化工原理实验报告离心泵的性能试验北京化工大学

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：化工13姓名：学号： 20130 序号：同组人：实验二：离心泵性能实验摘要：本实验以水为介质，使用离心泵性能实验装置，测定了不同流速下，离心泵的性能、孔板流量计的孔流系数以及管路的性能曲线。

实验验证了离心泵的扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；有效效率有一最大值，实际操作生产中可根据该值选取合适的工作范围；泵的轴功率随流量的增大而增大；当Re大于某值时，C0为一定值，使用该孔板流量计时，应使其在C为定值的条件下。

关键词：性能参数（NHQ,,, ）离心泵特性曲线管路特性曲线C0一．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，性能和安装方法。

4.测定孔板流量计的孔流系数。

5.测定管路特性曲线。

二． 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，如图1中的曲线。

由于流体流经泵时，不可避免的会遇到种种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失，环流损失等，因此通常采用实验方法，直接测定参数间的关系，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，作为泵的选择依据。

图1.离心泵的理论压头与实际压头（1）泵的扬程HeHe=0真空表压力表H H H ++ 式中 H 压力表——泵出口处的压力，mH 2o ；H 真空表——泵入口处的真空度，mH 2o ；H 0——压力表和真空表测压口之间的垂直距离，H 0=。

（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为高，所以泵的总效率为轴ηN Ne=102QHe Ne ρ=式中 Ne ——泵的有效功率，kW ；Q ——流量，m 3/s ； He ——扬程，m ；ρ——流体密度，kg/ m 3。

由泵轴输入离心泵的功率N 轴为转电电轴ηηN N = 式中 N 电——电机的输入功率，kW ；η电——电机效率，取；η轴——传动装置的传动效率，一般取。

2、孔板流量计孔流系数的测定 孔板流量计的结构如图2所示。

图2.孔板流量计构造原理在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器的两端相连。

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

若管路直径为d 1，孔板锐孔直径为d 0，流体流经孔板前后所形成缩脉的直径为d 2，流体密度为ρ，孔板前侧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与p 1、p 2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得gh u =-=-ρ212122p p 2u 或 gh u u 22122=-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 u 22120=-对于不可压缩流体，根据连续性方程有11S S u u = 经过整理可得 2100)(12S S gh Cu -=令2100)(1S S C C -=，则又可以简化为gh C u 200=根据u 0和S 2，即可算出流体的体积流量V s 为gh S C S u V s 20000==或 ρpS C V s ∆=200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 3； 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，具体数值由实验测定。

当d 0/d 1一定，雷诺数Re 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。

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 2、5、孔板流量计6、流量调节阀7、变频仪四．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左右时，即可开始试验。

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开到最大，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。

4.每个实验均测10组数据，完成实验后，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）。

五．数据处理1、离心泵特性曲线的测定：实验测得数据如下表：表1 离心泵特性曲线的测定数据经过计算机数据处理得到下表：表2 离心泵特性曲线的数据处理数据处理实例，以第六组数据为例，因为温度变化引起的密度变化相对较小，故取密度为近似定值ρ=m 3 do=18mm d1=33*3mm 所测数据：Q=•h -1 p 1=. mH 2O p 2= mH 2O N 电= 流量Q=•h -1mH He 2.182.0)8.0(2.17Ho H =+--=++=真空表压力表扬程有效功率KW QH Ne e 181.0360010266.32.187.996102=⨯⨯⨯==ρ轴功率0.495KW 0.19.055.0N =⨯⨯==转电电轴ηηN 效率36.57%495.0181.0===轴N N e η 2.孔板孔流系数实验经计算机处理得下表表3孔板流量计的的数据处理 以第六组数据为例进行计算Do= d=（33-3×2）/1000= 26ºC 时水的粘度μ=·s 孔流系数.77907.996100012.132418.00360066.3220=⨯⨯⨯⨯=∆=πρpS QC 雷诺数5682436000.0263.14108737.066.37.9964Re 3=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-μρdu 3、管路特性曲线的测定：表4.管路特性曲线的实验数据 以表4第一组数据为例，计算如下：H=m H P P 9.182.05.0--2.180=+=++）（真空表压力表六．实验结果及讨论1、离心泵及管路的特性曲线（效率纵坐标另画）图4.泵及管路的特性曲线2、C 0-Re 曲线图5 孔流系数C与雷诺数Re的关系结论：（1）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；（2）分析泵的效率曲线可知，随着流体流量的增大，离心泵的效率先增大，后减小，存在极值，最大效率在%附近，此时流量为•h-1。

（3）由泵的轴功率曲线，可以观察出，在流量为0时，仍有一定的功率存在，并且随着流量的增加迅速增加。

所以在启动泵时，应该关闭出口阀，避免启动时轴功率过大对电机造成损伤。

随雷诺数Re的变化不大，几近（4）从上图分析，在完全湍流区，孔流系数C趋于平稳。

所以在完全湍流区可视为孔流系数与雷诺数无关。

据曲线的变化趋势，约为。

稳定时的C（5）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七．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？不随雷答：应根据测量所要求的精度值和能量损失的要求，以及使孔流系数C诺数Re改变这三个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。

八、参考资料：1、杨祖荣主编．化工原理实验．北京：化学工业出版社，20032、丁忠伟，刘丽英，刘伟．化工原理．北京：化学工业出版社，2014。