化工原理實驗1234.doc

化工原理實驗離心泵串,并聯(lián)組合操作特性研究報 告 人： 羅泓 學 號： 080300115 班 級： 生物科學與工程學院生物工程（1）班 同 組 人： _陳玉書,陳潔,王茜,田麗娟_指 導 老 師： 李微 實 驗 日 期： 2005年4月21日 實驗任務書3離心泵串,并聯(lián)組合操作特性研究在實際生產中用一臺離心泵不能滿足流量的要求時,或需要對離心泵進行變頻調速控制以達到節(jié)能的效果時,常采用兩臺以上的泵組合操作.擬通過本實驗進行離心泵串,并聯(lián)組合操作特性的研究.任務要求(1) 通過實驗對IHG32-125管道泵的特性進行分析(2) 通過IHG32-125管道泵的組合操作實驗,對其串并聯(lián)操作特性曲線進行分析研究(包括特性曲線的特點,與單泵特性曲線的聯(lián)系,對管路流量的影響等)(3) 現(xiàn)需將20的清水從貯水池送至水塔已知塔內水面高于貯水池水面5m。水塔及貯水池水面恒定不變，均與大氣相同。輸送管為322mm的鋼管，總長為10m（100m）（包括局部阻力在內）。1) 若采用IHG32-20管道泵進行輸送，則流量為多少?泵在運行時消耗的功率,效率為多少?從經濟角度來考慮是否合理?2) 若要提高流量,采用那種方式更為合理?為什么?3) 通過實驗研究和本實例的分析,可以得到什么結論?離心泵特性曲線的測定及串、并聯(lián)優(yōu)化組合的研究摘要：通過實驗測定的離心泵特性數據，作出特性曲線圖。再利用最小二乘法一元線性回歸擬合曲線，比較離心泵串、并聯(lián)的工作特性，得出在不同管路特性曲線下，提高效率的最佳方法以及選擇泵流量調節(jié)的理論判據。關鍵詞：離心泵特性曲線、管路特定曲線、離心泵串、并聯(lián)組合操作前言: 離心泵是應用最廣泛的液體輸送機械。它具有性能適應范圍廣、體積小、結構簡單、操作容易、操作費用低等優(yōu)點。其泵的主要性能包括流量、揚程、軸功率、有效功率、效率、轉速等。每臺泵都有自己的特性曲線，而泵使用時，又總是安裝于某一特定的管路中，因此管路也有管路自己的特定曲線。通常所選離心泵的流量、壓頭可能會和管路的要求的不一致等原因而要對泵進行流量調節(jié)，實質是改變離心泵的工作點。離心泵的工作點是由泵的特性曲線和管路系統(tǒng)特性曲線共同決定的。掌握離心泵的工作原理、主要性能參數、特性曲線的測定及應用，離心泵工作點的選擇，流量調節(jié)等都是非常重要的。由于各種調節(jié)方式的原理不同，為了提高效率我們必須選擇一種最佳的流量調節(jié)方式，需要一個特定的判據來指導我們的組合選擇。1.實驗裝置及流程：離心泵實驗裝置流程見圖1。水箱內的清水，自泵的吸入口進入離心泵，在泵殼內獲得能量后，有出口排出，流經孔板流量計和流量調節(jié)閥后，返回水箱，循環(huán)利用。 圖1 離心泵實驗裝置i圖2 雙泵串聯(lián) 圖3 雙泵并聯(lián)2.實驗基本原理及計算公式2.1基本原理離心泵特性曲線：離心泵的主要性能參數有流量Q（也叫送液能力）、揚程H(也叫壓頭)、軸功率 N和效率。在一定的轉速下，離心泵的揚程H、軸功率N和效率均隨實際流速Q的大小而改變。通常用水經過實驗測出Q-H、Q-N及Q-之間的關系，并以三條曲線分別表示出來，這三條曲線就稱之為離心泵的特性曲線。泵的揚程可由進、出口間的能量衡算求得： 揚程 He=H壓力表H真空表+H0 H H2O m其中：分別為離心泵出口、進口的壓力 m 為兩測壓口間的垂直距離， 功率 N軸=N電機*電機*傳動 kw式中 N軸離心泵的軸功率，kw; N電機電機的輸入功率，kw; 電機電機效率，取0.9； 傳動連軸節(jié)傳動裝置的效率，取0.1Ne=QHe/102 kw 式中 Ne離心泵的有效功率，kw;Q離心泵的流量，m3/s;流體的密度，kg/m3效率 =Ne/N軸管路特性曲線：離心泵的特性曲線只是泵本身的特性，與管路狀況無關。而離心泵使用時總是安裝于某一特定的管路中，它提供了液體在管路中流動所需的機械能，因此離心泵的實際工作情況是由泵的特性和管路本身的特性共同決定的。管路特性曲線方程為：H=A+BQ2 A=Z+P/ 式中A管路兩端的總勢能差，m Z管路兩端的垂直距離，m P管路兩端壓差，Pa B管路特性曲線系數，s2/m5 Q管路流量，m3/sA由管路兩端實際條件決定。B由管路狀況決定，當液體處于高度湍流時，B為常數。若把離心泵的特性曲線與管路特性曲線標繪于同一坐標中，則兩曲線的交點即為離心泵在管路中的工作點。如圖示，上式即為管路特性曲線方程式，式中反映出:QHfHe。流量的計算：計算公式： 采用孔板流量計，其換算公式為： V=C1RC2 其中：V-流量m3/h R-孔板壓差，kpa C1,C2- 孔板流量計參數 C1=1。66,C2 =0。513、實驗步驟：1、檢查水箱內的水位，若先測定離心泵特性曲線，則先按下“離心泵”按鈕，再開啟離心泵。2、開啟流量調節(jié)閥，在恒定轉速下進行實驗，測取11組數據，為了保證實驗的完整性，應測取流量為零時的數據。3、測定管路特性曲線，將流量調節(jié)閥固定在某一開度，通過改變離心泵的電機頻率來改變流量，測取11組數據。在實驗過程中，變頻儀的最大輸出頻率最好不要超過50Hz，最小輸出功率不要低于20HZ，以免損壞離心泵和電機。4、進行泵的串聯(lián)實驗時，應在恒定的轉速下，測取15組數據，為了保證實驗的完整性，應測取流量為零時的數據。5、水的密度計算公式密度：式中：水的平均溫度 三,實驗數據處理與結果分析：表1 單泵特性曲線實驗原始數據序號孔板壓降Kpa溫度出口壓力m入口真空m輸入功率Kw1026.514.600.14210.1526.63.1-0.30.5838.4726.76.3-0.30.546.7526.77.6-0.30.4854.4826.89.5-0.20.4263.3726.910.4-0.20.472.3126.911.3-0.20.3981.2226.912.3-0.10.3790.742712.8-0.10.33表1 單泵特性曲線實驗原始數據流量Q（m3/h）揚程He（m）有效功率Ne(kw)軸功率N(kw)總效率(%)014.73800.12605.4125979612.9380.043158550.5228.267921424.935471266.1380.08221530.4518.2700674.3959527147.4380.088737320.43220.54104733.5666449229.4380.091353420.37824.1675723.08460343210.3380.086538350.3624.03843192.54419384611.2380.077591120.35122.10573091.83717954612.3380.061513320.33318.47246721.42369272312.8380.049599140.29716.7000481表2 單泵特性曲線處理數據計算舉例:(選取第八點)(1) 流量 = 1.66*1.220.51 =1.837179546 m3/h(2) 揚程He=出口壓力-入口真空+0.6-0.462=12.3-(-0.1)+0.6=12.338m(3) =-0.003589285t2-0.0872501t+1001.44 =996.4957298 kg/m3(4) 有效功率Ne=QH/102=1.837179546*12.338*996.4957298/102/3600=0.06151332kw(5) 軸功率N=輸入功率*電機*傳動 =0.37*0.9*1 =0.333kw(6) 總效率=Ne/N*100% =0.06151332/0.333*100% =18.4724672%圖1：單泵揚程與流量的關系圖QHe的關系 y=-0.2707Q2-0.4942Q+14.432、對兩個串聯(lián)泵的數據分析和處理孔板壓降水溫密度出口壓力入口真空電機頻率流量Q揚程He028996.18344.5050044.63822.9828.1996.15415.4-0.7508.6561864.83820.9528.6996.008811.3-0.6508.25737310.83819.0628.8995.950114.7-0.6507.86865914.23817.3229995.891218.1-0.5507.4937217.73814.7929.2995.831921.8-0.4506.9138821.53812.7429.4995.772425.1-0.4506.40729124.83810.8829.7995.682627.3-0.4505.91178727.0389.0429.8995.652528.9-0.3505.37878228.7386.4929.9995.622431.8-0.3504.54237431.6384.9330.2995.531534-0.2503.94811733.9383.430.3995.50136.3-0.2503.26657236.2382.1130.6995.409338.9-0.1502.56107438.9381.0630.6995.409340.4-0.1501.80278540.4380.5430.7995.378641.2-0.01501.27808241.328計算舉例：選取第二點(1)揚程He=出口壓力-入口真空+0.6-0.462 =5.4+0.7+0.6-0.462 =4.838m(2) 流量 =1.66*22.980.51 =8.656186 m3/h3、對兩個并聯(lián)泵的數據分析和處理孔板壓降水溫密度出口壓力電機頻率流量Q揚程He0.0430.2995.531521.6500.30792721.72562.8230.4995.470511.75013.1349111.82557.1630.6995.409312.55012.517412.62552.0830.7995.378613.35011.9371113.42547.4330.9995.316913.85011.381113.92537.131995.285914.75010.0410214.82537.1131.1995.254915.45010.042415.52532.1531.2995.223816509.3338216.12527.0631.3995.192716.7508.54838916.82521.3631.4995.161517.3507.57693817.42517.2431.5995.130218506.79252318.12511.7731.6995.098818.9505.59104719.0259.8931.7995.067319.2505.11619719.3257.9231.8995.035819.7504.5682219.8256.0331.9995.004220503.975220.1254.0231.9995.004220.4503.23260320.5252.0232994.972620.8502.27575920.925計算舉例：（選取第二點）(1)揚程He=出口壓力-入口真空+0.6-0.475 =11.7+0.6-0.475 =11.825m(2) 流量 =1.59*62.820.51 =8.656186 m3/h QHe的關系 單泵：y=-0.2707Q2-0.4942Q+14.43 并聯(lián)泵：y=-0.0343Q2-0.300065Q+21.839 串聯(lián)泵：y=-0.4274 Q2-0.3641Q+43.057四,操作要點：1、 檢查水箱內的水位，然后開啟離心泵；2、 開啟流量調節(jié)閥，在恒定的轉速下測10組數據。3、 進行串、并聯(lián)實驗，記錄相關數據孔板壓降，出口壓力，水溫，電機頻率等五、注意事項：1、 泵應當在流量調節(jié)閥關閉時開啟；2、 系統(tǒng)先排凈氣體，以使流體能夠連續(xù)流動；3、 為了避免傳感器進水而損壞，應緩慢打開流量調節(jié)閥。六誤差分析a) 雖然四組數據是同一型號的泵測得的，但是它們不是用同一套設備，所以其管路條件使其的誤差很大。b) 由于每個人在操作時的控制分寸不一樣，所以難免有很大的出入，使誤差增大。c) 另外還有在讀取實驗數據時，穩(wěn)定時間不夠，造成讀出的數值不準確，同樣也可以對揚程造成很大的影響。七,結果討論：(1) 通過實驗對IHG32-20管道泵的特性進行分析l、HeQ曲線表示泵的壓頭H在較大流量范圍內是隨流量增大而減小。離心泵都有這一重要特性，有的曲線形狀比較平坦，適用于流量變動范圍較大的場合；而比較陡峭的，說明流量稍有一點變化即會引起揚程的急劇變化。由實驗得出的數據圖可知IHG32-20管道泵的HeQ曲線比較陡峭，所適用與壓頭變動大而流量變動較小的場合。2、N軸Q曲線表示泵的軸功率N軸，由曲線看出，泵的軸功率N軸隨流量增大而增大，在流量為零時，軸功率最小。所以，泵在啟動時應將出口閥關閉，使泵在最低功率下啟動，以防止電機過載。4、 Q曲線表示泵的效率，當Q=0時，其值最小為0;隨著流量的增加，泵的效率也隨著增加，達到峰值后，流量增加泵的效率反而下降。這一最高點，稱為設計點。流量過大或過小，效率都將降低。最高效率點對應的Q、H及P值稱為最佳工況參數。一般高效區(qū)為不低于最高效率的92的范圍。選用離心泵時，應盡可能使泵在高效區(qū)內工作。(3) 通過IHG32-20管道泵的組合操作實驗對其串、并聯(lián)操作特性曲線進行分析研究 由實驗所得的單泵和雙泵串聯(lián)的實驗數據圖可得出：串聯(lián)特性方程為串聯(lián)運轉的總壓頭和總流量是由工作點所決定的。因為串聯(lián)后的總流量Q串必與串聯(lián)組合中的每一臺單泵的流量Q相等，所以總效率就是Q串所對應的單泵效率。因而管路中的流量不會增加，揚程則會提高。然而兩臺相同的泵串聯(lián)運轉后的壓頭雖較一臺單獨使用時高，可并不是增高一倍。并聯(lián)時，在揚程相同的情況下，流量變成單泵的兩倍。因此，泵的并聯(lián)、串聯(lián)運轉都可以提高流量和壓頭。而實際運用則要根據管路特性來選擇適宜的組合方式。組合方式的選擇(1) 若管路兩端的壓頭大于單臺泵所能提供的最大揚程時,則只能采用串聯(lián)操作(2) 若單泵輸液,只是流量達不到指定的要求.此時可針對管路的特點選擇適當的組合方式,以增大流量. 對于低阻輸送管路，并聯(lián)組合輸送的流量、提供的揚程均比串聯(lián)組合的大；對于高阻輸送管路，串聯(lián)組合輸送的流量、提供的揚程均比并聯(lián)組合的大；設將兩臺型號相同的離心泵并聯(lián)操作，各自的吸人管路相同，則兩泵的流量和壓頭必各自相同，且具有相同的管路特性曲線。在同一壓頭下，兩臺并聯(lián)泵的流量等于單臺泵的兩倍。于是，依據單臺泵特性曲線工上的一系列坐標點，保持其縱坐標(H)不變、使橫坐標(Q)加倍，由此得到的一系列對應的坐標點即可繪得兩臺泵并聯(lián)操作的合成特性曲線，如圖2.4所示。并聯(lián)泵的操作流量和壓頭可由合成特性曲線與管路特性曲線的交點來決定。由圖可見，由于流量增大使管路流動阻力增加，因此兩臺泵并聯(lián)后的總流量必低于原單臺泵流量的兩倍。并聯(lián)泵的工作點(Q并,H并)由并聯(lián)泵特性曲線與管路特性曲線的交點決定.由于并聯(lián)組合中兩臺泵的壓頭相等均等于H并,而H并為單泵在圖中黑圓點的壓頭,所以并聯(lián)泵的總效率與單泵在此點的效率相同.圖2.4 離心泵的并聯(lián)操作假若將兩臺型號相同的泵串聯(lián)操作，則每臺泵的壓頭和流量也是各自相同的，因此在同一流量下，兩臺串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍。于是，依據單臺泵特性曲線工上一系列坐標點，保持其橫坐標(Q)不變、使縱坐標(H)加倍，由此得到的一系列對應坐標點即可繪出兩臺串聯(lián)泵的合成特性曲線，如圖2.5所示。 同樣，串聯(lián)泵的工作點也由管路特性曲線與泵的合成特性曲線的交點來決定。由圖可見，兩臺泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺泵壓頭的兩倍。并且,由于串聯(lián)組合中兩臺泵的流量相等均等于Q串,故串聯(lián)泵的總效率為Q串時的單泵效率.圖2.5 離心泵的串聯(lián)操作生產中究竟采用何種組合方式比較經濟合理，則決定于管路曲線的形狀。對于管路特性曲線較平坦的低阻管路(如圖2.6中曲線a所示)，采用并聯(lián)組合，可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；對于管路特性曲線較陡的高阻管路(圖中曲線b)，采用串聯(lián)組合，可獲得較并聯(lián)組合高的流量和壓頭。對于值高于單泵所能提供最大壓頭的特定管路，則必須采用串聯(lián)組合方式。圖2.6 離心泵串并聯(lián)組合方式的選擇從上述也可看出：性能相同的泵并聯(lián)工作時，所獲得的流量并不等于每臺泵在同一管路中單獨使用時的倍數，且并聯(lián)的臺數愈多；流量的增加率愈小。當管路特性曲線較陡時，流量增加的百分數也較小。對此種高阻管路，宜采用串聯(lián)組合操作。由此我們知道,我們選擇離心泵是用是串聯(lián)還是并聯(lián)，并不是提高流量就選并聯(lián)，加大揚程