一、 实验题目离心泵性能实验二、 实验摘要本实验使用转速为2900 r/min ,WB70/055型号的离心泵实验装置，以水为工作流体，通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的性能参数，并画出特性曲线同时标定孔板流量计的孔流系数C 0，测定管路的特性曲线。

实验中直接测量量有q v 、P 出、P 入、电机输入功率N 电、孔板压差ΔP 、水温T 、频率f ，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,从而绘制泵的特性曲线图；又由P 、q v 求出孔流系数C 0、Re ，从而绘制C 0-Re 曲线图，求出孔板孔流系数C 0；最后绘制管路特性曲线图。

关键词: 特性曲线图、孔流系数、He 、N 轴、η、q v三、 实验目的及内容1、解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。

2、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。

四、实验原理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，如下图的曲线。

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He式中： ——泵出口处的压力，mH 2O ； ——泵出口处的压力， mH 2O ；——出口压力表与入口压力表的垂直距离， =0.2m 。

（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，所以泵的总效率为轴N Ne =η 102e ρQHe N =式中 Ne ——泵的有效效率，kW ；Q ——流量，m 3/s ； He ——扬程，m ；Ρ——流体密度，kg/ m 3 由泵输入离心泵的功率N 轴为 轴 电 电 转式中：N 电——电机的输入功率，kW ； η电——电机效率，取0.9；η传——传动装置的效率，取1.0。

2、管路特性曲线测定管路特性是指在流体输送管路不变的情况下，管路需要的能量H=流体损失的能量+流体增加的能量，其中H~q V 关系曲线称为管路特性曲线。

该曲线与泵无关，只受管路和流体影响。

在管路的起点和终点取两个截面，当管径相同，且管内流动达到阻力平方区时，根据机械能衡算方程可知管路需要的能量为：H=在任何一个实际流量点，离心泵传递给液体的有效能量H e ，等于管路在该流量q v 下运送流体所需要的能量H ，即H=He所以H 的测量原理同H e 。

3、孔板流量计空留系数的测定。

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d 1，孔板锐孔直接d 0，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u 1、u 2和p 1、p 2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得：gh p p u =-=-ρ2121222u或gh u 2u 2122=- 由于缩脉的位置随流速的变化而变化，故缩脉处截面积S 2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u 0代替u 2，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gh C u 2u 2122=-对于不可压缩流体，根据连续性方程有：11u u S S =经过整理后，可得：2100)(12S S gh Cu -=令210)(S S ，则可简化为：gh C u 200=根据u 0和S 2，可算出体积流量V s 为gh S C S u 2q 0000v == 或式中：V s ——流体的体积流量，m 3/s ； △p ——孔板压差，Pa ； S 0——孔口面积，m 2；ρ——流体的密度，kg/ m 3； C 0——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，具体数值由试验确定。

当一定时，雷诺数超过某个数值后，C 0 就接近于定值。

通常工业上定型的孔板流量计都在C 0为常数的流动条件下使用。

五、 实验装置流程图离心泵实验带控制点工艺流程图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T101——水温度，； Q102——水流量m 3/h ； ——孔板压降，kPa ；N104——电功率，kW；P105——出口表压，mH2O；P106——入口表压，mH2O。

六、实验操作要点本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。

流量可通过计量槽和秒表测量。

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。

（本实验时不需要管泵操作）3、试验过程：（1）只开孔板管路的切换阀门和引压管阀门，关闭流量调节阀门；（2）按变频仪绿色按钮盒三角形按键，50HZ启动水泵，再排净主管路和引压管线内空气；（3）固定转速（50或40HZ），通过阀门调节水流量0~~最大（>7m3/h）,记录数据完成泵性能实验。

（4）固定调节阀开度，通过变频仪调节水流量从1~~10 m3/h，完成管路实验。

（5）变频仪调50HZ，记录零点，通过阀门调水流量0~~最大（>7m3/h）,完成孔板实验；（切换阀门形成泵并联组合，频率都是50HZ，通过阀门调节水流量从0到最大，共同记录相关数据，即可同时完成步骤3、5）；（6）实验结束，按变频仪红黑色按钮停泵，关闭流量调节阀门等，做好卫生工作。

七、实验数据处理1、离心泵实验数据离心泵f=50HZ H0=0.2m d入=42mm d出=27mm η电=0.9 η传=1.0⑴由实验测得水温如上表所示，密度和粘度近似取ρ=995.5kg/m3 =0.9358mPa·⑵根据公式，A=πd 2/4将表格中的数据(注意单位换算)代入公式即可得出口和入口流速u 入、u 出。

例：u 入==0.168 m·s -1. ⑶根据公式，代入数据可得离心泵的扬程，例： =20.8-0.40+0.20+（0.4082-0.1682）/2/9.81=20.6m 。

⑷根据公式 轴 电 电 转，例： 轴=0.46*0.9*1.0=0.414KW⑸根据公式102e ρQHe N =，例：N e =0.84/3600*20.6*995.5/102=0.047KW⑹根据公式 η轴，例：η=0.047/0.414=0.113=11.3%2、孔板流量计空流系数的测定数据：离心泵f=50HZ H 0=0.2m ρ=995.5kg/m3 =0.9358mPa·s 管：d 0=18.0mm⑴孔板流量计的孔流系数标定数据是同离心泵数据一起测出，则u 即为d=27mm 时的流速，如上表所示。

⑵根据公式,代入数据即可算出C 0，例：=0.84/3600/)=0.76⑶根据公式R e ==（0.027*0.408*995.5）/(0.9358*0.001)=11705⑷由C 0及R e 作图，如七所示。

3、管路特性曲线数据：根据公式，代入数据即可得H，作H~q v图，如下页所示。

八、实验结果与讨论将试验结果用origin作图如下所示：1. 离心泵性能曲线：0.000.050.100.150.200.250.300.350.40η2、孔板流量计C 0~R e 图C 0Re3、管路特性曲线图由图可以看出：1、由图1可知，在恒定转速下,泵的扬程随流量的增大而减小，泵的轴功率随流量的增大而增大，而泵的效率则先增大后减小。

由图可确定该该泵的最佳工作范围是4.75～7.0(m3/h)。

2、由图2可知，孔流系数C0随着雷诺数的增大先减小当雷诺数达到一定值后C0趋于定值，本实验测定结果为R e约等于30000后，C0值为恒为0.72,由于误差的原因出现波动。

3、由图3可知,随着流量增大,单位重量流体所需补充的能量H而增大,不同开度时,在相同的转速（频率相同）时开度大的H小；三组数据拟合结果都呈H=A+Bq v2且相关性较好。

九、分析讨论思考题：1、根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵？在启动前为何要关闭调节阀？答：在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内，因此，离心泵启动时须先使泵内充满液体，称为灌泵；启动前关闭调节阀，水泵中没有形成流量，可以减小电机的启动流量，利于水泵的顺利启动防止，达到保护电机的目的。

2、当改变流量调节阀门开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？答：随着流量调节阀开度的增大，压力表和真空表的读数减小。

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：由R e及适当的面积比m，读C0~R e图来确定C0，当R e增大到一定数值C0只取决于m，根据公式，m=A0/A当m一定，则A0、C0一定，可以算出一定流量下的压差计。

4、试分析气缚现象与气蚀现象的区别。

答：气缚现象：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速度下降，若平均速度下降严重，泵将无法吸上液体，此称为“气缚”现象。

气蚀现象：含气泡的液体进入叶轮后，因压强升高，气泡立刻凝聚。

气泡的消失产生局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心，造成冲击和振动，当气泡凝聚发生在液体表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击着叶片；另外气泡中还可能带有些氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用，泵在这种状态下长期运转，将导致叶片的过早损坏，这种现象称为“泵的气蚀”。

误差分析：1、每次改变流量时后，流体流动并未稳定，读取压差和流量数据有误。

2、仪器本身存在不可避免的系统误差。

3、在数据处理过程中有效值的取舍也存在误差。