报告题目：离心泵性能试验
实验时间：2015年12月16日
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报告摘要
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，所有图形的绘制由ORIGIN来完成
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。
基本理论
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，如图4-3中的曲线。
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小，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，根据此曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。
泵的扬程用下式计算：
e 0H H H H =++真空表压力表
式中：H 真空表——泵出口处的压力，2mH O ；
H 压力表——泵入口处的真空度，2mH O ；
0H ——压力表和真空表测压口之间的垂直距离0.2m 。
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 102
e ρ
⋅⋅=
He Q 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
轴N 为由泵输入离心泵的功率：
转电电轴ηη∙∙=N N
式中：电N ——电机的输入功率，kW ； 电η——电机效率，取0.9；
转η——传动装置的效率，一般取1.0； 2.孔板流量计孔流系数的测定 孔板流量计的结构如图4-4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d 1，孔板锐孔直径为d 0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为2d ，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 =-=-ρ
212
1
222u
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 校正后则有：
gh C u 2u 212
0=-
对于不可压缩流体，根据连续性方程有：
1
00
1u u S S = 经过整理可得：
2
1
00)(
12S S gh C
u -=
令2
1
00)(
1S S C C -=
，则又可以简化为：
gh C u 200=
根据u 0和S 2即可算出体积流量：
gh S C S u V 20000s == 或ρ
p
S C V S △20
0=
式中：s V ——流体的体积流量，m 3/s ；
P ∆——孔板压差，Pa ； 0S ——孔口面积，m 2； ρ——流体的密度，kg/ m 3； 0C ——孔流系数。
孔流系数的大小由孔板锐孔的形状，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10/d d 一定，雷诺数Re 超过某个数值后，0C 就接近于定值。
通常工业上定型的孔板流量计都在0C 为常数的流动条件下使用。
实验装置流程图
图4-5所示为泵性能实验带控制点的工艺流程。
实验操作要点
1、打开主管路的切换阀门，关闭流量调节阀门6，按变频仪7绿色按钮启动泵，固定转速（频率在50Hz），观察泵出口压力表读数在0.2MPa左右时，即可开始实验。
2、通过流量调节阀6，调节水流量，从0到最大（流量由涡轮流量计3测得），记录相关数据，完成离心泵特性曲线和孔板孔流系数实验。
3、打开全部支路阀门，流量调节阀6使流量固定在6，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验一。
4、将频率调回50Hz，流量调节阀6使流量固定在4，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验二。
5、将频率调回50Hz，流量调节阀6使流量固定在2，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验三。
6、每个实验均测10-12组数据，实验完后再测几组验证数据，若基本吻合，则可停泵（按变频仪红色按钮停泵），关闭流量调节阀6，做好卫生工作，同时记录设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等）。
实验数据整理
离心泵性能实验：
以第一组数据为例：
已知流量和出入口直径，可得到入口流苏0.11 m/s，出口流速0.26m/s。
经过插入法计算，在温度为24.70℃时，水的密度为994.53 kg/m3。
He=p2-p1+H0+（u22-u12）/2g
=21m
N轴=0.9N电
=0.31kW
Ne=(Q/3600*He*ρ)/102
=0.03kW
η= Ne/ N轴
=0.1
作图可得(去除坏点第九组数据):
孔板流量计：
可以算出S0=0.00025m2
用插入法可以算出，在24.7℃时，水的密度为994.53 kg/m3，粘度为90.9*10-5Pa*s。
Re=duρ/μ
=8041
C0=V s/S0/(2Δp/ρ)0.5
=0.83
作图可得（去除坏点第八组数据）：
管路特性实验
中流量：
用插入法可以算出，在27.2℃时，水的密度为993.90kg/m3。
H=P2-P1+H0+（u22-u12）/2g
=19.74m
作图可得：
实验结果及结论
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，而泵的效率则存在最大值。
2.由图2可知，孔流系数Co在一定范围内是一定值,当雷诺数Re大于谋一值时Co不再改
变,一般在0.6—0.7，本实验测定结果为0.78，较之略大。
由于误差的原因,实际测定Co-Re 曲线并并不像理论曲线样随着Re的增大而减小然后趋于定值, 而是有所波动。
3.由图3可知,随着流量Q的增加,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。
分析讨论
1、实验开始时，发现实验仪器主阀有漏水现象，在流量为范围时，管路中出现杂音，可能有进气，所以影响了实验数据的准确性。
2、实验的仪器使用时间过长，并且没有进行校准，所以造成的一定的实验误差。
3、实验操作时，因为阀门有漏水现象，使得阀门控制精准度较低，造成的认为误差会比较大。
思考题
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：增大阀门开度时，压力表的读数和真空表读数均变小。
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？
答应根据管路流动的雷诺数Re和面积比m来选择
4.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。
答：“气蚀”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。
叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体
积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。
气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。
“气蚀”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。
解决方法是1、选择足够的气蚀余量。
2、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。
“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。
解决方法石材用灌泵等方法将气体赶出来。