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北 京 化 工 大 學 化 工 原 理 實 驗 報 告 實驗名稱： 離心泵性能實驗 班 級： 化工13 姓 名： 學 號： 20130 序 號： 同 組 人： 實驗二：離心泵性能實驗 摘要：本實驗以水為介質(zhì)，使用離心泵性能實驗裝置，測定了不同流速下，離心泵的性能、孔板流量計的孔流系數(shù)以及管路的性能曲線。實驗驗證了離心泵的揚程He隨著流量的增大而減小，且呈2次方的關(guān)系；有效效率有一最大值，實際操作生產(chǎn)中可根據(jù)該值選取合適的工作范圍；泵的軸功率隨流量的增大而增大；當Re大于某值時，C0為一定值，使用該孔板流量計時，應使其在C0為定值的條件下。 關(guān)鍵詞：性能參數(shù)（） 離心泵特性曲線 管路特性曲線C0 一．目的及任務 1.了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法。 2.測定離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的特性曲線，并確定泵的最佳工作范圍。 3.熟悉孔板流量計的構(gòu)造，性能和安裝方法。 4.測定孔板流量計的孔流系數(shù)。 5.測定管路特性曲線。 二． 實驗原理 1.離心泵特性曲線測定 離心泵的性能參數(shù)取決于泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，葉輪形式及轉(zhuǎn)速。其中理論壓頭與流量的關(guān)系，可通過對泵內(nèi)液體質(zhì)點運動的理論分析得到，如圖1中的曲線。由于流體流經(jīng)泵時，不可避免的會遇到種種阻力，產(chǎn)生能量損失，諸如摩擦損失，環(huán)流損失等，因此通常采用實驗方法，直接測定參數(shù)間的關(guān)系，并將測出的He-Q,N-Q和η-Q三條曲線稱為離心泵的特性曲線。另外，根據(jù)此曲線也可以求出泵的最佳操作范圍，作為泵的選擇依據(jù)。 圖1.離心泵的理論壓頭與實際壓頭 （1）泵的揚程He He= 式中 H壓力表——泵出口處的壓力，mH2o； H真空表——泵入口處的真空度，mH2o； H0——壓力表和真空表測壓口之間的垂直距離，H0=0.2m。 （2）泵的有效功率和效率 由于泵在運轉(zhuǎn)過程中存在種種能量損失，使泵的實際壓頭和流量較理論值為低，而輸入泵的功率又比理論值為高，所以泵的總效率為 式中 Ne——泵的有效功率，kW； Q——流量，m3/s； He——揚程，m； ρ——流體密度，kg/ m3。 由泵軸輸入離心泵的功率N軸為 式中 N電——電機的輸入功率，kW； η電——電機效率，取0.9； η軸——傳動裝置的傳動效率，一般取1.0。 2、 孔板流量計孔流系數(shù)的測定 孔板流量計的結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2.孔板流量計構(gòu)造原理 在水平管路上裝有一塊孔板，其兩側(cè)接測壓管，分別與壓差傳感器的兩端相連?？装辶髁坑嬍抢昧黧w通過銳孔的節(jié)流作用，使流速增大，壓強減少，造成孔板前后壓強差，作為測量的依據(jù)。若管路直徑為d1，孔板銳孔直徑為d0，流體流經(jīng)孔板前后所形成縮脈的直徑為d2，流體密度為ρ，孔板前側(cè)壓導管截面處和縮脈截面處的速度和壓強分別為u1、u2與p1、p2，根據(jù)伯努利方程，不考慮能量損失，可得 或 由于縮脈的位置隨流速的變化而變化，故縮脈處截面積S2難以知道，孔口的面積為已知，且測壓口的位置在設備制成后也不改變，因此，可用孔板孔徑處的u0代替u2，考慮到流體因局部阻力而造成的能量損失，用校正系數(shù)C校正后，則有 對于不可壓縮流體，根據(jù)連續(xù)性方程有 經(jīng)過整理可得 令，則又可以簡化為 根據(jù)u0和S2，即可算出流體的體積流量Vs為 或 式中 Vs——流體的體積流量，m3/s； p——孔板壓差，Pa； S0——孔口面積，m3； ρ——流體的密度，kg/ m3； C0——孔流系數(shù)。 孔流系數(shù)的大小由孔板銳孔的形狀、測壓口的位置、孔徑與管徑比和雷諾數(shù)共同決定，具體數(shù)值由實驗測定。當d0/d1一定，雷諾數(shù)Re超過某個數(shù)值后，C0就接近于定值。通常工業(yè)上定型的孔板流量計都在C0為常數(shù)的流動條件下使用。 三．實驗裝置流程圖 圖3.離心泵性能實驗裝置和流程 1、 水箱 2、離心泵 3、渦輪流量計 4、管路切換閥 2、 5、孔板流量計 6、流量調(diào)節(jié)閥7、變頻儀 4． 操作要點 1.打開主管路的切換閥門，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥門6，按變頻儀7綠色按鈕啟動泵，固定轉(zhuǎn)速（頻率在50Hz），觀察泵出口壓力表讀數(shù)在0.2MPa左右時，即可開始試驗。 2.通過流量調(diào)節(jié)閥6，調(diào)節(jié)水流量，從0到最大（流量由渦輪流量計3測得），記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，完成離心泵特性曲線和孔板孔流系數(shù)實驗。 3.打開全部支路閥門，流量調(diào)節(jié)閥6開到最大，通過改變變頻儀頻率，實現(xiàn)調(diào)節(jié)水流量，完成管路特性曲線實驗。 4.每個實驗均測10組數(shù)據(jù)，完成實驗后，則可停泵（按變頻儀紅色按鈕停泵），關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥6，做好衛(wèi)生工作，同時記錄設備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號、額定流量、揚程、功率等）。 五．數(shù)據(jù)處理 1、離心泵特性曲線的測定： 實驗測得數(shù)據(jù)如下表： 序號 水流量 qv/m3?h-1 入口表壓 p1/mH2O 出口表壓 p2/mH2O 壓降 △p/KPa 水溫度t/℃ 電機功率P電/kW 1 7.18 -3.2 10.4 50.90 25.1 0.71 2 6.42 -2.6 12.1 40.60 25.5 0.68 3 5.73 -2.1 13.6 32.40 25.7 0.65 4 5.07 -1.7 14.9 25.30 25.8 0.62 5 4.33 -1.2 16.2 18.45 25.9 0.57 6 3.66 -0.8 17.2 13.12 26.0 0.55 7 2.96 -0.5 18.2 8.54 26.1 0.50 8 2.25 -0.2 19.1 4.90 26.2 0.45 9 1.54 0.1 20.0 2.26 26.3 0.42 10 0.75 0.3 20.8 0.64 26.6 0.38 11 0.00 0.4 21.6 0.04 26.5 0.35 表1 離心泵特性曲線的測定數(shù)據(jù) 經(jīng)過計算機數(shù)據(jù)處理得到下表： 序號 揚程He/m 軸功率 /kW 有效功率 Ne/kW 效 率η 1 13.8 0.639 0.269 42.10 2 14.9 0.612 0.260 42.48 3 15.9 0.585 0.247 42.22 4 16.8 0.558 0.231 41.40 5 17.6 0.513 0.207 40.35 6 18.2 0.495 0.181 36.57 7 18.9 0.45 0.152 33.78 8 19.5 0.405 0.119 29.38 9 20.1 0.378 0.084 22.22 10 20.7 0.342 0.042 12.28 11 21.4 0.315 0.000 0.00 表2 離心泵特性曲線的數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理實例，以第六組數(shù)據(jù)為例，因為溫度變化引起的密度變化相對較小，故取密度為近似定值ρ=996.7kg/m3 do=18mm d1=33*3mm 所測數(shù)據(jù)： Q=3.66m3?h-1 p1=.-0.8 mH2O p2=17.2 mH2O N電=0.55kW 流量Q=3.66m3?h-1 有效功率 軸功率 效率 2. 孔板孔流系數(shù)實驗 經(jīng)計算機處理得下表 序號 雷諾數(shù)Re 孔流系數(shù)Co 1 107347 0.776 2 95985 0.777 3 85668 0.776 4 75801 0.777 5 64737 0.777 6 54720 0.779 7 44255 0.781 8 33639 0.784 9 23024 0.790 10 11213 0.723 11 0 0.000 表3孔板流量計的的數(shù)據(jù)處理 以第六組數(shù)據(jù)為例進行計算 Do=0.018m d=（33-32）/1000=0.027m 26C時水的粘度μ=0.8737mPas 孔流系數(shù) 雷諾數(shù) 3、管路特性曲線的測定： 序號 頻率Hz 流量qv/m3?h-1 入口表壓 p1/mH2O 出口表壓 p2/mH2O 壓頭H/m 1 50.00 2.95 -0.5 18.2 18.9 2 45.08 2.69 -0.4 14.9 15.5 3 40.08 2.42 -0.3 11.8 12.3 4 35.08 2.14 -0.1 9.1 9.4 5 30.08 1.83 0.0 6.7 6.9 6 25.08 1.52 0.1 4.7 4.8 7 20.08 1.21 0.2 3.1 3.1 8 15.08 0.88 0.3 1.8 1.7 9 10.08 0.59 0.3 0.9 0.8 10 5.08 0.23 0.4 0.4 0.2 表4.管路特性曲線的實驗數(shù)據(jù) 以表4第一組數(shù)據(jù)為例，計算如下： H= 六．實驗結(jié)果及討論 1、 離心泵及管路的特性曲線 （效率縱坐標另畫） 圖4.泵及管路的特性曲線 2、 C0-Re曲線 圖5 孔流系數(shù)C0與雷諾數(shù)Re的關(guān)系 結(jié)論： （1）隨著流體流量的增大，離心泵的揚程逐漸減小，且減小的越來越快，軸功率增大； （2）分析泵的效率曲線可知，隨著流體流量的增大，離心泵的效率先增大，后減小，存在極值，最大效率在42.48%附近，此時流量為6.42m3?h-1。 （3）由泵的軸功率曲線，可以觀察出，在流量為0時，仍有一定的功率存在，并且隨著流量的增加迅速增加。所以在啟動泵時，應該關(guān)閉出口閥，避免啟動時軸功率過大對電機造成損傷。 （4）從上圖分析，在完全湍流區(qū)，孔流系數(shù)C0隨雷諾數(shù)Re的變化不大，幾近趨于平穩(wěn)。所以在完全湍流區(qū)可視為孔流系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)。據(jù)曲線的變化趨勢，穩(wěn)定時的C0約為0.777。 （5） 由管路特性曲線可以看出，隨流體流量的增加，管路的壓頭有遞增的趨勢 七．思考題 1.根據(jù)泵的工作原理，在啟動前為何要關(guān)閉調(diào)節(jié)閥6？ 答： 離心泵啟動流量最小時，啟動電流最小，有利于降低泵啟動電流，而漩渦泵屬于容積式泵，若啟動時出口閥沒有關(guān)閉，泵出口壓力會很高，嚴重時回打壞選渦輪泵的葉輪。 2、當改變流量調(diào)節(jié)閥開度時，壓力表和真空表的讀數(shù)按什么規(guī)律變化？ 答：當改變流量調(diào)節(jié)閥開度，流量增加，由柏努力方程可推知，壓力表和真空表的讀數(shù)都逐漸減小。 3、用孔板流量計測流量時，應根據(jù)什么選擇孔口尺寸和壓差計的量程？ 答：應根據(jù)測量所要求的精度值和能量損失的要求，以及使孔流系數(shù)C0不隨雷諾數(shù)Re改變這三個方面來選擇孔口尺寸和壓差計的量程。 4、試分析氣縛現(xiàn)象與汽蝕現(xiàn)象的區(qū)別。 答：泵在運轉(zhuǎn)時，吸入管路和泵的軸心常處于負壓狀態(tài)，若管路及軸封密封不良，則因漏入空氣而使泵內(nèi)流體的平均密度下降。若平均密度下降嚴重，泵將無法吸上液體，此成為氣縛現(xiàn)象；而汽蝕現(xiàn)象是指泵的安裝位置過高，使葉輪進口處的壓強降至液體的飽和蒸汽壓，引起液體部分氣化的現(xiàn)象，汽蝕現(xiàn)象會使泵體振動并發(fā)生噪聲，流量、揚程和效率都明顯下降，嚴重時甚至吸不上液體還會對金屬材料發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，在這種情況下導致葉片過早損壞。 5.根據(jù)什么條件來選擇離心泵？ a．先根據(jù)所輸送的液體及操作條件來確定泵的類型； b．根據(jù)所要求的流量與壓頭確定泵的型號； c．若被輸送的液體的粘度與密度與水相差較大時，應核算泵的特性參數(shù)：流量、壓頭和軸功率。 八、參考資料： 1、楊祖榮主編．化工原理實驗．北京：化學工業(yè)出版社，2003 2、丁忠偉，劉麗英，劉偉．化工原理．北京：化學工業(yè)出版社，2014