水泵串聯(lián)系統(tǒng)性能測試試驗臺設(shè)計

PAGE5PAGE57摘要離心泵串并聯(lián)運行是增大管道揚程和流量的重要手段，廣泛應(yīng)用于日常生活生產(chǎn)和高校流體課程的實驗教學(xué)中。為了確定離心泵實際串并聯(lián)運行的工作特性，搭建了一套離心泵串并聯(lián)性能測試試驗裝置，在大量試驗的基礎(chǔ)上，詳細分析得到了實際運行性能曲線，并通過節(jié)流調(diào)節(jié)方式進行了水泵串并聯(lián)運行經(jīng)濟性分析，旨在為離心泵串并聯(lián)應(yīng)用提供參考，并促進高校流體課程的教學(xué)。通常把用來抽吸液體、輸送液體和使液體增加壓力的機器統(tǒng)稱為泵。從能量觀點來說，泵是一種轉(zhuǎn)換能量的機器，它把原動機的機械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的能量，使液體的流速和壓力增加。水泵是伴隨著工業(yè)發(fā)展而發(fā)展起來的。l9世紀時，國外已有了比較完整的泵的型式和品種，并得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，在1980年左右，一般用途的離心泵產(chǎn)量占整產(chǎn)量的90％以上，而動力裝置用泵、化工用泵、礦山用泵等特殊用途的泵，僅占整個泵產(chǎn)量的10％左右。到1960年，一般用途的泵只占45%，而特殊用途的泵已占55％．目前發(fā)展趨勢，特殊用途的泵，會比一般用途的泵所占比例還要提高。關(guān)鍵詞：離心泵；串并聯(lián)運行；性能曲線；經(jīng)濟性分析；高校教學(xué)AbstractSeriesparalleloperationistoincreasepumpheadandflowchannelanimportantmeansofproductionarewidelyusedindailylife,anduniversityteachingintheexperimentalfluidcourse.Inordertodeterminetheactualseriesandparalleloperationofcentrifugalpumpperformancecharacteristics,Asetofseriesandparallelperformancetestsofcentrifugaldevices,inalargenumberoftests,basedondetailedanalysisoftheactualoperatingperformancecurvesobtained,andbywayofthepumpthrottleadjustmentEconomicAnalysisofseries-paralleloperation,centrifugalpumpdesignedtoprovideareferenceseriesandparallelapplications,andtopromotetheteachingofUniversityoffluid.Usuallyusedtosuctionfluid,transmissionfluidandincreasethepressureontheliquidreferredtoasthepumpmachine.Fromtheenergypointofview,thepumpisanenergyconversionmachine,itistheprimemoverofthemechanicalenergyintotheenergyoftheliquidistransferredtotheliquidflowrateandpressureincrease.Pumpisassociatedwithindustrialdevelopmentanddevelop.l9century,foreignpumpshavearelativelycompletetypesandvarieties,andhasbeenwidelyused.Accordingtostatistics,around1980,productionofgeneralpurposecentrifugalpumpsaccountformorethan90%yield,whilethepowerunitpumps,chemicalpumps,miningpumps,andotherspecialpurposepumps,thepumponlyabout10%ofoutput.By1960,generalpurposepumpsonly45%,whilethespecialpurposeaccountfor55%ofthepump.Currentdevelopmenttrends,specialpurposepumps,thepumpthantheproportionofgeneral-purposebutalsotoimprove.Keywords:centrifugalpump;seriesandparalleloperation;performancecurve;economicanalysis;collegeteaching目錄TOC\o"1-3"\h\u29801前言 3205291.課題的來源和意義 412601.1設(shè)計的來源的意義 4321821.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述 4166001.3本設(shè)計的主要工作 5224272.系統(tǒng)的總體設(shè)計 7309212.1實驗原理 748762.1.1實驗原理分析及實驗方法 7722.1.2水泵的氣蝕 992732.1.3沿程阻力損失和局部阻力損失 11221222.2實驗裝置方案設(shè)計 167612.2.1實驗裝置的方案對比 1672622.2.2實驗裝置的功能設(shè)置 20311442.2.3總體方案確定 274426離心泵的工作原理及性能參數(shù) 27307373.系統(tǒng)選型設(shè)計 32179613.1實驗裝置部件及配置 32292613.2離心泵選型 3344903.3電機選型 37215113.4閥門及管件選型 37190434.實驗指導(dǎo)書 4247474.1實驗裝置的結(jié)構(gòu)和功能 42190224.2實驗的方法和步驟 43318704.3使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項 44314755.實驗報告 4572255.1實驗的目的和原理 4539415.1.1實驗的目的 45271645.1.2基本原理 45209195.1.3實驗步驟 46139075.2實驗數(shù)據(jù)處理 47282005.2.1原始數(shù)據(jù) 47117445.2.2實驗要求及思考題 52124176.設(shè)計的總結(jié) 53155996.1本設(shè)計的具體評價 5334926.2設(shè)計過程中的收獲 5324758致謝 5425183參考文獻 55前言本課題旨在輔助高校流體課程的教學(xué)，對于幫助學(xué)生掌握水泵實際串聯(lián)運行特性的變化規(guī)律，有著十分重要的現(xiàn)實意義和教學(xué)意義。本設(shè)計針對兩臺同型號的離心水泵串并聯(lián)運行進行了試驗性研究，得到了水泵串并聯(lián)實際運行性能曲線，分析了兩臺泵串并聯(lián)運行時不同負荷下的經(jīng)濟運行方案，意在為離心泵的串并聯(lián)應(yīng)用提供參考，同時也主要是為輔助高校的流體課程的教學(xué)。在離心水泵的實際應(yīng)用中，單臺水泵的揚程和流量往往達不到要求，需要離心泵串并聯(lián)聯(lián)合運行。水泵在串并聯(lián)運行時，即使水泵型號相同，也不能認為與單臺水泵性能完全相同，實際運行中負荷有改變，且有時非共用管路的阻力損失不能忽略，這些都會影響其運行特性，所以本設(shè)計也具有它的現(xiàn)實意義。本課題主要解決高校試驗臺普遍規(guī)模較小，測試精度不高的情況，設(shè)計綜合考慮，試驗臺使水泵串并聯(lián)性能測試以及汽蝕實驗為一體，并努力提高測試精度，幫助同學(xué)了解熟悉常用儀器儀表的性能及使用方法。1.課題的來源和意義1.1設(shè)計的來源的意義在離心水泵的實際應(yīng)用中，單臺水泵的揚程和流量往往達不到要求，需要離心泵串并聯(lián)聯(lián)合運行。水泵在串并聯(lián)運行時，即使水泵型號相同，也不能認為與單臺水泵性能完全相同，實際運行中負荷有改變，且有時非共用管路的阻力損失不能忽略，這些都會影響其運行特性。掌握水泵實際串聯(lián)運行特性的變化規(guī)律，有著十分重要的現(xiàn)實意義和教學(xué)意義。本設(shè)計針對兩臺同型號的離心水泵串并聯(lián)運行進行了試驗性研究，得到了水泵串并聯(lián)實際運行性能曲線，分析了兩臺泵串并聯(lián)運行時不同負荷下的經(jīng)濟運行方案，旨在為離心泵的串并聯(lián)應(yīng)用提供參考，同時也是為輔助高校的流體課程的教學(xué)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述通常把用來抽吸液體、輸送液體和使液體增加壓力的機器統(tǒng)稱為泵。從能量觀點來說，泵是一種轉(zhuǎn)換能量的機器，它把原動機的機械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的能量，使液體的流速和壓力增加。水泵是伴隨著工業(yè)發(fā)展而發(fā)展起來的。l9世紀時，國外已有了比較完整的泵的型式和品種，并得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，在1880年左右，一般用途的離心泵產(chǎn)量占整產(chǎn)量的90％以上，而動力裝置用泵、化工用泵、礦山用泵等特殊用途的泵，僅占整個泵產(chǎn)量的10％左右。到1960年，一般用途的泵只占45%，而特殊用途的泵已占55％．目前發(fā)展趨勢，特殊用途的泵，會比一般用途的泵所占比例還要提高。早在20世紀初，潛水電泵由美國首先研制成功，用它來代替深井泵。隨后，西歐各國也相繼進行研制，并且不斷加以改進，逐步完善。如德國的萊茵褐煤礦，使用各種潛水電泵2500多臺，容量最大的達1600kW、揚程410m。我國的水泵研究是20世紀60年代發(fā)展起來的，其中作業(yè)面潛水電泵在南方早已用于農(nóng)田的灌溉，且中小容量的潛水電泵已形成系列，并批量投入了生產(chǎn)。大容量高電壓的潛水電泵、潛水電動機也相繼面世，500～1200kw的大型潛水電泵均已在礦山投入運行。例如鞍山鋼鐵公司眼前山露天鐵礦用500kW的潛水電泵排水，雨季效果顯著。已有跡象表，潛水電泵的使用將會使礦山的排水設(shè)備發(fā)生變革，有代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大臥泵之勢。另外，更大容量的潛水電泵正在試制中。泵的性能范圍很廣。其壓力可從常壓一直高達l000MPa以上。它輸送液體的溫度最低可到～200℃以下，最高可達800℃以上。泵輸送液體的種類很多，它可以輸送水(清水、污水等)、油液、酸堿液、乳化液、懸浮液和液態(tài)金屬等。由于人們?nèi)粘Ｒ姷降谋么蠖嗍怯脕磔斔退?，因此在?xí)慣上通常稱它為水泵。實際上泵的應(yīng)用范圍非常廣泛，從上天的飛機、火箭，到地下的鉆井、采礦；從陸地上的火車、坦克，到海上的艦船等，以及不論是重工業(yè)還是輕工業(yè)，不論是尖端的科學(xué)技術(shù)還是日常的生活，到處都需要用泵，到處都可以看到有泵在運行。泵在國民經(jīng)濟各部門都會需要。另外在化工、石油部門生產(chǎn)的液體比較特殊，有的液體易揮發(fā)、易燃、易爆或有毒；有的為強腐蝕的；有的要求在高溫、高壓或低溫、低壓下進行輸送等。因此，這些液體就相應(yīng)地需要一些特殊泵來滿足要求，而且要求的數(shù)量也很大。由此可見，泵在國民經(jīng)濟各部門中不僅被廣泛地應(yīng)用，而且有其重要的地位和作用。水泵是發(fā)展各行各業(yè)必不可少的機械設(shè)備之一。因此，對泵類設(shè)備的性能研究非常重要。1.3本設(shè)計的主要工作試驗臺主要由兩臺待測離心水泵、水箱、氣蝕罐、連接管道、手動控制閥、流量計、液位計、壓力表、正空表以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。串并聯(lián)試驗系統(tǒng)原理示意圖，離心泵系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速下的基礎(chǔ)下運行，通過調(diào)節(jié)閥門采集不同的水泵系統(tǒng)數(shù)據(jù)。本設(shè)計通過對比相近方案確定一套及精確又適合高校實驗室應(yīng)用的水泵性能測試驗臺。其中包括管路的設(shè)計，配套水泵的選型，電機的選型，閥門的選擇布置，測試儀表的選擇布置，試驗臺的性能優(yōu)化等。圖1-11-水箱2-穩(wěn)流柵3-固定角鐵4-排水閥5-真空表6-壓力表7-離心水泵8-三相異步電機9-聯(lián)軸器10-流量計11-截止閥12-止回閥13-真空管14-液位計15-氣蝕罐16-底板支架2.系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1實驗原理2.1.1實驗原理分析及實驗方法通過改變手動控制閥開度的方法來調(diào)節(jié)水泵流量，可以使水泵運行在不同的工況點采集數(shù)據(jù)，通過計算和繪圖得到水泵特性曲線。水泵串并聯(lián)系統(tǒng)的各基本性能參數(shù)按以下方法測定和計算。流量Q，、水泵人口壓力、出口壓力和水泵轉(zhuǎn)矩并通過變送器以及數(shù)據(jù)采集卡在電腦上實時顯示，并采集；水泵轉(zhuǎn)速n使用數(shù)字轉(zhuǎn)速表測量。（1）性能相同的離心水泵串聯(lián)運行：Ⅰ，Ⅱ為水泵的特性曲線，（Ⅰ+Ⅱ）為泵串聯(lián)后的綜合性能曲線。曲線（Ⅰ+Ⅱ）是將同一流量下單一水泵揚程疊加起來的，再將各個跌加點聯(lián)結(jié)起來得到的。它與管路特性曲線交點M點為水泵串聯(lián)的工作點，過M點做橫坐標的垂線與單一水泵曲線Ⅰ（或Ⅱ）交與B點（Qb，Hb）即得串聯(lián)工作是每一臺水泵的工作點。由圖1-1可以看出，串聯(lián)前后的水泵的參數(shù)是有變化的。圖2-1串聯(lián)水泵特性Qm=Qb＞QcHc＜Hm＜2Hc這表明：水泵串聯(lián)工作的總揚程Hm大于串聯(lián)前的每臺水泵單獨工作的揚程Hc，但小于水泵單獨工作時的揚程Hc的兩倍。兩臺水泵串聯(lián)工作時的流量Qb比單獨工作時的工作流量Qc大。這是因為水泵串聯(lián)工作后裝置的總揚程的增加大于管路阻力的增加，多余的揚程促使流量增加的緣故。（2）性能相同的水泵并聯(lián)運行：并聯(lián)是指兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管路輸送液體的工作方式，如圖2-2所示：圖2-2并聯(lián)水泵特性并聯(lián)時揚程等于每臺泵的揚程，即：H=H1=H2裝置流量為各泵的流量之和，即：Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２如圖2-2所示，為兩臺性能相同的水泵并聯(lián)的工作性能曲線。曲線Ⅰ，Ⅱ為各泵的獨自的性能曲線，（Ⅰ+Ⅱ）為并聯(lián)的工作時泵裝置的特性曲線。泵裝置并聯(lián)工作曲線（Ⅰ+Ⅱ）是在兩泵相同的條件下把泵的特性曲線Ⅰ，Ⅱ所對應(yīng)的流量疊加起來而得到的。特性曲線Ⅰ，Ⅱ與管路特性曲線Ⅲ交點Ｍ（Ｑｍ，Ｈｍ）為并聯(lián)的工作點。為確定并聯(lián)工作時每臺泵的工況，可由Ｍ點做水平線，交Ⅰ（或Ⅱ）線于Ｂ點（Ｑｂ，Ｑｈ）即為并聯(lián)每臺工作時的工作點。由圖可以看出，QbQcQm2Qc，HbHmHc，即兩臺水泵并聯(lián)工作時，流量等于并聯(lián)裝置中每臺水泵流量之和，但小于并聯(lián)前每臺泵單獨工作時流量之和（2Qc）而大于一臺水泵單獨工作時的流量Qc。并聯(lián)的總揚程Hm比單獨一臺泵工作時要Hc高，而并聯(lián)后流量Qb較之并聯(lián)前每臺泵單獨工作時的流量Qc為小，是因為并聯(lián)后流量增加，管路水力損失隨之增加，這就要求每臺泵提高它的揚程克服增加的這部分損失的水頭，所以Hb＞Hc，而每臺泵揚程的提高，是以減少流量為代價換取的，所以流量減少了。并聯(lián)工作時，管路特性曲線越平坦，并聯(lián)后的總流量Qm越接近單獨運行時的兩泵流量之和，并聯(lián)效益越高。對泵來說，則其特性曲線越陡一些，并聯(lián)后總流量Qm就越近單獨工作時的流量之和，因此，泵并聯(lián)工作選擇泵的特性曲線越陡的，管路特性曲線平坦的組合在一起，可以收到較好的效益。2.1.2水泵的氣蝕離心式水泵在許多工程中廣泛應(yīng)用，但在實際應(yīng)用中，由于安裝人員對泵的理論性能不甚了解，認為泵的揚程越大，安裝高度越大。結(jié)果造成泵經(jīng)常發(fā)生氣蝕，影響泵的正常工作。據(jù)物理學(xué)知，當(dāng)液面壓強降低時，相應(yīng)氣化溫度也降低。例如：水在一個大氣壓下的氣化溫度為100℃，當(dāng)水面壓強降至2431．2Pa，水在20℃時開始沸騰。開始氣化的液面壓強叫氣化壓力(Pv)。如果泵內(nèi)某處的壓強(Pk)低于該處液體溫度下的氣化壓力即Pk<Pv，部分液體就開始氣化形成氣泡，發(fā)生氣蝕。如氣蝕持續(xù)發(fā)展，氣泡大量產(chǎn)生，就會影響正常流動，出現(xiàn)躁聲和振動，甚至造成斷流現(xiàn)象。此時，泵的揚程、流量和效率都明顯下降，必將縮短泵的壽命。泵的安裝高度與吸入口真空度：正確決定泵的吸人口壓強(真空度)，是控制泵運行時不發(fā)生氣蝕而正常工作的關(guān)鍵。用能量方程建立泵的吸入口壓強的計算公式：(1)式中：r為水的容重；、風(fēng)為液面和泵吸人口處的壓強；為泵的安裝高度；為泵入口處的平均速度；g為重力加速度；吸液管路的水頭損失。通常認為=0，由此可得：（2）如果吸液池面受大氣壓作用，即，則泵吸人口壓強水頭就低于大氣壓的水頭，這恰是泵吸入口處真空度。所以(1)式可寫為：（3）式中：吸入口真空度；為大氣壓。圖2-3水泵吸入口通常在一定流量下運轉(zhuǎn)時，則及管路水頭損失都應(yīng)是定值。所以泵的吸入口真空度將隨泵的幾何安裝高度的增加而增加。如果吸入口真空度增加至某一最大值，即泵的吸入口壓強接近液體的汽化壓力時，泵內(nèi)就會開始發(fā)生氣蝕。為避免發(fā)生氣蝕，(2)式確定的實際Hs值應(yīng)小于值。為確保泵的正常運行，水泵實際的安裝高度應(yīng)遵守：(4)式中：為最大安裝高度。2.1.3沿程阻力損失和局部阻力損失（1）沿程能量損失簡稱沿程損失，是發(fā)生在緩變流整個流動過程中的能量損失，是流體的黏滯力造成的損失。這種損失的大小與流體的流動狀態(tài)，即是層流還是紊流，有著密切的聯(lián)系。通常管道流動中的單位重量流體的沿程損失用達西-維斯巴赫公式計算，即：(5)式中，沿程損失系數(shù)，它與流體的粘度，流速，管道的內(nèi)徑以及管壁的粗糙度有關(guān)，是一個無量綱系數(shù)，有實驗確定；L為管道長度，d為管道內(nèi)徑，為單位重量流體的動壓頭（速度水頭）。有公式可以看出，在同樣條件下，管道越長，損失能量越大，這是沿程損失的特征。（2）局部能量損失簡稱局部損失，是發(fā)生在流動狀態(tài)急劇變化的急變流中的能量損失，是在管件附近的局部范圍內(nèi)的主要流體微團的碰撞，流體中產(chǎn)生的旋流造成的損失。通常，管流中單位質(zhì)量流體的局部能量損失用公式：(6)表示，為局部損失系數(shù)，是一個無量綱系數(shù)，由實驗確定。多數(shù)工程管道系統(tǒng)有許多直管段，這些直管段用管件連接，整個管道的能量損失時分段計算的能量損失的疊加，即：(7)關(guān)于管流的能量損失，出少數(shù)問題可以用理論方法加以分析計算外，多少實際問題要依靠實驗研究所得的結(jié)果計算，這是由于多少實際問題現(xiàn)象復(fù)雜，數(shù)學(xué)分析上遇到極大困難，下列常見的管道損失情況分析。①截面管道突然擴大流體從小直徑的管道流往大直徑的管道，由于流體有慣性，他不可能按照管道的形2狀突然擴大，而是離開小管后逐漸擴大，因此，便在管壁拐角與流束之間形成漩渦，漩渦靠主流束帶動著旋轉(zhuǎn)，主流束把能力傳遞給漩渦，漩渦又把得到的能力消耗在旋轉(zhuǎn)運動中（變成熱而散失）如圖2-3所示：圖2-4截面突擴管道Tu根據(jù)連續(xù)性方程：得:根據(jù)動量方程:（8）式中是作用與擴大管突肩圓環(huán)上的壓力，實驗證明，p=p1于是上式可寫成：（9）當(dāng)管道與大面積的水池相連時，,可知，管道出口能量損失，，即管道中水流的速度頭完全消散于水池中。②管道截面突然縮小流體從大直徑的管道流往小直徑的管道式，流線必須彎曲，流束必定收縮。當(dāng)流體進入小直徑管道后，由于流體有慣性，流體將繼續(xù)收縮直至稱為縮頸的最小截面，而后有逐漸擴大，直至沖滿整個小徑截面。在縮頸附近的流束和管壁之間有一個充滿小漩渦的低壓區(qū)。在大直徑截面和小直徑截面連接的突肩處，也常有漩渦形成。所有漩渦運動都要消耗能量；在流線彎曲，流體的加速和減速過程中，流體質(zhì)點碰撞，速度分布變化等也都會造成能量損失。由于流體沿突然縮小的管道流動時先縮小后擴展的，故他的能量損失也應(yīng)有兩部分組成。圖2-5截面突縮管道（10）③彎管流體在彎管中的流動損失有三部分組成，一部分是有切向應(yīng)力產(chǎn)生的沿程損失，特別是在流動方向的改變，流速分布變化中產(chǎn)生的這種損失；另一部分是形成漩渦所形成的損失；第三部是有二次流形成的雙螺旋流動產(chǎn)生的損失。當(dāng)流體沿彎管流動時，彎管外側(cè)的壓強高，內(nèi)測的壓強低。流體由直管進入彎管前，截面出的壓強是均勻的。流體進入彎管后，外側(cè)由A到B的流動為增壓過程，B點的壓強最高，從B到，壓強逐漸下降；內(nèi)側(cè)由A到C，壓強逐漸下降，C點的壓強最低，從C到D的流動時逐漸的增壓過程，直至流體進入直管后，截面處的壓強又趨于均勻。在AB和CD這兩端增壓過程中，都有可能因邊界層能量被黏滯力所消耗而出現(xiàn)邊界層的分離，形成漩渦造成損失。如圖2-5所示：圖2-6彎管（3）各類管流的水力計算：①簡單管道管徑和管壁的粗糙度均相同的一根管子或這樣的管子串聯(lián)在一起的管道系統(tǒng)叫做簡單的管道系統(tǒng)，應(yīng)用達西-維斯巴赫公式，連續(xù)方程和莫迪圖均能解決水力計算的問題。②串聯(lián)管道有不同直徑或粗糙度的數(shù)段管子連接在一起的管道叫做串聯(lián)管道。通過串聯(lián)管道的流量是相同的，串聯(lián)管道的損失應(yīng)等于各段管道的損失之和。通常在已知管道尺寸和粗糙度以及流體性質(zhì)的條件下，串聯(lián)管道有兩類計算問題：①已知流過串聯(lián)管道的流量，求總的水頭H②已知水頭H求流量。（本設(shè)計涉及第①類問題）③并聯(lián)管道在某處分成幾段，到下游某處又匯合成一路的管道叫做并聯(lián)管道，與串聯(lián)管道的情況不同，并聯(lián)管道的損失等于各部分損失，并聯(lián)管道的總流量等于各部分流量的總和。（如圖6所示）在已知管道尺寸和粗糙度以及流體性質(zhì)的條件下，并聯(lián)管道也有兩類計算問題：①已知A和B的凈水頭線高度，即，求總流量Qv。②已知總流量Qv求各部分管道的損失。圖2-7分支管道水泵串并聯(lián)測試系統(tǒng)的水頭損失的計算：（所涉及數(shù)據(jù)均由查表而得）沿程以及局部損失系數(shù)：漸縮管=0.5漸擴管=0.25折管彎管0.50.40.30.133閘閥（開度）50%60%70%1.81.10.6分支管0.9直管0.02~0.03總損失水頭計算：根據(jù)以上列出的經(jīng)驗阻力損失系數(shù)，試驗系統(tǒng)包括（設(shè)計流速約1.5m/s）（1）合約20m的直管道（沿程損失）水頭損失約合1.7m（2）彎管（局部損失）10處水頭損失約合1.2m（3）分支管道（局部損失）5處水頭損失約合0.52m（4）閥門（局部損失）4處水頭損失約合1.83m總損失約5.25m2.2實驗裝置方案設(shè)計2.2.1實驗裝置的方案對比對比方案1圖2-8方案1結(jié)構(gòu)示意圖汽蝕罐體采用5mm厚的鋼板焊接而成，規(guī)格為×L=1500mm×2000mm。穩(wěn)流柵采用6mm厚的板，孔徑為115．5~211．5mm，孔數(shù)為32個，汽蝕罐安裝銅式冷卻盤管，管徑20~25mm。鐵制配箱采用降壓啟動，380V三相電源，可測功率為2—50kw。實驗原理：水泵的揚程是指水泵所輸送的單位重量流量的液體從泵進口到出口的能量增加值，也就是單位重量流量的液體通過水泵所獲得的有效能量，單位為m。水泵進口取壓孔(真空表安裝位置)設(shè)在與泵進口同心同直徑，且在泵進口法蘭上游2倍進口管徑處；水泵出口取壓孔(壓力表安裝位置)設(shè)在泵出口法蘭下游2倍出口管徑處。列出水泵進口斷面比能：（11）水泵出口斷面比能：（12）則水泵的揚程為水泵出口斷面比能減去水泵進口斷面比能：（13）式中Z2~Z1為水泵出口壓力表與進口真空表安裝高度之差，即位能差，單位為m；為水泵出口壓能與進口壓能之差，即為水泵出口壓力表讀數(shù)與進口真空表讀數(shù)之和，單位換算成m；為水泵出口壓水管動能與進口吸水管動能之差，單位為m。水泵的軸功率為：（14）式中：為電動機輸入功率，由功率表測讀，單位為kw；為電動機效率(由廠家提供)；為泵與電動機采用聯(lián)軸器的傳動效率，可取0．98。水泵的效率為泵的有效功率與軸功率之比：（15）式中泵的有效功率為通過水泵的液體重度(kN／m3)、流量(m3/s)與揚程之積，即為液體通過水泵所獲得的有效功率(又稱泵的輸出功率)。水泵運行中壓強最低點在葉片進口處的背面K點附近，泵內(nèi)K點的壓強降至汽化壓強，泵內(nèi)開始發(fā)生汽蝕，但是K點壓強難以測量和控制。根據(jù)能量守恒關(guān)系，當(dāng)K點的液體壓強p。等于該溫度下的汽化壓強p，時，液體就開始發(fā)生汽化，造成水泵的汽蝕破壞，這是一個臨界狀態(tài)。在臨界狀態(tài)下，即有：（16）式中△h。為液體自水泵進口到泵內(nèi)K點(發(fā)生汽蝕時)的水頭損失值，即為水泵進口所剩下的總水頭距發(fā)生汽化的水頭尚剩余的水頭值——稱臨界汽蝕余量。在工程實踐中，為確保水泵的安全運行，規(guī)定一個必需汽蝕余量(或稱允許汽蝕余量)，以[△h]表示。對于一般的清水泵來說，為不發(fā)生汽蝕，需增加0．3m的安全量，則有：（17）那么，確保水泵安全運行的條件就是水泵的實際汽蝕余量大于等于必需汽蝕余量。（18）式中為吸水池或罐內(nèi)液面壓強，為水泵進口真空表值，單位為m。對水泵吸水管列能量方程有：（19）式中：hg為水泵的安裝高度；為吸水管內(nèi)總水頭損失。由式(18)、(19)推導(dǎo)出：（20）（21）式中：為水泵的最大允許安裝高度，它的數(shù)值大小，在一定程度上反映了泵的抗汽蝕能力的高低，即越小(或越大)水泵的抗汽蝕能力越強。對比方案2圖2-9方案2結(jié)構(gòu)示意圖1離心泵2真空表3壓力表4變頻器5功率表6流量調(diào)節(jié)閥7實驗管路8溫度計9渦輪流量計10實驗水箱11放水閥12頻率本實驗裝置由一臺被測的單級離心泵、渦輪流量計、壓力表、真空表、控制閥門及水箱組成一個測試循環(huán)回路。實驗方法：1．水箱10內(nèi)注水后，檢查并關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥6，壓力表3及真空表2的開關(guān)。2．開啟總電源，用變頻調(diào)速器上的∧、∨及＜鍵設(shè)定頻率為50Hz后，按run鍵啟動離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥6至全開。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，打開壓力表和真空表的開關(guān)。3．泵的特性曲線測定：用流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)流量，按照從大到小的順序測定10~15組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)都要在穩(wěn)定條件下記錄：流量計、壓力表、真空表、功率表的讀數(shù)及流體溫度。4．管路特性曲線測定：固定閥門的某個開度，將變頻器按照從大到小的順序依次調(diào)節(jié)，在穩(wěn)定條件下測量并記錄8~10組頻率、流量、壓力、真空度、功率及流體溫度數(shù)據(jù)。5．實驗結(jié)束時，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥并停泵，之后切斷總電源。方案對比分析：方案1的設(shè)計較為全面，而且還涉及水泵氣蝕性能方面的實驗，但是僅單臺水泵的性能測定，本設(shè)計力圖研究水泵的串并聯(lián)系統(tǒng)的性能測定，對方案1進行參考并加以改進。方案2設(shè)計常規(guī)系統(tǒng)，實驗數(shù)據(jù)的測量和采集比較全面。但是未能加入水泵氣蝕性能的測定，并且也未涉及測量精度的相關(guān)內(nèi)容，不助于水泵性能的全面精確的測定，而且系統(tǒng)過于簡單。本設(shè)計力圖使系統(tǒng)全面的反應(yīng)水泵串并聯(lián)的綜合性能。2.2.2實驗裝置的功能設(shè)置閥門閥門的用途廣泛，種類繁多，分類方法也比較多?？偟目煞謨纱箢悾旱谝活愖詣娱y門：依靠介質(zhì)（液體、氣體）本身的能力而自行動作的閥門。如止回閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、減壓閥等。第二類驅(qū)動閥門：借助手動、電動、液動、氣動來操縱動作的閥門。如閘閥，截止閥、節(jié)流閥、蝶閥、球閥、旋塞閥等。（1）閘閥閘閥是指關(guān)閉件（閘板）沿通路中心線的垂直方向移動的閥門。閘閥在管路中主要作切斷用。閘閥是使用很廣的一種閥門，一般口徑DN≥50mm的切斷裝置都選用它，有時口徑。很小的切斷裝置也選用閘閥，閘閥有以下優(yōu)點：①流體阻力小。②開閉所需外力較小。③介質(zhì)的流向不受限制。④全開時，密封面受工作介質(zhì)的沖蝕比截止閥小。⑤體形比較簡單，鑄造工藝性較好。閘閥也有不足之處：①外形尺寸和開啟高度都較大。安裝所需空間較大。②開閉過程中，密封面間有相對摩擦，容易引起擦傷現(xiàn)象。③閘閥一般都有兩個密封面，給加工、研磨和維修增加一些困難。（2）截止閥截止閥是關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。截止閥在管路中主要作切斷用。截止閥有以下優(yōu)點：1．在開閉過程中密封面的摩擦力比閘閥小，耐磨。2．開啟高度小。3．通常只有一個密封面，制造工藝好，便于維修。截止閥使用較為普遍，但由于開閉力矩較大，結(jié)構(gòu)長度較長，一般公稱通徑都限制在DN≤200mm以下。截止閥的流體阻力損失較大。因而限制了截止閥更廣泛的使用。（3）節(jié)流閥節(jié)流閥是指通過改變通道面積達到控制或調(diào)節(jié)介質(zhì)流量與壓力的閥門。節(jié)流閥在管路中主要作節(jié)流使用。最常見的節(jié)流閥是采用截止閥改變閥瓣形狀后作節(jié)流用。但用改變截止閥或閘閥開。啟高度來作節(jié)流用是極不合適的，因為介質(zhì)在節(jié)流狀態(tài)下流速很高，必然會使密封面沖蝕磨損，失去切斷密封作用。同樣用節(jié)流閥作切斷裝置也是不合適的。節(jié)流閥的閥瓣有多種形狀，常見的有：1．鉤形閥瓣，常用于深冷裝置中的膨脹閥。2．窗形閥瓣，適用于口徑較大的節(jié)流閥。3．塞形閥瓣，適用于中小口徑節(jié)流閥，使用較普遍。（4）止回閥止回閥是指依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質(zhì)倒流的閥門。止回閥根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分：①升降式止回閥：閥瓣沿著閥體垂直中心線滑動的止回閥。升降式止回閥只能安裝在水平管道上，在高壓小口徑止回閥上閥瓣可采用圓球。升降式止回閥的閥體形狀與截止閥一樣（可與截止閥通用），因此它的流體阻力系數(shù)較大。②旋啟式止回閥：閥瓣圍繞閥座外的銷軸旋轉(zhuǎn)的止回閥。旋啟式止回閥應(yīng)用較為普遍。③碟式止回閥：閥瓣圍繞閥座內(nèi)的銷軸旋轉(zhuǎn)的止回閥。碟式止回閥結(jié)構(gòu)簡單，只能安裝在水平管道上，密封性較差。四、管道式止回閥，閥瓣沿著閥體中心線滑動的閥門。管道式止回閥是新出現(xiàn)的一種閥門，它的體積小，重量較輕，加工工藝性好，是止回閥發(fā)展方向之一。但流體阻力系數(shù)比旋啟式止回閥略大。流量計不銹鋼橢圓齒輪流量計橢圓齒輪和主體為不銹鋼，有較強的耐腐性,橢圓齒輪與主體連接采用不銹鋼防腐軸承能提高儀表精度.用于化工、食品等行業(yè)。LC-F不銹鋼橢圓齒輪流量計精度等級0.2%

0.5%.并配有回零表,在使用過程中每次使用之前把上次的讀數(shù)值歸零便于每次流量計算。

圖2-10不銹鋼橢圓齒輪流量計表2-1不銹鋼橢圓齒輪流量計規(guī)格基本誤差限（%）0.2級

0.5級公稱壓力（Mpa）1.6工作溫度（℃）-30—+100液體黏度（mPa?S）0.6-200型

號公稱通徑（mm）流量范圍（m3/h）被測液體黏度（mPa?S）0.6-22-88-200LC-40F405-153-152.5-15圖2-11流量計示意圖液位計玻璃管液位計:HG玻璃管液位計HG-1玻璃管液位計HGHG-5玻璃管液位計用來直接指示各種敞口或密閉容器內(nèi)的液體液體,玻璃管液位計HG上、下閥體裝有DN-15、DN-20絲扣，玻璃管液位計與容器連接直接指示液位高度。圖2-12HG-1絲扣式玻璃管液位計表2-2液位計規(guī)格連接方式法蘭口

徑Ｇ１/２Ｇ３/４

G1″長

度0-150mm--0-6000mm(可按客戶要求).工作溫度-20--150℃工作壓力0.6MpaＨＧ－1型玻璃管液位計，用來直接指示各種敞口或封口容器內(nèi)的液體高度。水位計下口配有排污取樣閥.精密壓力表產(chǎn)品名稱:精密壓力表規(guī)格型號:YB-201/YB-251系列產(chǎn)品類別:壓力儀表-壓力表產(chǎn)品簡介:精密壓力表主要用來校驗工業(yè)用普通壓力表及其它具有壓力參數(shù)的各種儀器儀表；亦可用于精密測量無腐蝕性介質(zhì)的壓力。圖2-13精密壓力表主要技術(shù)：

精確度等級：0.25

測量范圍：(MPa)

0~0.1；0~0.16；0~0.25；0～0.4；0~0.6；

0~1；0~1.6；0~2.5；0~4；0~6。

注：0.25MPa以下的規(guī)格只適宜測量氣體壓力

使用環(huán)境條件：0~40℃，相對濕度不大于80％，也可在-30~50℃的任一恒定溫度條件使用。

溫度影響：使用環(huán)境溫度如偏離20±2℃時，誤差變化不大于0.25%/10℃。表2-3型號表示型號表蓋公稱直徑D

D0D1d0

重量kgYB-251250272

290

6.5

3YB-201200215230

5.5

2壓力真空表產(chǎn)品名稱:壓力真空表

規(guī)格型號:YZ系列

產(chǎn)品類別:壓力儀表-壓力表

產(chǎn)品簡介:壓力真空表廣泛應(yīng)用于管道及容器中測量無爆炸危險、無結(jié)晶體、不凝固及對合金不起腐蝕作用的液圖2-14壓力真空表體、氣體、蒸汽等介質(zhì)的壓力大小。具有體積小，性能安全可靠，顯示清晰等優(yōu)點。表2-3技術(shù)參數(shù)名稱型號測量范圍（MPa)精度真空表Z-40-0.1—0；1.5；2.5Z-601.5；2.5Z-1001.0；1.5Z-1501.0；1.5使用環(huán)境條件

溫度-40～70℃；相對溫度≤85%數(shù)字轉(zhuǎn)速表根據(jù)不同的測速范圍，該型手持離心轉(zhuǎn)速表有LZ-30、LZ-45、LZ-60三種型號規(guī)格，主要用以測量各種機器設(shè)備的轉(zhuǎn)速和線速度。主要技術(shù)指標?！な褂脳l件：轉(zhuǎn)速表在環(huán)境溫度為-20～45℃范圍內(nèi)正常工作。圖2-15數(shù)字轉(zhuǎn)速表基本誤差:：轉(zhuǎn)速表在溫度為20±2℃的環(huán)境中，基本誤差為測量上限值的±1%溫度影響：當(dāng)溫度從20±2℃變化到-20～45℃時，轉(zhuǎn)速表的溫度附加誤差不超過基本誤差限的絕對值。技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)速，量程，型號及測量范圍分檔LZ-30LZ～45LZ～60Ⅰ30～12045～18060～240Ⅱ100～400150～600200～800Ⅲ300～1200450～1800600～2400Ⅳ1000～40001500～60002000～8000Ⅴ3000～120004500～18006000～24000功率表TE-BW智能三相功率表特點

◎

測量三相有功功率或無功功率

◎

面板按鍵設(shè)定PT、CT參數(shù)

◎

紅色高亮數(shù)碼管14.2mmH

◎

外形尺寸48H×96W,開關(guān)電源AC

90～265V圖2-16功率表◎

可帶電流變送輸出或RS485通訊接口。技術(shù)參數(shù)：·精度等級：

0.5級·信號輸入

網(wǎng)絡(luò)：三相三線、三相四線·電壓

額定值：

AC100V、400V、600V·電流

額定值

AC1A、5A·功

耗<0.4VA

(每相)·頻率50Hz/60Hz·電源工作電源：AC、DC85V～265V·工作條件環(huán)境溫度：-25~55℃，相對濕度≤93%，無腐蝕氣體場所和金屬粉。2.2.3總體方案確定離心泵的工作原理及性能參數(shù)（1）離心泵的工作原理離心泵在啟動前，應(yīng)關(guān)閉出口閥門，泵內(nèi)灌滿液體，此過程稱為灌泵。工作時啟動原動機使葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的葉片驅(qū)使液體一起旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生離心力，使液體沿葉片流道甩向葉輪出口，經(jīng)蝸殼送入打開出口閥門的排出管。液體從葉輪中獲得機械能使壓力能和動能增加，依靠此能量使液體達到工作地點。在液體不斷被甩出的同時，葉輪入口處就形成了低壓。在吸液池和葉輪入口中心線的液體之間就產(chǎn)生了壓差，吸液池中液體在這個壓差作用下，便不斷的經(jīng)吸入管路及泵的吸入室進入葉輪之中，從而使離心泵連續(xù)的工作。（2）離心泵的性能參數(shù)①流量：流量是泵在單位時間內(nèi)輸送出去的液體量。用qv表示容積流量，單位m3/s用qm表示質(zhì)量流量，單位是kg/s。②揚程：揚程是單位重量液體從泵進口處到泵出口處能量的增值，也就是1N液體通過泵獲得的有效能量，即泵抽送液體的液柱高度。揚程主要體現(xiàn)在液體壓力的提高。③轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速是泵軸單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)，一般用n表示，單位是r/min。④汽蝕余量：汽蝕余量又叫靜正吸頭，是表示汽蝕性能的主要參數(shù)，一般用NPSH表示，單位是m。⑤功率：泵的功率通常指輸入功率，即原動機傳到泵軸上的軸功率，用N表示，單位是W或KW。⑥效率：泵的有效功率用Ne表示，它是單位時間內(nèi)從泵中輸送出去的液體在泵中獲得的有效能量，Ne=gρqvH。泵的效率為有效功率和軸功率之比，即η=Ne/N。它反應(yīng)了泵中能量的損失程度。泵中的損失一般可分為：容積損失（流量泄漏所造成的能量損失）、流動損失、機械損失（軸承、密封裝置和輪盤的摩擦損失）。（3）離心泵的性能測定基本原理泵是輸送液體的常用機械，在生產(chǎn)中選用一臺既能滿足生產(chǎn)任務(wù)，又經(jīng)濟合理的離心泵，總是根據(jù)生產(chǎn)的要求（流量和壓頭），參照泵的性能來決定的。如果要正確地選擇和使用離心泵，就必須掌握離心泵的流量（）變化時，泵的壓頭（），功率（）和效率（），以及允許吸上真空度的變化規(guī)律，即曲線,曲線,曲線,曲線，離心泵的特性曲線是由實驗測得的。本實驗只測定曲線，曲線，曲線。1、送液能力的測定在一定轉(zhuǎn)速下，用出口閥來調(diào)節(jié)離心泵的送液能力。用流量瞬時指示儀進行測定。即：或(m3/h)式中：——流量瞬時指示儀示值（Hz）——流量系數(shù)（1/L）2、壓頭的測定在進口真空表和出口壓力表兩測壓點截面間列出柏努利方程：由于兩測壓點之間的管路很短，摩擦阻力損失可忽略不計，兩側(cè)的管徑看作一致，即可導(dǎo)出：He=H壓力表+H真空表+H0[m]其中：H真空表，H壓力表分別為離心泵進出口的壓力[m]；H0為兩測壓口間的垂直距離?；蚴街校骸M口測壓點真空表示值——出口測壓點壓力表示值3、軸功率的測定是電機傳給泵的軸功率，SI制中用下式計算：式中：——轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速（r/min）泵行業(yè)習(xí)慣上用工程單位制，功率計算式是：式中：——測力臂上所加的砝碼質(zhì)量——測力臂長，本實驗裝置（2）則：或采用功率表直接測出電機輸入的電功率N電機，再根據(jù)電機效率計算出泵的軸功率N，即：N=N電機?η電機?η傳動[kw]其中：η電機—電機效率，取0.9；η傳動—傳動裝置的效率，本實驗裝置（1）取1.0；4、效率的計算泵的效率是泵的有效功率與軸功率之比。有效功率是液體由泵得到的實際功率，SI制中：式中：流量揚程液體密度離心泵的特性曲線是在某指定轉(zhuǎn)速下的特性曲線，當(dāng)實驗時的轉(zhuǎn)速（）與指定轉(zhuǎn)速（）有差異時，應(yīng)將實驗結(jié)果換算為指定轉(zhuǎn)速下的數(shù)值：；；設(shè)計方案示意圖1-水箱2-穩(wěn)流柵3-固定角鐵4-排水閥5-真空表6-壓力表7-離心水泵8-三相異步電機9-聯(lián)軸器10-流量計11-截止閥12-止回閥13-真空管14-液位計15-氣蝕罐16-底板支架設(shè)計全面考慮水泵綜合性能測試的需要以及高校流體課程教學(xué)的需要，聯(lián)合水泵氣蝕性能的實驗為一體，綜合測試水泵串并聯(lián)時的性能曲線。泵的特性曲線測定：用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，按照從大到小的順序測定10~15組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)都要在穩(wěn)定條件下記錄：流量計、壓力表、真空表、功率表的讀數(shù)及流體溫度。管路特性曲線測定：固定閥門的某個開度，將變頻器按照從大到小的順序依次調(diào)節(jié)，在穩(wěn)定條件下測量并記錄8~10組頻率、流量、壓力、真空度、功率及流體溫度數(shù)據(jù)。（1）通過調(diào)節(jié)閥門可把氣蝕罐獨立在外，單獨進行水泵串并聯(lián)性能的實驗測試，此時由水箱和測試水泵以及相關(guān)管道組成整體的回路，調(diào)節(jié)閥門完成水泵的串并聯(lián)的轉(zhuǎn)換。（2）通過調(diào)節(jié)閥門亦可把水箱獨立在外，單獨進行水泵氣蝕性能的實驗。3.系統(tǒng)選型設(shè)計3.1實驗裝置部件及配置（1）氣蝕罐體采用5mm厚的鋼板焊接而成，規(guī)格為×H=1500mm×3000mm。體積約為5.3。穩(wěn)流柵采用5mm厚的板，孔徑為10~20mm，孔數(shù)為30個，汽蝕罐安裝銅式冷卻盤管，管徑20~25mm。汽蝕罐接玻璃管液位計:HG玻璃管液位計HG-1玻璃管液位計HGHG-5，玻璃管液位計用來直接指示各種敞口或密閉容器內(nèi)的液體液體,玻璃管液位計HG上、下閥體裝有DN-15、DN-20絲扣，玻璃管液位計與容器連接直接指示液位高度。（2）水箱體采用2.5mm厚鋼板焊接而成，規(guī)格L×W×H=2000mm×1500mm×600mm體積約為1.8，穩(wěn)流柵采用5mm厚的板，孔徑為10~20mm，孔數(shù)為15個，底部采用角鐵固定，并設(shè)置減震墊層。實驗使用的測試儀表說明：（3）LC-F不銹鋼橢圓齒輪流量計：準確度等級1級，流量范圍30一210m3，h，線性誤差±O．25％，橢圓齒輪和主體為不銹鋼316L制造有較強的耐腐性,橢圓齒輪與主體連接采用不銹鋼防腐軸承能提高儀表精度.用于化工、食品等行業(yè)。（4）玻璃管液位計：HG玻璃管液位計用來直接指示各種敞口或密閉容器內(nèi)的液體液體,玻璃管液位計HG上、下閥體裝有DN-15、DN-20絲扣，玻璃管液位計與容器連接直接指示液位高度。（5）精密壓力表：規(guī)格型號:YB-201/YB-251系列，精密壓力表主要用來校驗工業(yè)用普通壓力表及其它具有壓力參數(shù)的各種儀器儀表；亦可用于精密測量無腐蝕性介質(zhì)的壓力。精確度等級：0.25測量范圍：(MPa)0~1；0~1.6；0~2.5；0~4；0~6。使用環(huán)境條件：0~40℃，相對濕度不大于80％，也可在-30~50℃的恒定溫度條件下使用。溫度影響：使用環(huán)境溫度如偏離20±2℃時，誤差變化不大于0.25%/10℃。（6）真空表：規(guī)格型號:YZ系列型號：Z-40 精度：1.5；2.5測量范圍：-0.1—0Mpa使用環(huán)境條件：溫度-40～70℃相對溫度≤85%（7）TE-BW智能三相功率表

◎

測量三相有功功率或無功功率

◎

面板按鍵設(shè)定PT、CT參數(shù)

◎

紅色高亮數(shù)碼管14.2mmH

◎

外形尺寸48H×96W,開關(guān)電源AC

90～265V供電精度等級：

0.5級，信號輸入

網(wǎng)絡(luò)，三相三線、三相四線

電壓

額定值：

AC100V、400V、600V（8）數(shù)字轉(zhuǎn)速表：根據(jù)不同的測速范圍選擇手持離心轉(zhuǎn)速表LZ-60型號規(guī)格，主要用以測量各種機器設(shè)備的轉(zhuǎn)速和線速度。主要技術(shù)指標·使用條件：轉(zhuǎn)速表在環(huán)境溫度為-20～45℃范圍內(nèi)正常工作·基本誤差:：轉(zhuǎn)速表在溫度為20±2℃的環(huán)境中，基本誤差為測量上限值的±1%·溫度影響：當(dāng)溫度從20±2℃變化到-20～45℃時，轉(zhuǎn)速表的溫度附加誤差不超過基本誤差限的絕對值。3.2離心泵選型 （1）選用原則水泵是一種面大量廣的通用型機械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國防各部門，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。特別是近幾年來我國倡導(dǎo)大力發(fā)展節(jié)能型工業(yè)體系，因此選擇合適的水泵，大力降低泵有能源消耗，對節(jié)約能源具用十分重大的意義。具體來說，有以下幾個方面：1、必須滿足使用流量和揚程的要求，即要求泵的運行工次點（裝置特性曲線與泵的性能曲線的交點）經(jīng)常保持在高效區(qū)間運行，這樣既省動力又不易損壞機件。2、所選擇的泵既要體積小、重量輕、造價便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。3、具有良好的抗汽蝕性能，運行平穩(wěn)、壽命長。4、所選泵的工程投資少，運行費用低。（2）選型步驟列出基本數(shù)據(jù)：a.介質(zhì)的特性：介質(zhì)名稱、比重、粘度、腐蝕性、毒性等。b.介質(zhì)中所含因體的顆粒直徑、含量多少。c.介質(zhì)溫度：（℃）d.所需要的流量一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量，但必須考慮工藝變化時對流量的影響。本設(shè)計流量為1.8L/s。e.壓力：吸水池壓力，排水池壓力，管道系統(tǒng)中的壓力降（揚程損失）。

f.管道系統(tǒng)數(shù)據(jù)（管徑、長度、管道附件種類及數(shù)目，吸水池至壓水池的幾何標高等）。在設(shè)計布置管道時，應(yīng)注意如下事項：1、合理選擇管道直徑，管道直徑大，在相同流量下、液流速度小，阻力損失小，但價格高，管道直徑小，會導(dǎo)致阻力損失急劇增大，使所選泵的揚程增加，配帶功率增加，成本和運行費用都增加。因此應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟的角度綜合考慮。2、排出管及其管接頭應(yīng)考慮所能承受的最大壓力。3、管道布置應(yīng)盡可能布置成直管，盡量減小管道中的附件和盡量縮小管道長度，必須轉(zhuǎn)彎的時候，彎頭的彎曲半徑應(yīng)該是管道直徑的3～5倍，角度盡可能大于90℃。4、泵的排出側(cè)必須裝設(shè)閥門（球閥或截止閥等）和逆止閥。閥門用來調(diào)節(jié)泵的工況點，逆止閥在液體倒流時可防止泵反轉(zhuǎn)，并使泵避免水錘的打擊。（當(dāng)液體倒流時，會產(chǎn)生巨大的反向壓力，使泵損壞）（3）確定流量揚程1、流量的確定a、如果生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應(yīng)按最大流量考慮。b、如果生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有一定的余量。對于ns>100的大流量低其不意揚程泵，流量余量取5%，對ns<50的小流量高揚和泵，流量余量取10%，50≤ns≤100的泵，流量余量也取5%，對質(zhì)量低劣和運行條件惡劣的泵，流量余量應(yīng)取10%c、如果基本數(shù)據(jù)只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量（4）物理因素的影響泵生產(chǎn)部門所提供的特性曲線是用清水作實驗求得的。當(dāng)所輸送的液體性質(zhì)與水相差較大時，要考慮粘度及密度對特性曲線的影響。①粘度的影響所輸送的液體粘度愈大，泵體內(nèi)能量損失愈多。結(jié)果泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則要增大，所以特性曲線改變。②溶質(zhì)的影響如果輸送的液體是水溶液，濃度的改變必然影響液體的粘度和密度。濃度越高，與清水差別越大。濃度對離心泵特性曲線的影響，同樣反映在粘度和密度上。如果輸送液體中含有懸浮物等固體物質(zhì)，則泵特性曲線除受濃度的影響外，還受到固體物質(zhì)的種類，以及粒度分布的影響。綜合以上內(nèi)容以及損失水頭的計算確定離心泵：

圖3-1所選離心泵圖紙參數(shù)水泵型號：IS50-32-160型離心水泵單泵運行參數(shù)：轉(zhuǎn)速：1450r/min流量：1.8L/s揚程：15.8m軸功率：0.28kw電動機功率：0.55kw效率：48.42%汽蝕余量：2m葉輪直徑：125mm進口直徑：50mm出口直徑：32mm（安裝尺寸見圖3-1所示）3.3電機選型Y2系列三相異步電動機Y2系列三相異步電動機全面符合國際電工協(xié)會（IEC）標準，具有國際互換性的特點。它可以廣泛用于世界上大多數(shù)國家，是Y系列電動機的升級換代產(chǎn)品。本系列電動機既有設(shè)計新穎、造型美觀、噪音低、效率高、轉(zhuǎn)距高、結(jié)構(gòu)緊湊、保養(yǎng)方便等特點。圖3-2電機環(huán)境空氣溫度：-15℃≤0≤40℃海拔：不超過1000m電壓：380V頻率：50HZ接法：3KW及以下規(guī)格為Y接法4KW及以上規(guī)格為△接法工作制和定額：以連續(xù)工作制（S1）為基準的連續(xù)定額絕緣等級：F級，繞組溫升按80K考核防護等級：IP54，接線盒部分IP55冷卻方法：IC4113.4閥門及管件選型閥門的選型閥門的材質(zhì)要求：①閥體、閥板材質(zhì)應(yīng)采用球墨鑄鐵②閥桿材質(zhì)。閘閥應(yīng)為不銹鋼閥桿（2Cr13），蝶閥應(yīng)為不銹鋼嵌包的閥桿③螺母材質(zhì)。其應(yīng)采用鑄鋁黃銅或鑄鋁青銅，其硬度和強度均大于閥桿④密封面的材質(zhì)Z41W不銹鋼閘閥不銹鋼閘閥的應(yīng)用范圍:1、設(shè)計制造按GB12234-892、結(jié)構(gòu)長度按GB12221-893、法蘭尺寸按JB/T79-944、閥門檢查和試驗按GB13927不銹鋼閘閥的性能規(guī)范：圖3-3Z41W不銹鋼閘閥圖3-4閘閥圖紙參數(shù)表3-1不銹鋼閘閥-1.6MPa主要連接尺寸尺寸DN1520253240506580100125150200250300350400450500600Lmm130150160180200250265280300325350400450500550600650700800Hmm1751802102103503583734355006146748181225141516301780205021812599Wmm180180200200200240240280320360360400450500500600720720720絲口閘閥產(chǎn)品名稱：閘閥:絲口閘閥產(chǎn)品編號：Z11H產(chǎn)品規(guī)格：15-100mmZ11H、Z15T絲口閘閥通徑（DN）：15-100mm壓力（PN）：1.0MPa-1.6MPa適用介質(zhì)：水、蒸汽、油品適用溫度：≤4250C圖3-5絲口閘閥閥體材質(zhì)：鑄鐵、球墨鑄鐵、銅、不銹鋼圖3-6絲口閘閥圖紙參數(shù)表3-2性能規(guī)范型號公稱壓力PN(MPa)試驗壓力Ps(MPa)工作壓力P(MPa)工作溫度(℃)適用介質(zhì)殼體密封P20P42Z11H-2.51.4≤425水、蒸汽、油品等非腐蝕性介質(zhì)Z11H-404.06.04.44.02.3表3-3外型尺寸公稱通徑DN（mm）LL1HH1D0dDkg401302421525016029666.7直通式截止閥產(chǎn)品名稱：截止閥:J41H法蘭連接鋼制直通式截止閥(國標)產(chǎn)品編號：J41H產(chǎn)品規(guī)格：J41H設(shè)計與制造：GB12235

結(jié)構(gòu)長度：GB12221圖3-6直通式截止閥壓力溫度等級：GB9131JB/T74HG20604

連接法蘭：JB/T79GB9113HG20593-20635法蘭連接鋼制截止閥適用于公稱壓力PN1.6～16.0Mpa，工作溫度-29～550℃的石油、化工、制藥、化肥、電力行業(yè)等各種工況的管道上，切斷或接通介質(zhì)。適用介質(zhì)為：水、油品、蒸汽、酸性介質(zhì)等。操作方式有：手動、齒輪傳動、電動、氣動等。表3-4截止閥參數(shù)

閥體

WCB

ZG1Cr18Ni12Mo2Ti

ZGCr5Mo

ZG1Cr18Ni9Ti

閥蓋

WCB

ZG1Cr18Ni12Mo2Ti

ZGCr5Mo

ZG1Cr18Ni9Ti

支架

WCB

ZG1Cr18Ni12Mo2Ti

ZGCr5Mo

ZG1Cr18Ni9Ti

閥瓣

2Cr13

316

Cr5Mo

304

閥桿

2Cr13

316

25Cr2MoV

304

閥座

25

316

304

304

密封環(huán)

304、增強柔性石墨

填料

增強柔性石墨

閥桿螺母

ZCuA110Fe3不銹鋼管西安不銹鋼管201/202產(chǎn)品規(guī)格：4-426不銹鋼管規(guī)格及外觀質(zhì)量：(1)按GB14975-94《不銹鋼無縫鋼管》規(guī)定，鋼管通常長度(不定尺)熱軋鋼管1.5～10m，熱擠壓鋼管等于和大于1m。冷拔(軋)鋼管壁厚0.5～1.0mm。圖3-7不銹鋼管(2)熱軋(熱擠壓)鋼管的直徑54～480mm共45種；壁厚4.5～45mm共36種。冷拔(軋)鋼管的直徑6～200mm共65種；壁厚0.5～21mm共39種。(3)鋼管內(nèi)外表面不得有裂縫、折疊、龜裂、裂紋、軋折、離層和結(jié)疤缺陷存在，這些缺陷應(yīng)完全清除掉(供機械加工用管除外)，清除后不得使壁厚和外徑超過負偏差。凡不超過允許負偏差的其他輕微表面缺陷可不清除。(4)直道允許深度。熱軋、熱擠壓鋼管、直徑小于和等于140mm的不大于公稱壁厚的5%，最大深度不大于0.5mm；冷拔(軋)鋼管不大于公稱壁厚的4%，最大深度不大于0.3mm。4.實驗指導(dǎo)書4.1實驗裝置的結(jié)構(gòu)和功能試驗臺結(jié)構(gòu)示意圖圖4-1試驗臺結(jié)構(gòu)示意圖1-水箱2-穩(wěn)流柵3-固定角鐵4-排水閥5-真空表6-壓力表7-離心水泵8-三相異步電機9-聯(lián)軸器10-流量計11-截止閥12-止回閥13-真空管14-液位計15-氣蝕罐16-底板支架各部功能：1.汽蝕罐用于水泵汽蝕性能的測試，通過真空泵抽真空，使水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，進而進行水泵汽蝕的研究。2.水箱為水泵串并聯(lián)系統(tǒng)提供循環(huán)水。3.試驗用離心水泵，三相異步電機。4.所需儀器儀表（壓力表，真空表，液位計，流量計，功率表，轉(zhuǎn)速表等）。5.系統(tǒng)管路(不銹鋼管)，所需閥門以及固定框架等。4.2實驗的方法和步驟通過改變手動控制閥開度的方法來調(diào)節(jié)水泵流量，可以使水泵運行在不同的工況點采集數(shù)據(jù)，通過計算和繪圖得到水泵特性曲線。水泵串聯(lián)系統(tǒng)的各基本性能參數(shù)按以下方法測定和計算。流量q，、水泵人口壓力、出口壓力和水泵轉(zhuǎn)矩并通過變送器以及數(shù)據(jù)采集卡在電腦上實時顯示，并采集；水泵轉(zhuǎn)速n使用數(shù)字轉(zhuǎn)速表測量。實驗步驟（1）水泵串聯(lián)性能實驗1．關(guān)閉連接汽蝕罐進出口閥門①②，打開連接水箱的閥門③④；打開自來水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；依次啟動水泵Ⅰ，Ⅱ水泵運行選擇開關(guān)為直接啟動運轉(zhuǎn)方式；關(guān)閉閥門⑤⑦而打開閥門⑧組成水泵的串聯(lián)系統(tǒng)；調(diào)節(jié)冷水泵出口流量調(diào)節(jié)閥⑥⑨，改變流量1和2，使冷水流量從0.2到1.8L/s,讀取十組數(shù)據(jù)，并記錄每一次數(shù)據(jù)。（2）水泵并聯(lián)性能試驗1．關(guān)閉連接汽蝕罐進出口閥門①②，打開連接水箱的閥門③④；2.打開自來水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；3.依次啟動水泵Ⅰ，Ⅱ水泵運行選擇開關(guān)為直接啟動運轉(zhuǎn)方式；4.關(guān)閉閥門⑧而打開閥門⑤組成水泵的并聯(lián)系統(tǒng)；5.調(diào)節(jié)冷水泵出口流量調(diào)節(jié)閥⑥⑨，改變流量1和2，使冷水流量從0.2到1.8L/s,讀取十組數(shù)據(jù)，并記錄每一次數(shù)據(jù)。（3）水泵汽蝕實驗1.給密封汽蝕液罐灌水，充至罐內(nèi)4／5的容積，給真空泵充水；2..關(guān)閉密封罐通氣閥，啟動真空泵，使水泵進口達到一定的真空值，記錄此時的流量Q、揚程H、裝置汽蝕余量等參數(shù)；3.重新啟動真空泵，加大水泵進口真空度，并通過調(diào)節(jié)出口閥使流量仍保持為上述穩(wěn)定值不變；4.重復(fù)步驟3、4至少6～10次。在測量過程中，當(dāng)揚程H稍有改變時，應(yīng)加密測量點據(jù)，直至揚程開始發(fā)生陡降，以便找出該流量下的臨界汽蝕點，確定相應(yīng)的臨界汽蝕余量；5.打開密封罐進氣閥，使液面恢復(fù)為大氣壓，改變出口閥的開度，重復(fù)步驟3、4、5，即可對其它流量下的參數(shù)進行測量。4.3使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項（1）實驗前應(yīng)仔細檢查設(shè)備是否完好，以及儀器儀表的檔位設(shè)置，了解設(shè)備的性能及使用方法。（2）操作設(shè)備是應(yīng)認真，謹慎，嚴謹，了解熟悉整個系統(tǒng)的操作步驟。（3）實驗完畢后應(yīng)認真檢查設(shè)備的使用情況，并按操作要求回歸檔位，做好設(shè)備的檢查并遞交下一組。5.實驗報告5.1實驗的