，m;
ρ—水的密度，kg/m3；
N—泵的轴功率，kW
（三）实验装置
本实验用B12-5离心泵进行实验，其装置如图4-7所示。
离心泵用三相电动机带动，将水从水槽中吸入，然后由压出管排至水槽。
在吸入管内进口处装有滤水器。
以免污物进入水泵，滤水器上带有单向阀，以便在起动前可使泵内灌满水。
在泵的吸入口和压出口处，分别装有真空表和压力表，以测量水的进出口处的压力，泵的出口管线装有文氏流量计，用来计量水的流量，并装有阀门，用来调节水的流量或管内压力，另用三相瓦特计测量电动机输入功率。
（四）实验方法
1、了解设备，熟悉流程及所用仪表，特别是瓦特表，要阅读使用说明。
2、检查轴承润滑情况，用手转动联轴节视其是否转动灵活。
3、旋开加水漏斗，向泵内灌水至满，然后关闭漏斗。
4、充满水后，关闭泵的出口阀门，此时U形压差计的平衡夹和放气夹都要打开。
上述工作准备妥当，经指导教师同意，可接通电源起动电动机，使泵运转，在运转中要注意安全，防止触电及注意电机是否过热、有噪声或其他故障，如有不正常现象，应立即停车，与指导教师讨论其原因及处理办法。
图4-7离心泵性能实验装置流程图
1、离心泵；2、电动机；3、加水漏斗；4、压力表；5、调节阀；
6、文丘里流量计；7、U形水银压差计；8、放气夹；9、平衡夹；
10、压出管；11、真空表；12、吸入管；13、水箱；14、带单向阀的滤水器。
5、慢慢开启出口阀，使压差计测压接头处保持正压，让水流经测压导管，以排出测压管中的空气，排气结束关闭U形压差计上的放气夹，再关平衡夹，关闭出口阀。
检查压差计读数应为零，否则应重新排气。
6、用出口阀调节流量，从零到最大或反之，取8~10组数据，数据取完后，关闭出口阀，检查U形压差计读数应回零，否则说明实验过程中有漏气现象，应查找原因，并考虑是否重做实验。
7、实验结束后，停电动机，打开U形压差计上部的平衡夹和放气夹。
（五）数据处理
在方格坐标纸上作泵的特性曲线，并根据所得曲线标示适宜操作区。
离心泵性能实验
姓名同组者班级实验日期
数据记录
水泵型式：
型；转数转/分
序号
压差计高差mmHg
流量m3/s
压力表
真空表
压头H
m
瓦特读数计kw
有效功率
kw
效率η
左
右
差
kg/cm2
H2O
mmHg
mH2O
（六）讨论
1、为什么流量越大，入口处真空表的读数越大，出口处压力表的读数越小？
2、你对离心泵的操作如先充液，封闭起动，选在高效区操作如何理解？
二、离心泵综合实验
离心泵综合实验台是一种多功能实验装置，其结构示意图如图所示。
图综合实验台结构示意图
1-泵I2-泵II3-泵II上水阀4-泵I上水阀5-蓄水箱6-计量水箱
7-孔板流量计8-真空表9-真空压力表10-串联阀11-泵I出水阀
12，13-压力表14-泵II出水阀15-电机榆入功率表16-回水阀
17-计量水箱支架18-蓄水箱排气阀19-蓄水箱放水阀20-实验台基架
21-计量水箱放水阀
实验台主要由泵Ⅰ（测泵特性及串并联实验用）、泵Ⅱ（作泵的串并联实验和汽蚀现象演示实验用）、水箱5、孔板流量计7、计管道及其它阀门等组成。
实验台可以用来进空压力表9、压力表12、13、电功率表15、管道及其它阀门组成。
实验台可以用来进行1）离心泵特性曲线测定实验；2）离心泵并、串联实验；3）离心泵汽蚀现象演示实验。
在进行泵的特性曲线测定实验时，利用各相应阀门的开、闭和调节，形成泵Ⅰ单泵工作回路，在一定流量下测定一组相应的压力表、真空表及流量计的压差计读数（或利用计量水箱和秒表来测量泵的流量），以及利用电功率表15测出相应工况下的电机输入功率Nm。
为了测试方便，我们将电机的Nm乘以电机的效率ηm，可得到电机的轴功率N（即泵的输入功率，亦称泵的实用功率N）。
由此，在多个工况下可得到多组泵的流量Q、扬程H、实用功率N等数据。
最后可以绘出泵的H—Q，N—Q和η—Q等特性曲线。
在进行泵的串并联实验时，利用相应阀门的开、闭和调节，形成两个泵的串联或并联回路，测定串并联时的运行特性。
在进行泵的汽蚀现象演示实验时，利用相应阀门的开、闭和调节，形成泵2的单泵工作回路，并使水箱成为基本封闭的容器，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，压力表13的指针发生颤动或急剧下降。
（一）离心泵特性曲线测定实验
1、实验目的
学习离心泵特性曲线（Q—H曲线，Q—N曲线和Q—η曲线）的测定方法。
2、实验装置
泵的特性曲线测定实验可以使用离心泵综合实验台。
实验时涉及到的装置为泵I的运行系统及其扬程、流量和轴功率的测试系统。
3、实验原理和方法
利用泵I相应阀门的开、闭和调节，形成泵I的单泵工作回路，在泵I出流阀门11的一定开度下，测量一组相应的压力表12、真空压力表9和孔板流量计7的压差计（图中未示出）的读数（或利用计量水箱和秒表来测量相应的流量），由此测得这个工况下泵的扬程H和流量Q；并利用电功率表15读出电机的输入功率Nm，由此可得出泵的相应实用功率N。
在多个工况（阀门11的不同开度）下分别测得每个工况的流量Q、扬程H和实用功率N等数据，从而可经计算并绘制出泵的Q—H、Q—N和Q—η等特性曲线。
1）扬程H的测试和计算：
式中：
M1——压力表12读数，MPa
M2——真空压力表9读数，MPa
均换算成水柱高，m
h0——压力表12与真空压力表9接出点之间的高度，（m）
1，
2——泵的进出口流速
一般，进口和出口的管径相同，d2=d1,
1=
2所以
由此：
H=M1+M2+h0
2）流量Q的测试和计算
i）利用孔板流量计测量
（m3/s）
式中：
h——流量计压差计压差读数；（m）；
（m2.5/s）
C0——流量系数（排出系数）
d2——孔径d1——管径
流量系数C0需要经过实验来标定。
C0值与直径比d2/d1有关，并与雷诺数有关。
由实验知，当流过孔口的雷诺数Re=d2u2ρ/μ大于3000以后，C0值即不随d2/d1而变，C0取其值等于0.61。
这种情况下：
（m2/s）
ii）利用计量水箱实测流量
在工况的流量稳定时，利用计量水箱测定一定时间τ间隔内泵出流的容积V，即可计算出泵的体积流量
（m3/s）
3）泵的实用功率（即泵的输入功率）N和泵效率η的测试和计算。
离心泵综合实验台的实验泵I在运行时的实用功率N的测定，是通过电功率表测定泵的驱动电机的输入电功率Nm，再将此Nm乘以电机效率ηm，即得出泵的实用功率N（也即是电机的输出功率）：
N=ηm·Nm（kW）
而泵在一定的工况下的效率η：
式中：
ρ——流体密度kg/m3
Q——泵的流量（m3/s）
H——泵的扬程（m）
N——在此工况下的实用功率
4、实验步骤
1）实验前准备
i）记录下实验台的一些参数，h0、K和C0（本实验台的C0可取为0.61）。
ii）将蓄水箱充满水。
iii）关闭阀门3，10，14，打开阀门4，11，16。
2）进行实验
i）开动泵I，使泵I系统运转，此时关闭阀门11，为空载状态，测读压力表12读数M1，真空压力表9读数M2。
ii）略开阀门11，水泵开始出水，再测读M1、M2、孔板流量计压差值h（或利用计量水箱和秒表测出在此工况下的流量Q）和电功率表读数Nm。
iii）逐次调节阀门11，增加出水开度，重复上述步骤测读各相应工况的M1、M2、h和Nm。
实验数据可记录在如下的表格中。
IV）结束实验
No
M1
（MPa）
M2
（MPa）
H
（M1+M2+h0）
（m）
Nm
（kW）
N
（kW）
h
（m）
Q
（m3/s）
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
h0=（m）流量计系数K=（m2.5/s）C0=
5、实验数据处理
根据上表的实验记录和计算的数据，即可在座标系中点出各工况的实验点，最后，可光滑地绘制出实验泵的Q-H，Q-N和Q-η等特性曲线（可在一个图上绘出）。
（二）离心泵并、串联实验
1、实验目的
1）增进对离心泵并、串联运行工况及其特点的感性认识。
2）绘制泵并、串工作的并、串联总特性曲线。
2、实验装置
本实验可使用离心泵综合实验台。
其结构及工作原理同前。
3、实验原理和方法
1）泵的并联工作
当用单泵不能满足工作需要的流量时，可采用两台泵（或两台以上）的并联工作方式，如图所示。
离心泵I和泵II并联后，在同一扬程（压头）下，其流量Q并是这两台泵的流量之和，Q并=QI+QⅡ。
并联后的系统特性曲线，就是在各相同扬程下，将两台泵特性曲线
和
上的对应的流量相加，得到并联后的各相应合成流量Q并，最后绘出
曲线如图所示。
图中两根虚线为两台泵各自的特性曲线
和
；实线为并联后的总特性曲线
，根据以上所述，在
曲线上任一点M，其相应的流量QM是对应具有相同扬程的两台泵相应流量QA和QB之和，即QM=QA+QB。
图泵的并联工作
图两台性能曲线不同的泵的并联特性曲线
上面所述的是两台性能不同的泵的并联。
在工程实际中，普遍遇到的情况是用同型号、同性能泵的并联，如图所示。
和
特性曲线相同，在图上彼此重合，并联后的总特性曲线为
。
本实验台就是两台相同性能的泵的并联。
进行教学实验时，可以分别测绘出单台泵I和泵II工作时的特性曲线
和
，把它们合成为两台泵并联的总性能曲线
。
再将两台泵并联运行，测出并联工况下的某些实际工作点与总性能曲线上相应点相比较。
2）泵的串联工作
当单台泵工作不能提供所需要的压头（扬程）时，可用两台泵（或两台上）的串联方式工作。
离心泵串联后，通过每台泵的流量Q是相同的，而合成压头是两台泵的压头之和。
串联后的系统总特性曲线，是在同一流量下把两台泵对应扬程叠加起来就可得出泵串联的相应合成压头，从而可绘制出串联系统的总特性曲线
如图所示。
串联特性曲线
上的任一点M的压头HM，为对应于相同流量QM的两台单泵I和II的压头HA和HB之和，即HM=HA+HB。
教学实验时，可以分别测绘出单台泵泵I和泵II的特性曲线
和
，并将它们合成为两台泵串联的总性能曲线
，再将两台泵串联运行，测出串联工况下的某些实际工作点与总性能曲线的相应点相比较。
图两台性能曲线相同的泵并联的特性曲线
特性曲线
图两台泵的串联的特性曲线
4、实验步骤
1）两台泵的并联实验
i）单台泵I特性曲线
的测试。
（从略，可参看离心泵特性曲线测定实验的步骤）。
ii）单台泵II特性曲线
的测试。
（与上类同，只是所用阀门、压力表不尽相同）。
iii）两台泵并联工况下某些工作点的测定
①开启阀门3，4，11，14，并闭阀门10。
②接通电源，起动泵I和泵Ⅱ。
③调节阀门11和14，使压力表12和13都指示在某一相同的扬程HI=HⅡ=H并，此时，记下孔板流量计的相应压差值，由此测得一个工况下的H并和Q并。
④按上述的③的方法，再测试出几个不同并联工况下的H并和Q并，即改变H并，，测出相应的Q并。
⑤实验结束，关闭电源。
2）两台泵的串联实验
i）单泵I和泵Ⅱ特性曲线
和
（的测试。
（与上面相同，从略）
ii）两台泵串联工况下某些工作点的测定；
①开启阀门3，关闭阀门10，11，4，14；
②接通电源，首先启动泵II，待其运行正常后，打开串联阀门10，再启动泵I，待泵I又运行正常后，最后打开泵II的出口阀门11；
③调节阀门11到一定开度，即调到某一扬程H串和流量Q串的工况，在此工况下测读压力表12和13的扬程值，并测得孔板流量计的压值h，计算出Q串。
④按上述③的方法，再测试出几个不同串联工况下的H串和Q串。
5、实验数据记录和处理
次序
1
2
3
4
5
6
7
8
泵I
H（m）
Q（m3/h）
泵II
H（m）
Q（m3/h）
并联
H（m）
Q（m3/h）
串联
H（m）
Q（m3/h）
将实验中所测得的数据H、Q记入记录表中，并以Q为横座标，H为纵座标，由实验数据在座标系中绘出一系列实验点，再将这些点光滑地分别连成单泵I和II的
和
特性曲线，再分别合成为并联和串联的总特性曲线
和
如图所示。
最后，再把并联和串联工况下实际测出的一些工作点在合成的总特性曲线周围标出，以示比较。
图实验结果的Q-H图
（三）泵的汽蚀现象演示实验
1、实验目的
了解泵在运行时可能发生的汽蚀现象，增加学生对这方面的感性认识。
2、实验装置
利用离心泵综合实验台中的泵II运行系统来进行。
3、实验原理
对于泵的运行来说，在转速和流量为定值时，泵的汽蚀余量是不变的，而利用本实验装置可以人为地使其汽蚀余量固定的流量情况下可以变化。
它是采用抽真空的办法来改变装置的汽蚀余量（泵的蓄水箱可以使其成为密封的水箱，水箱中水被泵抽出而产生真空，其真空度可以用阀门21调节回水量来改变），直到达到汽蚀的临界状态而开始发生汽蚀。
4、实验步骤
1）实验前准备
i）将水箱5注满水直至排气阀18溢水为止；
ii）关闭阀门4，10，11，16；打开阀门14，21。
2进行演示
i）启动泵II，即打开阀门3；
ii）调节阀门14到一定的流量Q；
iii）在此流量下将阀门21由开启向关闭方向逐步调节，使水箱内的真空度逐渐增大，同时观察流量计读数△h，真空压力表8读数Hs和压力表13读数H。
继续调节阀门21，直至观察到压力表13的指针发生颤动或急剧下降为止，此时流量也急剧减小，甚至直到流量为零，即发生了汽蚀。
编者按：
大地涵藏万物，孕育生命，被誉为人类的母亲。
但是，近年来，伴随我国工业化的快速发展，大地不断遭到各种污染的伤害。
仅仅因土壤污染防治不足、环境监管乏力，导致的食品药品安全事件就频频发生，2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故。
目前我国大地污染现状严峻，成因十分复杂，形成令人扼腕的“大地之殇”。
《经济参考报》以此为主题，探寻大地污染背后所触及的我国农业、工业、城市化进程中关于生存与发展的一系列深层矛盾与两难抉择，并以“大地之殇”系列报道的形式在“深度”版推出，敬请关注。
大地之殇一·黑土地之悲
占全国粮食总产五分之一的东北黑土区是我国最重要的商品粮基地，但一个并不为多数人了解的严峻事实是，支撑粮食产量的黑土层却在过去半个多世纪里减少了50%，并在继续变薄，几百年才形成一厘米的黑土层正以每年近一厘米的速度消失。
照此速度，部分黑土层或将在几十年后消失殆尽，东北这一中国最大粮仓的产能也将遭受无法挽回的损失。
□记者孙彬管建涛连振祥吉哲鹏娄辰李松
南京哈尔滨兰州昆明济南重庆报道
毒土：
GDP至上的恶果
当前，我国土壤污染出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。
日益加剧的污染趋势可能还要持续30年
“目前，我国土壤污染呈日趋加剧的态势，防治形势十分严峻。
”多年来，中国土壤学会副理事长、中国农业科学院研究员张维理教授一直关注我国土壤污染问题“我国土壤污染呈现一种十分复杂的特点，呈现新老污染物并存、无机有机污染混合的局面。
”
“现在我国土壤污染比各国都要严重，日益加剧的污染趋势可能还要持续30年。
”中国土壤学专家，南京农业大学教授潘根兴告诉《经济参考报》记者，这些污染包括随经济发展日益普遍的重金属污染、以点状为主的化工污染、塑料电子废弃物污染及农业污染等。
国土资源部统计表明，目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。
环保部南京环科所研究员单艳红说，华南部分城市约有一半的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类有机物污染；长三角有的城市连片的农田受多种重金属污染，致使10%的土壤基本丧失生产力，成为“毒土”。
农药化肥污染同样严重。
张维理说，我国农药使用量达130万吨，是世界平均水平的2.5倍。
黑龙江农业监测站杜桂德站长说：
“目前，农药和化肥的实际利用率不到30%，其余70%以上都污染环境了。
”云南农业大学测算，每年大量使用的农药仅有0.1%左右可以作用于目标病虫，99.9%的农药则进入生态系统，造成大量土壤重金属、激素的有机污染。
“不仅污染加重，而且还在转移扩散。
”潘根兴说，当前，我国土壤污染还出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。
2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起。
其中浏阳镉污染事件不仅污染了厂区周边的农田和林地，还造成2人死亡，500余人镉超标。
频繁爆发的污染事故损失惨重，不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而土壤污染修复所需的费用更是天价。
常州农药厂土壤修复需2亿元，无锡胡埭电镀厂重金属铬污染修复费用890万元，苏州化工厂需数亿至数十亿元。
每年因土壤污染致粮食减产100亿公斤
污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。
潘根兴教授说“许多土壤污染地区已超过土壤的自净能力，没有外来的治理干预，千百年后土壤也无法自净，有的地块永远都无法自净，甚至出现环境报复。
”
一是生态关系失衡，引起生态环境恶化。
中国科学院地理科学与资源研究所在长江三角洲等地调查的主要农产品，农药残留超标率高达16%以上，致使稻田生物多样性不断减少，系统稳定性不断降低。
“吃土吐土，净化土壤，作为土壤的‘义工’，蚯蚓的存在是土壤重要的环境指标，对土壤具有重大意义。
”令潘根兴教授忧心的是，现在，土壤中的蚯蚓、土鳖及各种有益菌等大量消失，农作物害虫的天敌青蛙的数量大减，自然生态面临危机。
云南农业大学副教授周江鸿等人在湖北、安徽等地的农田里发现，杀虫剂的使用对稻田节肢动物物种有损害作用，使得稻田天敌和害虫的平衡关系被打破。
二是土壤质量下降，使农作物减产降质。
重金属污染的增加，农药、化肥的大量使用，造成土壤有机质含量下降，土壤板结，导致农产品产量与品质下降。
农业部全国农技推广中心高级农艺师陈志群认为，由于农药、化肥和工业导致的土壤污染，我国粮食每年因此减产100亿公斤。
环保部门估算，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。
三是重金属病开始出现，人们身体健康和农业可持续发展构成严重威胁。
汞、镉、铅、铬、砷五种重金属被称为重金属的“五毒”，对人有致命的危害。
苏州环境科学研究所所长杨积德说“这些污染严重影响儿童发育，使人致病、致癌，危及人体生命健康。
”上世纪70年代，日本曾出现“痛痛病”，是镉对人类生活环境的污染而引起的，影响面很广，受害者众多，所以被公认为是“公害病”。
潘根兴教授在全国各地市场上进行的调查也显示，约有10%的大米存在重金属镉超标。
他说：
“这些镉米对自产自食的农民来说无疑是致命的风险。
”令人担忧的是，一些“痛痛病”初期症状已开始在我国南方部分地区出现“土壤污染导致的疾病将严重威胁人类健康和农业可持续发展，最终危害中华民族的子孙未来。
”
“宁愿毒死也要GDP”？
产业模式亟待反思
土壤污染如隐形“杀手”，难以察觉却可能直接危害人体健康，特别是重金属在蔬菜、粮食中的累积，将处于食物链顶端的人类置于危险境地，甚至产生环境报复。
“土壤污染的加剧原因有天灾，但更多是人祸，不科学的发展是环境恶化的主要原因。
”南京农业大学教授潘根兴认为，土壤污染主要一来自矿山采冶、工业“三废”、污灌、固废堆放等，基本上都属于人为因素，表明近年来的产业发展模式亟待反思。
当前，令人忧心的是各地以追求GDP为核心的政绩观，不科学的产业发展模式和大量违法排污、超量排污。
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