2011精品北京化工大学化工原理实验报告实验名称：离心泵性能实验班级：姓名：学号：实验日期：同组人：实验名称：离心泵性能实验本实验以水为工作流体，使用了额定扬程He为20m，转速为2900 r/min IS 型号的离心泵实验装置。

实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数，流量通过计量槽和秒表测量。

实验中直接测量量有P真空表、P压力表、电机功率N电、孔板压差ΔP、计量槽水位上升高度ΔL、时间t,根据上述测量量来计算泵的扬程He、泵的有效功率Ne、轴功率N轴及效率η,从而绘制He-Q、Ne-Q和η-Q三条曲线即泵的特性曲线图,并根据此图求出泵的最佳操作范围；又由P、Q求出孔流系数C0、Re，从而绘制C0-Re曲线图，求出孔板孔流系数C0；最后绘制管路特性曲线H-Q曲线图。

本实验数据由excel处理，所有图形的绘制也由excel来完成。

一、实验目的及任务①了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。

②测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围。

③熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。

④测定孔板流量计的孔流系数。

⑤测定管路特性曲线。

二、基本原理1.离心泵特性曲线测定离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。

其中理论压头与流量的关系，可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到。

由于流体流经泵时，不可避免地会遇到各种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头笑，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，直接测定其参数间的关系，并将测出的He-Q、N-Q 和η-Q三条曲线称为离心泵的特性曲线。

另外，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。

(1)泵的扬程HeHe = H压力表+ H真空表+ H0式中：H真空表——泵出口的压力，m H2O；，H压力表——泵入口的压力，m H2O；H0——两测压口间的垂直距离，H0= 0.85m 。

(2)泵的有效功率和效率由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又比理论值高，所以泵的总效率为η=Ne N轴Ne=Q⋅He⋅ρ102式中：Ne——泵的有效效率，kW；Q——流量，m3/s；He——扬程，m；ρ——流体密度，kg/ m3(3)N轴为由泵输入离心泵的功率N轴为N轴= N电•η电•η传式中：N电——电机的输入功率，kWη电——电机效率，取0.9；η传——传动装置的效率，取1.0；2.孔板流量计空留系数的测定孔板流量计结构如图所示：在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器两端连接。

孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。

若管路直径d1，孔板锐孔直接d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为d2，流体密度ρ，孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为u1、u2和p1、p2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得：u22−u12=p1−p2=gℎ或u22−u12=2gℎ由于缩脉的位置随流速的变化而变化，故缩脉处截面积S2难以知道，孔口的面积为已知，且测压口的位置在设备制成后也不改变，因此，可用孔板孔径处的u0代替u2，考虑到流体因局部阻力而造成的能量损失，用校正系数C后则有u22−u12=C2gℎ对于不可压缩流体，根据连续性方程有u1=u0S0 S1经过整理后，可得：u0=2gℎ1−(0S1)2令C0=1−(0S1)2则可简化为：u0=C02gℎ根据u0和S2可算出体积流量V s为V s=u0S0=C0S02gℎ或V S=C0S02∇p ρ式中：V s——流体的体积流量，m3/s；△p——孔板压差，Pa；S0——孔口面积，m2；ρ——流体的密度，kg/ m3；C0——孔流系数。

孔流系数的大小由孔板的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺数共同决定，具体数值由实验确定。

当d0/d1一定，雷诺数Re超过某个数值后，C0就接近于定值。

通常工业上定性的孔板流量计都在C0为常数的流动条件下使用。

三、实验装置流程图图3.离心泵性能实验装置和流程1、水箱2、离心泵3、涡轮流量计4、管路切换阀5、孔板流量计6、流量调节阀7、变频仪四、操作要点1.检查电机和离心泵是否运转正常。

打开电机电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，可切断电源，准备实验。

2.在进行实验前，首先要灌泵,排出泵内的气体。

灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀即可启动离心泵,开始实验。

3.实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，并用计量槽计量液体流量。

当流量大时，应当注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多次测取几次数据。

4.为防止因水面波动而引起的误差，测量时液位计高度差不小于200mm。

5.测取10组数据并验证其中几组数据，若基本吻合后，可以停泵，同时记下设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程和功率等）。

6.测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测取8~10组数据，并记录。

7.实验结束，停泵，清理现场。

六、原始数据及其处理原始数据表液位高度差ΔL=0.2m孔板流量计：d0=18mm数据处理：1）泵的特性曲线实验（以第二组数据为例）： 水温T=30.1℃，此时水密度为995.6kg/m 3He =H 压力表+H 真空表+H 0=21.8+0.5+0.2=22.5m0.405Kw0.19.045.0N =⨯⨯==转电电轴ηηN 8.15%%100405.0033.0=⨯==轴N N e η2）孔板流量计孔留系数的测定（以第二组数据为例）：水温T=28.3℃，此时水密度为996.146kg/m 3，黏度为0.8306mPa •sKw He Q Ne 033.010236006.9955.2254.0102=⨯⨯⨯=⋅⋅=ρ3)管路特性曲线（以第二组数据为例）：He =H 压力表+H 真空表+H 0=12.7−1.9+0.2=11.0m 经计算机数据处理后得到下表：1.q v =6.0(m 3/h)()()24779.4810306.8146.996851954.0024.0Re 715049543.0146.996100015.091.02018.014.3360098.04242851954.036000242.014.398.044u 4220022=⨯⨯⨯===⨯+⨯⨯⨯⨯=∆=∆==⨯⨯⨯==-μρρπρπdu p d Q p u C d q s m v2.q v=4.0(m3/h)3.f=40Hz七、实验结论及误差分析1. 进行数据处理后利用Excel软件进行关系曲线的绘制，得到结果如下：1)泵的特性曲线：2）孔流系数C 0−Re 关系曲线图3)管路特性曲线2.实验结果分析：1）图1：转速恒定时，随着流体流量的增大，离心泵的扬程逐渐减小，且减小的越来越快，轴功率增大。

由图可确定该该泵的最佳工作范围是3.95—5.90(m 3/h)。

2）图2：在一定范围内，孔流系数Co 的值大小接近，可以近似认为是定值。

在完全湍流区，孔流系数C0随雷诺数Re 的变化不大，此时可认为孔流系数与雷诺数无关，即当雷诺数Re 大于某一值时Co 为一定值。

本实验最终测得Co 的值稳定在0.704，与真实值存在一定的误N-QHe-Qη-QQ=6.0F=40HzF=50HzQ=4.0差。

理论曲线中，Co-Re曲线应当随Re的增加而呈现下降趋势，最后趋于定值。

由于误差影响，,实际测定的曲线会出现一定波动。

3）图3：由管路特性曲线可以看出，随流体流量的增加，管路的压头有递增的趋势；当频率不变时，开度越大，H越小；由He-Q曲线中可以看出，转速越快，扬程也会偏高。

可以从He-Q和H-Q两曲线的交点求出离心泵在频率为50Hz或者40Hz时的工作点。

3.误差分析本次实验误差总体偏小，部分数据测量计算结果与理论值仍有一定偏差，总体较为成功。

实验误差分析如下：1）实验前，管内空气可能未排尽，导致实验时压降值的读数不准确；2）压差计的读数一直在小范围波动，未能完全稳定，只能读出一段时间内的压差求平均值，与真实压降存在数值偏差，从而出现误差。

3）实验使用水在蓄水池中存放时间过久且不纯净。

其黏度、密度不能保证与理想状态完全相同。

4）实验过程中，液体流动会与管壁产生摩擦，产生热量，但管道内各处温度不能保证完全相同。

但检测温度仅为检测点处温度，与实际存在一定偏差。

八、思考题1.根据泵的工作原理，在启动前为何要关闭调节阀6？答：离心泵启动流量最小时，启动电流最小，有利于降低泵启动电流，而漩涡泵属于容积式泵，若启动时出口阀没有关闭，泵出口压力会很高，严重时回打坏选涡轮泵的叶轮。

2、当改变流量调节阀开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？答：当改变流量调节阀开度，流量增加，由柏努力方程可推知，压力表和真空表的读数都逐渐减小。

3、用孔板流量计测流量时，应根据什么选择孔口尺寸和压差计的量程？答：应根据测量所要求的精度值和能量损失的要求，雷诺数Re等方面来选择孔口尺寸和压差计的量程。

4、试分析气缚现象与汽蚀现象的区别。

答：泵在运转时，吸入管路和泵的轴心常处于负压状态，若管路及轴封密封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降。

若平均密度下降严重，泵将无法吸上液体，此成为气缚现象；而汽蚀现象是指泵的安装位置过高，使叶轮进口处的压强降至液体的饱和蒸汽压，引起液体部分气化的现象，汽蚀现象会使泵体振动并发生噪声，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体还会对金属材料发生腐蚀现象，在这种情况下导致叶片过早损坏。

5.根据什么条件来选择离心泵？a．先根据所输送的液体其性质及操作条件来确定泵的类型；b．根据所要求的流量与压头确定泵的型号；c．若被输送的液体的粘度与密度与水相差较大时，应核算泵的特性参数：流量、压头和轴功率。

6.从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可采取哪些措施？答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减小液体的粘度，改变液体，使用比重较小的液体。

7.若要实现计算机在线测控，应如何选择测试传感仪表？答：用漩涡式测压计即可得到有效数据。