泵的特性曲線.doc

北 京 化 工 大 學(xué)化 工 原 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 實(shí)驗(yàn)名稱： 泵的特性曲線 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 同 組 人： 實(shí)驗(yàn)日期： 2015-12-7 摘要 本實(shí)驗(yàn)以水為介質(zhì)，使用UPRS型離心泵性能實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)定了不同流速下，離心泵的性能、孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)以及管路的性能曲線。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了離心泵的揚(yáng)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(shí)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(dāng)Re大于某值時(shí)，Co為一定值，使用該孔板流量計(jì)時(shí)，應(yīng)使其在Co為定值的條件下。關(guān)鍵詞：性能參數(shù)（Q, H, , N） 離心泵特性曲線 管路特性曲線Co一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作過(guò)程和調(diào)節(jié)方法。 2、測(cè)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(jì)的構(gòu)造、性能和安裝方法。 4、測(cè)定孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)。 5、測(cè)定管路特性曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理1，離心泵特性曲線測(cè)定 離心泵的性能取決于泵的內(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(guò)泵內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的理論分析得到，如圖中的曲線。由于流體流經(jīng)泵時(shí)，不可避免的會(huì)遇到種種損失，產(chǎn)生能量損失和摩擦損失、環(huán)流損失等，因此，實(shí)際壓頭比理論壓頭小，且難以通過(guò)計(jì)算求得，因此通常采用實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定其參數(shù)間的關(guān)系，并將測(cè)出的HeQ，NQ，和Q三條曲線稱為離心泵的特性曲線，根據(jù)此曲線也可求出泵的最佳操作范圍，作為選泵的依據(jù)。 1 泵的揚(yáng)程He He=H 壓力表+Hz真空表+H0式中 H壓力表-泵出口處的壓力，m; H真空表-泵入口處的真空度，m; H0-壓力表和真空表測(cè)壓口之間的垂直距離，H0=0.2m。 在計(jì)算中： 圖1離心泵工作點(diǎn)原理圖式中 p壓力表泵出口處的表壓，Pa；（實(shí)驗(yàn)讀取的數(shù)據(jù)單位為kPa） p真空表泵入口處的真空度，Pa；(實(shí)驗(yàn)讀取的數(shù)據(jù)單位為kPa） H0兩個(gè)壓力表之間的垂直距離，H0=0.2m。2 泵的有效功率和效率 由于泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在種種能量損失，使泵的實(shí)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; N-泵的軸功率，kw； He-揚(yáng)程，m； -流體密度，kg/m3。由泵軸輸入的離心泵的功率N軸為: N軸=N電電 轉(zhuǎn)式中 N電-電機(jī)的輸入功率，kW； 電-電機(jī)效率，取0.9； 轉(zhuǎn)-傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率，一般取1.0。 2、孔板流量計(jì)孔流系數(shù)的測(cè)定 圖2孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 在水平管路上裝有一塊孔板，其兩側(cè)接測(cè)壓管，分別與壓差傳感器的兩端連接，孔板流量計(jì)是利用流體通過(guò)銳孔的節(jié)流作用，使流速增大，壓強(qiáng)減小，造成孔板前后的壓強(qiáng)差，作為測(cè)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)孔板后形成的縮脈的直徑為d2,流體密度為，孔板前測(cè)壓導(dǎo)管截面處和縮脈截面處的速度和壓強(qiáng)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 由于縮脈位置隨流速變化而變化，縮脈處截面積S2難以知道，孔口的面積已知，且測(cè)壓口的位置在設(shè)備制成后不再改變，因此可用以孔板孔徑處u0代替u2，考慮到流體因局部阻力造成的能量損失，用校正系數(shù)C校正后，有：對(duì)不可壓縮流體，根據(jù)連續(xù)性方程有：整理得令，則可簡(jiǎn)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，m2； 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(cè)壓頭的位置、孔徑與管徑比和雷諾數(shù)共同決定，具體數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。當(dāng)d0/d1一定時(shí)，雷諾數(shù)Re超過(guò)某個(gè)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(jì)都在C0為常數(shù)的流動(dòng)條件下使用。3、管路的特性曲線 離心泵工作在工作點(diǎn)上時(shí)，有又 測(cè)定不同頻率下，H與的值，即可畫出管路特性曲線。三、裝置和流程 1、 水箱 2、離心泵 3、渦輪流量計(jì) 4、管路切換閥2、 5、孔板流量計(jì) 6、流量調(diào)節(jié)閥7、變頻儀水溫度/ ；水流量/m3h-1；壓降/電功率/；出口表壓/；入口表壓/實(shí)驗(yàn)介質(zhì)：水（循環(huán)使用）。研究對(duì)象：粵華型WB70/055型單級(jí)離心泵；孔板流量計(jì)：銳孔直徑d=18.0mm，管道直徑d=26.0mm。儀器儀表：渦輪流量計(jì)，LWGY-25型，0.610m3h-1,精確度等級(jí)0.5；溫度計(jì)，Pt100,0200，精度等級(jí)0.2；壓差傳感器，WNK3051型，-20100kPa，精確度等級(jí)0.2，測(cè)勢(shì)能差；顯示儀表：AI-708等，精度等級(jí)0.1；變頻儀：西門子MM420型；天平，0.01g；量筒等?？刂葡到y(tǒng)：控制電柜+電腦+數(shù)據(jù)采集軟件，需380VAC+220VAC四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)流量調(diào)節(jié)閥，打開(kāi)除層流管以外的主管路切換閥，按電柜和變頻儀綠色按鈕啟動(dòng)水泵 （本實(shí)驗(yàn)泵處于水槽下方，故無(wú)需灌泵）；2. 固定轉(zhuǎn)速（50或40Hz），通過(guò)調(diào)節(jié)閥改變水量從0到最大（流量梯度參照老師所給預(yù)習(xí)材料，以下同），記錄數(shù)據(jù)完成泵性能實(shí)驗(yàn)；3. 固定調(diào)節(jié)閥開(kāi)度（全開(kāi)、0.75開(kāi)度、0.5開(kāi)度），通過(guò)變頻儀調(diào)節(jié)水流量從較大（變頻儀50Hz）到0.15m3/h左右，完成管路實(shí)驗(yàn)；4. 調(diào)變頻儀為50Hz，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉孔板管路以外的主管路切換閥，開(kāi)孔板引壓閥和壓差傳感閥排氣，排氣完畢在關(guān)閉壓差傳感器排氣閥，手工記錄零點(diǎn)P0，最后通過(guò)調(diào)節(jié)閥改變水流量從0.6m3/h到最大，記錄數(shù)據(jù)完成孔板實(shí)驗(yàn)；5. 切換閥門形成泵并聯(lián)組合，頻率均為50Hz，通過(guò)閥門調(diào)節(jié)水流量從0到最大，兩組共同記錄相關(guān)數(shù)據(jù)（功率等于兩者之和，流量取平均值），完成并聯(lián)實(shí)驗(yàn)（性能與管路無(wú)關(guān)，可打開(kāi)層流管外單的主管路切換閥，實(shí)際操作打開(kāi)比較好）；（不做實(shí)驗(yàn)）6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，按變頻儀紅色按鈕停泵，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥、壓差傳感器排氣閥，做好衛(wèi)工作。注意事項(xiàng)： 1.泵實(shí)驗(yàn)通過(guò)閥門改變流量，管路實(shí)驗(yàn)通過(guò)變頻儀改變流量； 2.泵實(shí)驗(yàn)流量最小值等于0，管路實(shí)驗(yàn)兩最小值大于0； 3.任何時(shí)刻，流量調(diào)節(jié)閥全關(guān)或全開(kāi)后，反向旋轉(zhuǎn)1/4圈； 4.兩組泵實(shí)驗(yàn)和多組管路實(shí)驗(yàn)各記入軟件同一表格，孔板壓降波動(dòng)到平均時(shí)記錄； 5.以上實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)可以多做一些點(diǎn)，便于找到最高效值。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1 離心泵特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)水流量 qv/m3h-1出口表壓 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O電機(jī)功率P電/kW水溫度t/揚(yáng) 程 He/mH2O軸功率 Pa/kW效 率1021.80.40.4826.221.660.432020.4821.30.30.4926.221.550.4416.36985331.0220.70.20.5125.921.380.45912.9001741.4620.100.5425.821.250.48617.3295852.0319.3-0.20.5725.720.990.51322.5519962.5118.6-0.40.625.620.780.5426.2248173.0218-0.70.6325.520.790.56730.0630683.5117.2-0.90.6625.520.480.59432.8639893.9716.5-1.20.6825.320.360.61235.86251104.515.6-1.60.7225.320.180.64838.05247114.9714.7-1.90.7425.219.860.66640.2493 參數(shù)：Z=0.2mH2O, d1=0.027m, d2=0.018m, t=25.7oC， =996.775kg/m3 表1：離心泵特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表計(jì)算過(guò)程如下：t=20oC時(shí)，=998.2kg/m3 , t=30oC時(shí)，=995.7kg/m3 ;內(nèi)插法得：t=（25.2+26.2)/2=25.7oC時(shí)，= 996.775kg/m3 以第二組數(shù)據(jù)為例： N軸 =N電電轉(zhuǎn) =0.48*0.9*1=0.432KW 作圖：特征曲線圖中結(jié)果分析：1， 由泵的特性曲線得，揚(yáng)程He隨著流量的增大而減小，且呈2次方的關(guān)系；由于儀器存在一定問(wèn)題，測(cè)量難免存在一定誤差。2， 分析效率曲線可知，該泵的最大效率為40%左右，此時(shí)的流量為4.97m3/h。3， 由泵的軸功率曲線，可以觀察出，在流量為0時(shí)，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(dòng)泵時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉出口閥，避免啟動(dòng)時(shí)軸功率過(guò)大對(duì)電機(jī)造成損傷。4， 泵的效率提高時(shí)，相應(yīng)的揚(yáng)程會(huì)減小，這是設(shè)備的固有矛盾，根據(jù)不同的工藝需求和生產(chǎn)任務(wù)，應(yīng)選擇合適的工作區(qū)間保證泵的高效運(yùn)作，必要時(shí)可以調(diào)節(jié)泵的工作曲線或更換離心泵。3、 管路特性曲線的測(cè)定：序號(hào)頻 率 /Hz水流量 /m3h-1 水溫度 t/出口表壓 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O出口流速u2/ms-1入口流速u1/ms-1需要能量H/mH2O1502.22619.1-0.32.4027331.0678813319.9003562452.022615.5-0.22.2061457540.9805092216.151048340.031.8625.912.4-0.12.0314015360.9028451312.910167434.981.6425.99.501.7911282360.796056999.86266865301.4125.97.10.11.5399334220.684414857.3201679624.991.1825.950.11.2887386090.572772725.1841531720.040.9625.93.30.21.0484653090.465984583.355225814.960.6525.91.90.30.7098983860.315510391.8259096910.040.4225.90.90.30.4587035730.203868250.81059241050.1625.90.40.40.1747442180.07766410.2012489參數(shù)：Z=0.2mH2O, d1=0.027m, d2=0.018m， T=25.9oC, =996.7kg/m3 計(jì)算過(guò)程如下：t=20oC時(shí)，=998.2kg/m3 , t=30oC時(shí)，=995.7kg/m3 ;內(nèi)插法得：t=（26.0+25.9)/2=25.95oC時(shí)，=996.7kg/m3 管路特性曲線圖中結(jié)果分析：1、管路的特性曲線為，由上圖可知H與Q成二次方關(guān)系（曲線為拋物線），該式成立；2、比較這條曲線，可得在同樣的頻率下，關(guān)小閥門，H增大；3、H隨流量的增加而增大，當(dāng)流量為0時(shí)，H為一定值，這是由管路的固有勢(shì)能損失決定的。六、思考題 1.根據(jù)泵的工作原理，在啟動(dòng)前為何要關(guān)閉調(diào)節(jié)閥6？ 答： 離心泵啟動(dòng)流量最小時(shí)，啟動(dòng)電流最小，有利于降低泵啟動(dòng)電流，而漩渦泵屬于容積式泵，若啟動(dòng)時(shí)出口閥沒(méi)有關(guān)閉，泵出口壓力會(huì)很高，嚴(yán)重時(shí)回打壞選渦輪泵的葉輪。 2、當(dāng)改變流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度時(shí)，壓力表和真空表的讀數(shù)按什么規(guī)律變化？ 答：當(dāng)改變流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)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(jì)測(cè)流量時(shí)，應(yīng)根據(jù)什么選擇孔口尺寸和壓差計(jì)的量程？ 答：應(yīng)根據(jù)測(cè)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(gè)方面來(lái)選擇孔口尺寸和壓差計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，吸入管路和泵的軸心常處于負(fù)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(yán)重，泵將無(wú)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(guò)高，使葉輪進(jìn)口處的壓強(qiáng)降至液體的飽和蒸汽壓