化工原理實驗報告 實驗名稱:離心泵特性曲線實驗報告 姓名:張克川 專業:化學工程與工藝(石油煉制) 班級:化工 11203 學號:201202681 離心泵特性曲線實驗報告 一、 實驗目的 1. 了解離心泵的結構與特征,熟悉離心泵的使用。

　2. 測定離心泵在恒定轉速下的特征曲線,并確定離心泵的最佳工作范圍。

　3. 熟悉孔板流量計的構造與性能以及安裝方法。

　4. 測量孔板流量計的孔流系數 C 歲雷諾數 R e 變化的規律。

　5. 測量管路特性曲線。

　二、 基本原理 離心泵的特性曲線就是選擇與使用離心泵的重要依據之一,其特性曲線就是在恒 定轉速下泵的揚程 H、功率 N 及效率 η 與泵的流量 Q 之間的關系曲線,它就是流體在泵內流動規律的宏觀表現形式。由于泵內部流動情況復雜,不能用理論方法推導出泵的特性關系曲線,只能依靠實驗測定。

　2、1 揚程 H 的測定與計算

　取離心泵進口真空表與出口壓力表處為 1、2 兩截面,列機械能衡算方程:

　z 1 + + +H=z 2 + + +

　(1-1) 由于兩截面間的管子較短,通常可忽略阻力項 ,速度平方差也很小,故也可忽略,則有 H=(z 1 -z 2 )+ =H 1 +H 2 (表值)+H 3

　 (1-2)

　由上式可知,只要直接讀出真空表與壓力表上的數值,及兩表的安裝高度差,就可計算出泵的揚程。

　2、2 軸功率 N 的測量與計算

　N=N 電 k(w)

　(1-3) 其中,N 電為電功率表顯示值,k 代表電機傳動效率,可取 0、90 2、3 效率 η 的計算 泵的效率 η 就是泵的有效功率 Ne 與軸功率 N 的比值。有效功率 Ne 就是單位時間內流體經過泵時所獲得的實際功率,軸功率 N 就是單位時間內泵軸從電機得到的功,兩者差異反映了水力損失、容積損失與機械損失的大小。

　泵的有效功率 Ne 可用下式計算: N e =HQ g

　(1-4) η= 100％

　(1-5) 2、4 轉速改變時各參數的換算 泵的特性曲線就是在定轉速下的實驗測定所得。但就是,實際上感應電動機在轉矩改變時,其轉速會有變化,這樣隨著流量Q的變化,多個實驗點的轉速n將有所差異,因此在繪制特性曲線之前,須將實測數據換算為某一定轉速n′(可取離心泵的額定轉速 2900rpm)的數據。換算關系如下:

　 流量

　 (1-6)

　 楊程

　H’ =H

　 (1-7)

　 軸功率

　 N’ =N

　(1-8)

　 效率

　η= =

　(1-9) 2、5 管路特性曲線 H-Q

　當離心泵安裝在特定的管路系統時,實際的工作壓頭與流量不僅與離心泵

　 身的特性有關,海域管路特性有關,也就就是說,在液體輸送的過程中,泵與管路二者就是相互制約的。

　在一定的管路上,泵所提供的壓頭與流量必然與管路所需的壓頭與流量一致。將泵的特性曲線與管路的特性曲線繪在同一坐標圖上。兩曲線交點即為泵在該管路上的工作點。因此。可通過改變泵轉速來改變泵的特征曲線,從而得出管路特性曲線。泵的壓頭 H 計算同上 H=△z+ + + =A+BQ2

　 (1-10)

　其中

　BQ2 =+ = +

　當 H=H 時,調節流量,即可得到管路特性曲線 H-Q。

　2、6 孔板流量計孔流系數的測定 孔板流量計的結構如圖所示 hd 1d 0d 2 孔板流量計就是利用流體通過銳孔的節流作用,造成孔板前后壓強差,作為測

　量的依據。根據波努利方程,暫不考慮能量損失,可得 = =gh

　(1-11)

　觀景為 ,孔板銳孔直徑為 ,流體流經孔板后所形成縮脈的直徑為 流體密度為 ,孔板前測壓導管截面處與縮脈截面處的速度與壓強分別由于縮脈位置隨流速的變化而變化,故縮脈處截面積 難以知道,

　而孔口的面積為已知,可用孔板孔徑處的 ,考慮到流體因局部阻力而造成的能量損失,用校正系數 C 校正后則有: -C

　 (1-12) 對于不可壓縮流體,更具連續性方程可知:

　 (1-13) 經過整理:

　(1-14)

　令 則又簡化為

　根據 與 即可算出流體體積流量:

　/s

　 (1-15)

　式中

　 Q—流體的體積流量,

　△P—孔板壓差 —孔口面積

　 — 流體密度

　 —孔流系數 孔流系數的大小由孔板銳孔的形狀,測壓口的位置,孔徑與管徑比與雷諾準數共同決定的,具體數值由實驗確定。當

　一定時雷諾數超過某一值后, 就接近于定值。通常工業上定型的孔板流量計都在 為常數的流動條件下使用 三. 實驗裝置與流程

　3、 1 實驗裝置與流程

　離心泵特性曲線測定裝置流程如圖

　3、2 裝置參數

　 離心泵特性曲線裝置參數如表所示 裝置參數 名稱 規格 參數 備注 入管口 DN40

　不銹鋼管 出管口 DN40

　不銹鋼管 水泵 磁力驅動泵 32CQ-15 流量:100L/min,楊程:15m 驅動功率:1、1kw,電壓:380v 轉速:2900r/min 上海凱達自動化給水設備有限公司 孔板流量計

　=0、73, =0、021m

　渦轉流量計 LWGY-25AOD3T/K 公稱壓力:03MPa,

　精確度 0、5 級 上海自儀九儀有限公司 水箱 0、60m×0、40m×0、60m

　不銹鋼 高位槽 φ0、11m×0、25m

　不銹鋼 流量調節閥 1000WOG 球閥 DN40 不銹鋼 變頻調節器 MICRMASTER420 1、5KW,380V SIEMENS 裝置控制點 儀表序號 名稱 傳感元件及儀表參數 顯示儀表 PI01 泵入口壓力 壓阻式 AI-708ES NI02 泵電機功率 功率傳感器 AI-708ES PI03 泵出口壓力 壓阻式 AI-708ES PI04 渦輪流量 渦輪流量計 AI-708EYS △PI05 孔板壓差 WNK1151 傳感器 AI-708ES TI06 水溫差 PT100 AI-708ES 四.實驗步驟與注意事項 4、1 實驗步驟

　1、水箱加水。給離心泵灌水,排出泵內氣體。

　2、檢查電源與信號線就是否與控制柜連接正確,檢查各閥門開度與儀表自檢情況,試開狀態下檢查點擊與離心泵就是否運轉正常。

　3、實驗時,逐漸打開閥門以增大流量,待各儀表讀數顯示穩定后,讀取相應的數據。

　4、測定管路特征曲線時,固定閥門開度,改變離心泵電機頻率,測定液體的流量、離心泵進、出口壓力以及電機頻率。

　5、記錄流量及孔板兩端壓降,測定孔板流量計的 ～R e 之間的關系,并計算孔流系數。

　6、測十組數據后,可以停泵,同時記下設備的相關數據。

　4、2 注意事項

　1、一般每次實驗前,均需對泵進行灌泵操作,以防離心泵氣縛。同時注意定期對泵保養,以防葉輪被固體顆粒損壞。

　2、泵運轉過程中,勿碰泵的主軸部分,因其高速運轉,可能會纏繞并傷害身體接觸部位。

　五.實驗數據記錄與處理

　1、記錄實驗原始數據 表 表 4

　離心泵特性曲線數據記錄表

　 表一

　 管路特性曲線測定數據記錄表(固定閥門中等) 表二

　 孔板壓差數據記錄表 表三

　 離心泵性能測定數據記錄表 ( 用 閥 門改變流量) 表 2、數據處理 表四

　 離心泵性能測定數據處理表 序號 轉 速/Hz 功 率/KW 水 流 量V/(m 3 ?h -1 ) 進口壓力/10 4 Pa 出口壓力/10 4 Pa 水 溫/℃ 壓 降/10 4 Pa 1 10、 0、17 0、93 0、4 0、7 25、9 0、39 2 12 0、19 1、19 0、3 0、9 25、9 0、40 3 14 0、21 1、45 0、3 1、2 25、8 0、40 4 16 0、26 1、69 0、3 1、5 25、8 0、41 5 18 0、27 1、93 0、3 1、9 25、7 0、42 6 20 0、30 2、18 0、3 2、2 25、7 0、43 7 22 0、32 2、43 0、3 2、7 25、7 0、43 8 24 0、36 2、66 0、2 3、2 26、1 0、44 9 26 0、39 2、89 0、2 3、7 26、1 0、44 10 28 0、44 3、13 0、2 4、3 26、1 0、45 流量 V (m 3 ?h -1 ) 1、56 1、70 1、86 2、00 2、14 2、29 2、44 2、58 2、72 左/mm

　3

　 70 右/mm -720 -850 -1040 -1200 -1440 -1550 -1720 -1850 -2020 序號 轉 速/Hz 功 率/KW 水 流 量V/(m 3 ?h -1 ) 進口壓力/10 4 Pa 出口壓力/10 4 Pa 水 溫/℃ 壓 降/10 4 Pa 1 35、 0、57 0、51 0、4 8、4 25、9 -2、11 2 35 0、57 1、05 0、3 8、2 25、9 -2、06 3 35 0、60 1、50 0、3 8、0 26、0 -2、02 4 35 0、59 2、08 0、3 7、9 26、0 -1、97 5 35 0、57 2、49 0、3 7、8 26、1 -1、89 6 35、 0、58 3、14 0、1 7、3 26、1 -1、86 7 35 0、59 3、65 0、1 6、9 26、1 -1、82 8 35 0、60 4、11 0、1 6、4 26、1 -1、81 9 35 0、60 4、54 0 6、0 26、2 -1、79 10 35 0、60 5、06 -0、1 5、3 26、3 -1、77

　序號 密度ρ(Kg?m -3 ) 壓頭He/m 軸功率N/KW 有效功率Ne/W 效率η/% 1 996、76

　8、48

　0、513

　11、749

　2、3

　2 996、76

　8、38

　0、513

　23、897

　4、7

　3 996、74

　8、17

　0、54

　33、306

　6、2

　4 996、74

　8、07

　0、531

　45、606

　8、6

　表五

　離心泵性能測定數據修正表 表六

　管路特性曲線測定數據處理表 表七

　孔流系數的處理表 3、作圖 一定轉速下的 H～Q、N～Q、η～Q 曲線 0 1 2 3 4 5 6 71011121314151617

　He Ne η流 量Q/m 3 · s -1壓頭 He/m01020304050607080有效 功率Ne/W效 率η/% 圖 圖 1

　離心泵特性曲線 分析實驗結果,判斷泵最佳工作范圍

　 5 996、71

　7、97

　0、513

　53、904

　10、5

　6 996、71

　7、66

　0、522

　65、359

　12、5

　7 996、71

　7、25

　0、531

　71、919

　13、5

　8 996、71

　6、74

　0、54

　75、274

　13、9

　9 996、68

　6、44

　0、54

　79、366

　14、7

　10 996、66

　5、82

　0、54

　80、023

　14、8

　序號 流量 Q (m 3 ?s -1 ) 壓頭He/m 軸功率N/KW 有效功率 Ne/W 效率η/% 1 0、85

　16、17

　1、35

　11、749

　2、3

　2 1、45

　15、98

　1、35

　23、897

　4、7

　3 2、07

　15、59

　1、42

　33、306

　6、2

　4 2、87

　15、39

　1、40

　45、606

　8、6

　5 3、44

　15、20

　1、35

　53、904

　10、5

　6 4、34

　14、61

　1、37

　65、359

　12、5

　7 5、04

　13、83

　1、40

　71、919

　13、5

　8 5、68

　12、86

　1、42

　75、274

　13、9

　9 6、27

　12、27

　1、42

　79、366

　14、7

　10 6、99

　11、10

　1、42

　80、023

　14、8

　序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 流量 Q/(m 3 ?s -1 ) 0、93 1、19 1、45 1、69 1、93 2、18 2、43 2、66 2、89 3、13 壓頭 He/m 0、61

　0、91

　1、22

　1、53

　1、94

　2、24

　2、75

　3、37

　3、88

　4、49

　序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C 0

　0、1778

　0、1781

　0、1778

　0、1785

　0、1761

　0、1770

　0、1778

　0、1784

　0、1786

　R e /10 8

　1、04

　1、14

　1、25

　1、34

　1、43

　1、53

　1、63

　1、73

　1、82

　由泵的效率與流量關系圖可得,在流量 0、70-7、00m3 /h 范圍內,泵的效率逐漸升高,但在 5、0-7、0 區間內,泵的效率趨于平緩;而在電機功率與流量關系圖中,電機的效率隨著流量的升高而升高。由此在實驗范圍內我們可判定泵的最佳工作范圍在流量控制在 5、0-7、0m3 /h 內。

　管路特性曲線 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5012345

　壓頭 He/m流 量Q/m 3 · s -1 B 圖 圖 2

　管路特性曲線 六、 思考題

　1、試從所測實驗數據分析,離心泵在啟動時為什么要關閉出口閥門？ 答:減小泵的啟動功率,從而達到保護電機的目的。

　2、啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動不起來,您認為可能的原因就是什么？ 答:(1)防止氣縛現象的發生

　(2)水管中還有空氣沒有排除 3、為什么用泵的出口閥門調節流量？這種方法有什么優缺點？還有其她方法調節流量？ 答:優點:操作簡單,但就是難以達到對流量的精細控制。

　4、泵啟動后,出口閥如果打不開,壓力表讀數就是否會逐漸上升？為什么？ 答:不會,因為水不能運輸上去。

　5、正常工作的離心泵,在其進口管路上安裝閥門就是否合理？為什么？ 答:不合理。容易產生節流損失產生壓損壓力降低,易造成汽蝕的發生。

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