实验二 离心泵计算机数据采集及过程控制实验

4.2 离心泵计算机数据采集及过程控制实验

一、 实验目的

1. 熟悉离心泵的操作方法。

2. 掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。

3. 掌握离心泵特性管路特性曲线的测定方法、表示方法。 4． 观察离心泵的汽蚀现象，了解其产生的原因。 二、实验内容

1. 练习离心泵的操作。

2. 测定某型号离心泵在一定转速下，H （扬程）、N （轴功率）、η（效率）与Q （流量）

之间的特性曲线。

3. 测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 三、实验原理 （一）离心泵特性曲线

离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H 、轴功率及 效率η均随流量Q 而改变。通常通过实验测出H —Q 、N —Q 及 η—Q 关系，并用曲线表

示

之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的 具体测定方法如下： ⒈ H 的测定：

在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程

出

入入

出

入出入出出

入出出出入

入入）--+-+-+

-=+++=+++f f H g

u u

g

P P Z Z H H g u g P Z H g u g P Z 2(222

222ρρρ

上式中出入-f H 是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流

动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，

出入-f H 值很小，故可忽略。于是上式变为：

g

u u g

P P Z Z H 2(22入

出入

出入出）-+

-+

-=ρ 将测得的）入出Z Z -(和入出P

P -的值以及计算所得的u 入，u 出代入上式即可求得H 的

值。

⒉ N 的测定：

功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：

泵的轴功率N ＝电动机的输出功率，kW

电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率（0.6）。 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw 。 ⒊ η的测定

N Ne =η 其中 102

1000ρ

ρHQ g HQ Ne == kw

式中：η— 泵的效率； N — 泵的轴功率，kw Ne — 泵的有效功率，kw H — 泵的压头，m Q — 泵的流量，m 3/s ρ— 水的密度，kg/m 3 （二）管路特性曲线

当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。 在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H 计算同上。

四、实验装置

图4-3 实验装置流程示意图

该实验装置流程图见图4-3。水泵（WB70/055型离心泵，转速2800rpm ）将储水槽中的水抽出，送入实验系统，经出口自动调节阀控制管路流量。流体经输送管路至涡轮流量计计量流量后，又经回流管路流回储水槽，循环使用以保证水槽液面恒定不变。泵的入口真空度和出口压强用真空表和压强表来测量，电动机输入功率用功率表来测量。

标准涡轮流量计测量的流量公式为：

k

f V s =

式中-s V 流体流量；（L/s ）

-f 涡轮流量计频率数（赫兹）

实验装置的其它参数分别为：

泵入口、出口测压点间的距离(Z 2-Z 1)=0.280米

泵入口、出口管内径d1、d2=0.025米

五、实验方法

实验前，向储水槽加入蒸馏水，合上电源总开关。 A ． 人工操作：

（

1） 将流量控制仪表(PT139E)调到手动的位置上，即同时按住 （2） 按照变频调速器说明设定（F011为0；F0 10为0）后在并设定变频调速器的频

率。

（3） 流体的流量待流体稳定后测量其流量、泵进出口压力和电机输入功率，共测8～10组数据。

通讯口

（流量调节阀的位置从零位到最大）

（4）这样可以得到离心泵特性曲线。

（5）将流量调节阀放在任何一位置，改变变频调速器的频率，流体稳定后分别测量其流量、泵进出口压力，共测16～18组数据，即可测得管路特性曲线。

（6）把流量调至零位后，停泵。

B．计算机过程控制实验：（自动—自动调节流量）

（1）设定变频调速器（F011为2；F010为1）后，打开计算机、显示器，进入离心泵计算机数据采集和过程控制软件。按照软件提示进行操作。必须先启动泵后进行下面实验。

（2）离心泵特性曲线自动控制

点击离心泵特性曲线自动控制后，计算机自动调节流量并绘出离心泵特性曲线。（全部实验由计算机自动完成）。实验完毕后，点击结束当前实验，回到主菜单。

（3）管路特性曲线自动控制将阀门调到任意位置后，点击管路特性曲线自动控制。计算机发出命令改变频率并测定其流量、压头（全部实验由计算机自动完成）。

（4）流量的自动控制和调节。（如图4-4所示）当实际流量与给定值相等时，执行机构电动调节阀停止不动，当实际流量与给定值不相等时，执行机构电动调节阀在计算机的指挥下调节阀门开度，从而达到流量稳定的目的。显示器能够反映出流量和时间的关系及稳定时间。

图4-4 流量的自动控制和调节框图

六、注意事项

1. 实验前应检查水槽水位、流量调节阀关闭到零位。泵入口调节阀全部打开。

2. 注意变频调速器的使用方法。计算机自动控制（F011为2；F010为1）、手动

测量（F011为0；F010为0）其余为变频器原有设置，不要随意改动。

七、报告内容

⒈将实验数据和计算结果列在数据表格中(参考表一、二)，并以一组数据进行计算举例。

⒉在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线，并在图上标出离心泵的各种性能（泵的