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离心泵与管路实验
离心泵与管路实验
实验报告
2013年9月
离心泵与管路综合实验
一、实验目的
1、掌握管路中管件、阀门的种类、规格、连接方法；
2、熟悉管路与机泵拆装常用工具的种类及使用方法；
3、熟悉管件的种类及在管路中的作用；
4、掌握构建功能合理单泵、双泵串联的连接方法；
5、掌握离心泵特性曲线测定方法，并以此调试实验装置；
6、通过实验了解水在管路中直管和阀门的能量损失。
二、实验原理
1、离心泵的特性曲线
离心泵是化工生产中应用最广的一种流体输送设备。
它的主要特性参数包括：
流量Q，扬程He，功率N，和效率η。
这些特性参数之间是相互联系的，在一定转速下，He、N、η都随着输液量Q变化而变化；离心泵的压头He、轴功率N、效率η与流量Q之间的对应关系，若以曲线H~Q、N~Q、η~Q表示，则称为离心泵的特性曲线，可由实验测定。
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。
离心泵在出厂前均由制造厂提供该泵的特性曲线，供用户选用。
泵的生产部门所提供的离心泵的特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以常温的清水为介质测定。
在实际生产中，所输送的液体多种多样，其无论性质（如密度、粘度等）各异，泵的性能亦将发生变化，厂家提供的特性曲线将不再适用，如泵的轴功率随液体密度变化而改变，随粘度变化，泵的压头、效率、轴功率等均发生变化。
此外，若改变泵的转速或叶轮直径，泵的性能也会发生变化。
因此，用户在使用时要根据介质的不同，重新校正其特性曲线后选用。
2、曲线的测定
1）流量Q的测定
转速一定，用泵出口阀调节流量，管路中流过的液体量通过转子流量计测定流量
2）扬程（压头）He的测定
根据泵进出口管上安装的真空表和压力表读数可计算出扬程：
He=h0+
式中：
、
—分别为泵出口压力表和入口真空表测得的读数Pa；
ρ—输送液体密度，kg/
；
h0—两测压口间的垂直距离，m。
3）功率N的测定
由功率表直接测定电机功率N（Kw）；
4）效率η的测定
Ne=HeQρg
η泵=Ne/N轴×100%
其中：
He—扬程，m；
Ne—离心泵有效功率，Kw。
Q—泵的流量，m3/s；
ρ—流体密度，Kg/m3；
N轴—泵的轴功率。
3、离心泵的工作点与调节
1）管路特性曲线与泵的工作点：
当离心泵安装在特定的管路系统中时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是相互制约的，对一特定的管路系统，可得出：
He=K+BQ2
其中：
操作条件一定时，K为常数。
由上式看出，在固定管路中输送流体时，管路所输送的流体的压头He随被输送流体的流量Q的平方而变（湍流状态），该关系画在相应坐标纸上，即为管路特性曲线，该线的形状取决于系数K、B，即取决于操作条件和管路的几何条件，与泵的性能无关。
将离心泵的特性曲线H~Q与其所在管路的特性曲线绘于同一坐标图上，两线交点M称为泵在该管路上的工作点，该点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又为离心泵所能提供。
4、离心泵串并联操作
在实际生产中，当单台离心泵不能满足输送任务要求时，可采用几台离心泵加以组合。
离心泵的组合方式原则上有两种：
串联和并联。
并联操作：
设将两台型号相同的离心泵并联操作，而且各自的吸入管路相同，则两台泵的流量和压头必相同，也就是说具有相同的管路特性曲线和单台泵的特性曲线。
在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍，但由于流量增大使管路流动阻力增加，因此两台泵并联后的总流量必低于原单台泵流量的两倍。
由此可见，并联的台数越多，流量增加得越少，所以三台泵以上的泵并联操作，一般无实际意义。
串联操作：
将两台型号相同的泵串联工作时，每台泵的压头和流量也是相同的。
因此，在同一流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍，但实际操作中两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。
应当注意，串联操作时，最后一台泵所受的压力最大，如串联泵组台数过多，可能会导致最后一台泵因强度不够而受损坏。
三、实验主要使用管件
①用于管子相互连接的管件有：
法兰、活接、管箍、卡套、喉箍等。
②改变管子方向的管件：
弯头（不同角度）、弯管
③改变管子管径的管件：
变径（异径管）、异径弯管、支架台、补强管
④增加管路分支的管件：
三通、四通、五通
⑤用于管路密封的管件：
垫片、生料带、线麻、法兰盲板、管赌、封头、焊接堵头。
⑥常见管路连接方式：
螺纹连接、法兰连接、焊接、填料密封挤压、热胀、管件连接、快速接头连接等方式。
⑦常见的阀门：
截止阀、球阀、闸阀
⑧管路的材料：
镀锌钢管、钢管、不锈钢管、PPR管、PVC管、胶管等。
四、实验过程
1、认识了解管路、管件、工具等的使用方法，安装实验支架及面板、设计单泵特性曲线的装置图
高1m宽0.6m面板的位置可以稍微低点，距桌面约10cm.
固定支架用到14套螺钉（不包括桌面钻孔固定用到的螺钉）
2、单泵特性曲线的测定
（1）单泵组件：
设备及仪表：
泵1个转子流量计1个真空表1个压强表1个
水桶1个钢尺1把
阀门和管件：
快接三通2个快接直通1个四分补芯1个四分外丝转快接4个球阀1个止回阀1个
管道：
Φ16软管6cmΦ14蛇皮管15cmΦ12软管1mΦ12硬管1m
（2）单泵实验组装图
（3）实验数据结果
流量计读数
（L/h）
压力表
（MPa）
真空表
（MPa）
功率表
（W）
压头He
（m）
效率η%
1
16
0.021
0
15.40
2.36
67
2
40
0.020
0
15.42
2.26
69
3
60
0.019
0
15.57
2.16
72
4
80
0.018
0
15.65
2.05
76
5
100
0.017
0
15.72
1.95
79
6
120
0.016
0
15.87
1.85
81
7
140
0.015
0
16.00
1.75
83
8
160
0.014
0
16.10
1.65
86
单泵特性曲线图
（4）压头计算示例（第一组数据）：
∵进出口管路口径皆为0.78cm∴u1=u2=4Q/πd2
测得两测压口的垂直距离为Z2-Z1=0.22m
=0.22+=2.36m
则在流量为16L/h时，压头为2.36m。
效率计算示例：
η==67%
（5）单泵特性曲线图的实验结果分析
a.在实验中，可能由于电磁泵泵的功率较小，发现真空表的读数几乎为零，所以应选用功率较大的泵进行实验才能得到好的实验结果。
b.经过计算得到的泵的效率非常低，出现这种结果可能有两个原因，一是真空表的读数太小，无法读取。
二是忽略了管路阻力，导致结果出现偏差。
C．从图上可以看出，轴功率随流量增大二增大，压头随流量的增大而减小，这是符合理论的。
但是，效率随流量的增大也在增大，这与效率随流量的增大先增大，后减小的理论并不符合。
出现这种情况，可能是实验数据太少，没有完全反应效率的变化趋势。
d.接件过程中要注意将快接口扣紧，以免漏水。
同时给外丝和补芯缠生料带时，要顺着旋紧方向，防漏效果较好。
4.两泵串联
（1）串联泵组件：
设备及仪表：
泵2个转子流量计1个真空表1个玻璃管3根水桶1个钢尺1把
阀门和管件：
快接三通2个四分补芯1个四分外丝转快接4个球阀1个止回阀1个
管道：
Φ16软管6cmΦ14蛇皮管25cmΦ12软管1mΦ12硬管1.5m
（2）两泵串联装置图
（3）实验数据结果
流量计读数
（L/h）
压力表
（MPa）
真空表
（MPa）
功率表1
W
功率表2
W
压头（m）
1
16
0.045
0
15.60
15.30
4.59
2
40
0.042
0
15.70
15.23
4.50
3
60
0.040
0
15.79
15.19
4.30
4
80
0.038
0
15.92
15.29
4.09
5
100
0.035
0
15.98
15.25
3.79
6
120
0.031
0
15.75
15.40
3.38
7
140
0.030
0
15.82
15.50
3.29
8
160
0.028
0
16.00
15.78
3.07
（4）压头计算示例（第一组数据）：
（5）两泵串联实验结果分析
a.从图中观察发现，在相同的流量下，两泵串联的压头为单泵的两倍，这与理论是符合的。
b.真空表的读数与单泵时一样，任然为零。
5.两泵并联
（1）并联泵组件：
设备及仪表：
泵2个转子流量计1个真空表1个玻璃管3根水桶1个钢尺1把
阀门和管件：
快接三通2个四分补芯1个四分外丝转快接4个球阀1个止回阀1个快接五通1个死堵一个
管道：
Φ16软管6cmΦ14蛇皮管25cmΦ12软管1mΦ12硬管1.5m
（2）两泵并联装置图
（3）实验数据结果
两泵并联
流量（L/h）
压力表1（Mpa）
压力表2（Mpa）
功率表1
（w）
功率表2
（w）
真空表（Mpa）
压头（m）
30
0.021
0.021
15.45
15.42
0
2.36
73
0.020
0.020
15.64
15.61
0
2.26
112
0.020
0.019
15.82
15.78
0
2.16
147
0.019
0.018
15.97
15.94
0
2.05
160
0.018
0.017
16.01
15.98
0
1.95
（4）压头计算过程同上单泵
（5）两泵并联实验结果分析
a.从上图中可以发现，当压头相同时，两泵并联的流量几乎是单泵的两倍，这与理论也是相符的。
但在流量逐渐增大时，实验误差也逐渐增大了，在压头为1.95m时，两泵并联只有单泵的1.6倍。
b.真空表依旧为零，导致实验存在较大误差。
6.直管能量损失
（1）组件
设备及仪表：
泵1个转子流量计1个真空表1个玻璃管2根水桶1个钢尺1把
阀门和管件：
快接三通2个快接直通1个四分补芯1个四分外丝转快接4个球阀1个止回阀1个
管道：
Φ16软管6cmΦ14蛇皮管15cmΦ12软管1mΦ12硬管1m直管160cm
（
2）直管能量损失装置图
（1）实验数据结果
直管能量损失
流量（L/h）
玻璃管1高度（mm）
玻璃管2高度（mm）
（J/Kg）
摩擦系数λ
40
47
20
0.265
0.0438
48
104
70
0.334
0.0418
60
180
127
0.520
0.0417
80
395
295
0.981
0.0441
100
647
495
1.491
0.0430
120
910
705
2.011
0.0402
140
1205
960
2.403
0.0413
（4）和λ计算示例（以第一组数据为例）
根据伯努利方程
==0==0
=9.81×0.047-9.81×0.02=0.2649（J/Kg）
U=由
得=×2d==0.0437
（5）直管能量损失实验结果分析
a.该实验中采用直玻璃管测压强，减小了实验误差，得到较好的结果。
b．从图上可以看出，能量损失随流量的增大而增大，这与理论是符合的。
摩擦系数几乎不随流量的变化而发生变化，说明摩擦系数是直管本身性质，与流量的大小无关。
7.阀门能量损失
（1）组件
设备及仪表：
泵1个转子流量计1个真空表1个玻璃管2根
水桶1个钢尺1把
阀门和管件：
快接三通2个快接直通1个四分补芯1个四分外丝转快接4个球阀2个止回阀1个
管道：
Φ16软管6cmΦ14蛇皮管15cmΦ12软管1mΦ12硬管1m
（2）阀门能量损失装置图
（3）实验数据结果
阀门能量损失
流量（L/h）
玻璃管1高度（mm）
玻璃管2高度（mm）
（J/Kg）
阻力系数ξ
28
673
610
0.618
44.26
34
736
589
1.442
40.04
56
792
553
2.345
41.97
64
846
517
3.228
44.24
92
923
474
4.405
39.21
100
1016
425
5.798
32.55
112
1161
373
7.730
34.60
120
1305
356
9.339
36.41
（4）和ξ计算示例（以第一组数据为例）
和u的计算同直管能量损失。
由，得===44.26
（5）阀门能量损失实验结果分析
a.当将阀门固定在某一开度时，阀门的能量损失随流量的增大而增大。
阻力系数随流量稍有变化，但并无明显的趋势。
五、思考题
1、试分析实验数据，看一看，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增加，泵出口压强表读数是减少还是增加。
为什么?
答：
流量增大,是泵的入口真空度读数增大，是因为流量增大后吸入管的阻力增大；泵出口的压强表读数随着流量调节阀开度的增大而减小，因为阀门开度增加管路阻力减小。
2、离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节?
往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。
为什么?
答：
离心泵可以通过旁路调节，离心泵的流量随扬程（或压力）的增加而下降，关小阀门阻力上升，泵的扬程需增加，则流量下降，反之开大阀门流量增加；往复泵的排液能力和活塞位移有关，与管路特性无关，不能靠改变管路的阻力情况来改变流量，阻力增加仅仅是泄露大点，流量只有微小变化。
3、什么情况下会出现“汽蚀”现象?
答：
当泵的吸收高度过高，使泵内压力等等于或低于输送液体温度下的饱和蒸汽压时，液体气化，气泡形成，破裂等过程中引起的剥蚀现象，称为“汽蚀”现象。
5、管路特性曲线的形状与泵的性能有关吗?
它取决于哪些因素?
改变管路特性曲线的方法有哪些?
答：
管路特性曲线的形状与泵的性能无关，它取决于管路阻力，可以通过调解阀门大小，管路局部阻力加以改变。
6、为什么离心泵启动时要关闭出口阀？
答：
因为当压力（扬程）很低时，其流量会很大，这从泵的特性曲线上可以看出。
而泵的功率与流量成正比，泵起动时，管道内没有压力，则造成泵的流量很大，则泵的功率很大，加上电机、泵的转动部分从静止到高速运转，需要很大的加速度，这样势必造成起动电流很大，因此采取关闭出口阀门的方法，使泵在起动时不输出水量，使泵的功率最小，当泵达到额定转速后，慢慢开启出口阀，逐渐增加水流量，使电机电流逐渐增加到额定电流。
另一方面，泵进口管道上的水开泵之前是静止的，如突然加速，后面的水跟不上，会使进口压力突降，使水汽化，而使离心泵抽空。
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