實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(流體管網(wǎng))

實(shí)驗(yàn)教學(xué)流體輸配管網(wǎng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書李軍編廣東海洋大學(xué)目錄離心泵特性曲線的測(cè)定——————————————————1離心式風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)———————————————————6熱網(wǎng)水力工況實(shí)驗(yàn)————————————————————9離心泵特性曲線的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑诨S或?qū)嶒?yàn)室中，經(jīng)常需要各種輸送機(jī)械用來輸送流體。根據(jù)不同使用場(chǎng)合和操作要求，選擇各種類型的流體輸送機(jī)械。離心泵是其中最常用的一類液體輸送機(jī)械。離心泵的特性由廠家通過實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定，并提供給用戶在選擇和使用泵時(shí)參考。本實(shí)驗(yàn)采用單級(jí)單吸離心泵裝置，實(shí)驗(yàn)測(cè)定在一定轉(zhuǎn)速下泵的特性曲線。通過實(shí)驗(yàn)了解離心泵的構(gòu)造、安裝流程和正常的操作過程，掌握離心泵各項(xiàng)主要特性及其相互關(guān)系，進(jìn)而加深對(duì)離心泵的性能和操作原理的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理離心泵主要特性參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率和效率。這些參數(shù)不僅表征泵的性能，也是選擇和正確使用泵的主要依據(jù)。1．泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指單位時(shí)間內(nèi)泵所排出的液體體積。泵的流量可直接由一定時(shí)間t內(nèi)排出液體的體積V或質(zhì)量m來測(cè)定。即m3/s或m3/s若泵的輸送系統(tǒng)中安裝有經(jīng)過標(biāo)定的流量計(jì)時(shí)，泵的流量也可由流量計(jì)測(cè)定。當(dāng)系統(tǒng)中裝有孔板流量計(jì)時(shí)，流量大小由壓差計(jì)顯示，流量Vs與倒置U形管壓差計(jì)讀數(shù)R之間存在如下關(guān)系：m3/s式中C0——孔板流量系數(shù)；S0——孔板的銳孔面積。2．泵的揚(yáng)程泵的揚(yáng)程即總壓頭，表示單位重量液體從泵中所獲得的機(jī)械能。若以泵的壓出管路中裝有壓力表處為B截面，以及入管路中裝有真空表處為A截面，并在此兩截面之間列機(jī)械能衡算式，則可得出泵揚(yáng)程He的計(jì)算公式：式中PB——由壓力表測(cè)得的表壓強(qiáng)，Pa；PA——由真空表測(cè)得的真空度，Pa；H0——A、B兩個(gè)截面之間的垂直距離，m；UA——A截面處的液體流速，m/s；UB——B截面處的液體流速，m/s。3．泵的功率在單位時(shí)間內(nèi)，液體從泵中實(shí)際所獲得的功，即為泵的有效功率。若測(cè)得的流量Vs[m3/s]，揚(yáng)程為He[m]，被輸送液體的密度為[kg/m3]，則泵的有效功率可按下式計(jì)算：W泵軸所作的實(shí)際功率不可能全部為被輸送液體所獲得，其中部分消耗于泵內(nèi)的各種能量損失。電動(dòng)機(jī)所消耗的功率又大于泵軸所做出的實(shí)際功率。電機(jī)所消耗的功率可直接由輸入電壓U和電流I測(cè)得，即W4．泵的總效率泵的總效率可由測(cè)得的泵有效功率和電機(jī)實(shí)際消耗功率計(jì)算得出，即這時(shí)得到的泵的總效率除了泵的效率外，還包括傳動(dòng)效率和電機(jī)的效率。5．泵的特性曲線圖1離心泵特性曲線上述各項(xiàng)泵的特性參數(shù)并不是孤立的，而是相互制約的。因此，為了準(zhǔn)確全面地表征離心泵的性能，需在一定轉(zhuǎn)速下，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各項(xiàng)參數(shù)即：He、N、η與Vs之間的變化關(guān)系標(biāo)繪成一組曲線。這組關(guān)系曲線稱為離心泵特性曲線，如圖1所示。離心泵特性曲線對(duì)離心泵的操作性能得到完整的概念，并由此可確定泵的最適宜操作狀況。圖1離心泵特性曲線通常，離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)得的。若改變了轉(zhuǎn)速，泵的特性曲線也將隨之而異。泵的流量Vs、揚(yáng)程He和有效功率Ne與轉(zhuǎn)速n之間，大致存在如下比例關(guān)系：；；三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置主體設(shè)備為一臺(tái)單級(jí)吸離心水泵。為了便于觀察，泵殼端蓋用透明材料制成。電動(dòng)機(jī)直接連接半敞式葉輪。離心泵與循環(huán)水槽、分水槽和各種測(cè)量?jī)x表構(gòu)成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)裝置及其流程如圖2的所示。圖2離心泵實(shí)驗(yàn)儀流程圖1．循環(huán)水槽；2．底閥；3．離心泵；4．真空表；5．注水槽；6．壓力表；7．調(diào)節(jié)閥；8．孔板流量計(jì)；9．分流槽；10．電流表；11．調(diào)壓變壓器；12．電壓表；13．倒置U形管壓差計(jì)泵將循環(huán)水槽中的水，通過吸入導(dǎo)管吸入泵體的，在吸入導(dǎo)管上端裝有真空表，下端裝有底閥(單向閥)，底閥的作用是當(dāng)注水槽向泵體內(nèi)注水時(shí)，防止水的漏出。水由泵的出口進(jìn)入壓出導(dǎo)管。壓出導(dǎo)管沿程裝有壓力表、調(diào)節(jié)閥和孔板流量計(jì)。由壓出導(dǎo)管流出的水，用轉(zhuǎn)向彎管送入分流槽。分流槽分為二格，其中一格的水可流出用以計(jì)量，另一格的水可流回循環(huán)水槽。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同可用轉(zhuǎn)向彎管進(jìn)行切換。四、實(shí)驗(yàn)方法在離心泵性能測(cè)定前，按下列步驟進(jìn)行啟動(dòng)操作：(1)充水。打開注水槽下的閥門，將水灌入泵內(nèi)。在灌水過程中，需打開調(diào)節(jié)閥，將泵內(nèi)空氣排除。當(dāng)從透明端蓋中溯：察到泵內(nèi)已灌滿水后，將注水閥門關(guān)閉。(2)啟動(dòng)。啟動(dòng)前，先確認(rèn)泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，變壓器調(diào)回零點(diǎn)，然后合閘接通電源。緩慢調(diào)節(jié)變壓器至額定電壓(220V)，泵即隨之啟動(dòng)。(3)運(yùn)行。泵啟動(dòng)后，葉輪旋轉(zhuǎn)無振動(dòng)和噪聲，電壓表、電流表、壓力表和真空表指示穩(wěn)定，則表明運(yùn)行正常，即可投入實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，逐漸分步調(diào)節(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥。每調(diào)定一次閥的開啟度，待狀況穩(wěn)定后，即可進(jìn)行以下測(cè)量：(1)將出水轉(zhuǎn)向彎頭由分水槽的回流格撥向排水格同時(shí)、用秒表計(jì)取時(shí)間，用容器接取一定水量。用稱量或量取體積的方法測(cè)定水的體積流率。(這時(shí)要接好循環(huán)水槽的自來水源)。(2)從壓強(qiáng)表和真空表上讀取壓強(qiáng)和真空度的數(shù)值。(3)記取孔板流量計(jì)的壓差計(jì)讀數(shù)。(4)從電壓表和電流表上讀取電壓和電流值。在泵的全部流量范圍內(nèi)，可分成8～10組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)將泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，再將調(diào)壓變壓器調(diào)回零點(diǎn)，最后再切斷電源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及整理1．基本參數(shù)(1)離心泵流量：Vs=揚(yáng)程：He=功率：N=轉(zhuǎn)速：n=(2)管道吸入導(dǎo)管內(nèi)徑：d1=mm壓出導(dǎo)管內(nèi)徑：d2=mmA、B兩截面間垂直距離：H0=mm(3)孔板流量計(jì)銳孔直徑：d0=mm導(dǎo)管內(nèi)徑：d1=mm2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，可參考下表進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)序號(hào)12345水的溫度T/℃水的密度ρ/(kg/m3)水柱壓差計(jì)讀數(shù)R/mm水的質(zhì)量m/kg接水時(shí)間t/s表壓強(qiáng)PB/Pa真空度PA/Pa電壓U/V電流I/A3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理(1)參考下表對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理：實(shí)驗(yàn)序號(hào)12345流量Vs/(m3/s)揚(yáng)程He/m有效功率Ne/W實(shí)際消耗功率N/W總效率列出表中各項(xiàng)計(jì)算公式。(2)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)繪成孔板流量標(biāo)定曲線，并求取孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)。(3)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理結(jié)果標(biāo)繪成離心的特性曲線?！x心式風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉風(fēng)機(jī)性能測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)與基本原理。2．掌握利用實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定風(fēng)機(jī)特性的實(shí)驗(yàn)方法。3．通過實(shí)驗(yàn)得出被測(cè)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能(P-Q，Pst-Q，ηstin-Q，N-Q曲線)。4．通過計(jì)算將測(cè)得的風(fēng)機(jī)特性換算成無因次參數(shù)特性曲線。5．將試驗(yàn)結(jié)果換算成指定條件下的風(fēng)機(jī)參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)裝置根據(jù)國(guó)家關(guān)于GBl236《通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并制造了本試驗(yàn)裝置。本試驗(yàn)裝置采用進(jìn)氣試驗(yàn)方法，風(fēng)量采用錐形進(jìn)口集流器方法測(cè)量。裝置主要分三部分(見圖1)圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖1．進(jìn)口集流器；2．節(jié)流網(wǎng)；3．整流柵；4．風(fēng)管；5．被測(cè)風(fēng)機(jī)；6．電動(dòng)機(jī)；7．測(cè)力矩力臂；8．測(cè)壓管；9．測(cè)壓管試驗(yàn)風(fēng)管主要由測(cè)度管路。節(jié)流網(wǎng)、整流柵等組成。空氣流過風(fēng)管時(shí)，利用集流器和風(fēng)管測(cè)出空氣流量和進(jìn)入風(fēng)機(jī)的靜壓Pest1，整流柵主要是使流入風(fēng)機(jī)的氣流均勻。節(jié)流網(wǎng)起流量調(diào)節(jié)作用。在此節(jié)流網(wǎng)位置上加銅絲網(wǎng)或均勻地加一些小紙片可以改變進(jìn)入風(fēng)機(jī)的流量。測(cè)功率電機(jī)6，用它來測(cè)定輸入風(fēng)機(jī)的力矩，同時(shí)測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速，就可得出輸入風(fēng)機(jī)的軸功率。三、實(shí)驗(yàn)步驟1．將壓力計(jì)(壓力傳感器)通過聯(lián)通管與試驗(yàn)風(fēng)管的測(cè)壓力孔相連接，在連接前檢查測(cè)壓管路有無漏氣現(xiàn)象，應(yīng)保證無漏氣。2．電動(dòng)初：?jiǎn)?dòng)前，可在配重桿移動(dòng)配重塊，使電機(jī)處于平衡狀態(tài)。3．啟動(dòng)電機(jī)，顯示屏上顯示重量G，轉(zhuǎn)速n，集流器壓力ΔPn，風(fēng)管靜壓Pest1。4．在節(jié)流網(wǎng)前加橡皮方塊，使流量逐漸減小直到零，來改變風(fēng)機(jī)的工況，一般取十個(gè)測(cè)量工況(包括全開和全閉工況)，每一工況穩(wěn)定后記下讀數(shù)。5．試驗(yàn)前后分別記錄大氣壓力和溫度。四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1風(fēng)機(jī)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)記錄表被測(cè)風(fēng)機(jī)型號(hào)：__________________制造號(hào)：______________風(fēng)機(jī)尺寸：進(jìn)口直徑D1=_________m；出口面積A=a×b=_________m2；風(fēng)管直徑：DlP=_____________m；集流器直徑dn=___________m；力臂長(zhǎng)L=___________m；大氣壓力Pa=____________；大氣溫度ta=____________℃。測(cè)試工況進(jìn)口風(fēng)管壓力Pest1集流器負(fù)壓ΔPn平衡重量G轉(zhuǎn)速n12345678910實(shí)驗(yàn)日期：實(shí)驗(yàn)人員：五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1．測(cè)試數(shù)據(jù)的整理計(jì)算(表2)2．繪制被測(cè)風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性曲線。3．將測(cè)得參數(shù)換算成無因次量，繪制無因次性能曲線。4．將試驗(yàn)結(jié)果換算成指定條件下的風(fēng)機(jī)參數(shù)。表2風(fēng)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的整理計(jì)算表序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或由來測(cè)試工況123456789101進(jìn)口風(fēng)管壓力Pest1Pa測(cè)得值2集流器負(fù)壓PnPa測(cè)得值3平衡重量GN測(cè)得值4轉(zhuǎn)速nrpm測(cè)得值5大氣密度ρa(bǔ)kg/m3Pa/RTA6進(jìn)氣壓力P1PaPa+Pest17進(jìn)氣密度ρ1kg/m3P1/RTA8流量Qm3/min66.643αnεndn2(ρa(bǔ)Pn)/ρ19進(jìn)口動(dòng)壓Pd1Pa10進(jìn)口靜壓Pst1PaPest1-Pd1(0.0251/D1P)11出口動(dòng)壓Pd2PaPd1(A1/A2)212風(fēng)機(jī)動(dòng)壓PdPaPd213風(fēng)機(jī)靜壓PstPa-(Pst1)-Pd114風(fēng)機(jī)全壓P0PaPst+Pd15輸入軸功率Nsh---N1(G-G′)/955016全壓內(nèi)效率ηin---QP0/(6×104Nsh)17靜壓內(nèi)效率ηstin---QPst/(6×104Nsh)18流量系數(shù)φ---Q/(60πD2impμimp/4)19全壓系數(shù)Ψ---P0/(ρ1μ2imp)20靜壓系數(shù)Ψst---Pst/(ρ1μ2imp)21功率系數(shù)λ---1000Nsh/(πD2impρ1μ2imp/4)熱網(wǎng)水力工況實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖褂脽峋W(wǎng)水力工況模型實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行幾種水力工況變化的實(shí)驗(yàn)，能直接了解熱水網(wǎng)路水壓的變化情況，鞏固熱水網(wǎng)路水力工況計(jì)算的基本原理。掌握水力工況分析方法、驗(yàn)證熱水網(wǎng)路水壓圖和水力工況的理論。二、實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1設(shè)備簡(jiǎn)圖設(shè)備由管道、閥門、流量計(jì)、穩(wěn)壓罐、模擬鍋爐、水泵等組成，用來模擬由5個(gè)用戶組成的熱水網(wǎng)路。上半部有高位水箱和安裝在一塊垂直木版上的12根玻璃管，玻璃管的頂端與大氣相通，玻璃管下端用膠管與網(wǎng)路分支點(diǎn)相接，用來測(cè)量熱網(wǎng)用戶連接點(diǎn)處的供水干管的測(cè)壓管水頭(誰壓曲線高度)。每組用戶的兩支玻璃管間附有標(biāo)尺以便讀出各點(diǎn)壓力。三、實(shí)驗(yàn)步驟閥門操作見系統(tǒng)圖。1、平常水壓圖。啟動(dòng)水泵緩慢打開閥A和a閥門，水由水泵經(jīng)鍋爐、穩(wěn)壓罐后，一部分進(jìn)入供水干管、用戶、回水管；另一部分進(jìn)入高位水箱，待系統(tǒng)充滿水，打開B閥的同時(shí)關(guān)閉A閥，保持水箱穩(wěn)定，調(diào)節(jié)各閥門，以增加或減少管段的阻力，使各節(jié)點(diǎn)之間有適當(dāng)?shù)膲翰?，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，記錄各點(diǎn)的壓力和流量，并以此繪正常水壓圖。圖2系統(tǒng)圖2、關(guān)小供水干管中閥門1時(shí)的水壓圖將閥門1關(guān)小些，這時(shí)熱網(wǎng)中總流量將減少，供水干管與回干管的水速降低，單位長(zhǎng)度的壓力降減少，因此水壓圖比正常工況時(shí)平坦些，在閥門1處壓力突然降低，閥門1以前的用戶，由于支路水頭增加，流量都有所增加，越接近閥門1的用戶增加越多，閥1以后各用戶的流量將減少，減少的比例相同。即所謂一致等比失調(diào)，記錄各點(diǎn)壓力、流量。繪制新水壓圖與正常的進(jìn)行比較，并記錄各用戶流量的變化程度。3、關(guān)閉E用戶時(shí)的水壓圖將閥