泵的性能曲线测定实验.docx
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泵的性能曲线测定实验
离心泵的特性曲线的测定
2010-11-2800:
12:
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实验四、离心泵的特性曲线的测定
一、实验目的：
1．掌握离心泵操作，了解离心泵的结构和性能；
2．测定离心泵在一定转速下的特性曲线的测定。
3．测定离心泵的管路特性曲线
4．了解离心泵的工作点与流量调节
二、实验原理：
1．离心泵的特性曲线
离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。
其中理论扬程与流量的关系，可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到，如图-2３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，例如摩擦损失、环流损失等，因此，实际扬程比理论扬程小，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，直接测定扬程、功率、效率与流量的关系，并将测得：
He～Q、Ｎ～Ｑ和η～Ｑ三条曲线称为离心泵的特性曲线。
另外，根据此曲线可以得出离心泵的最佳操作范围，泵的高效率区作为选用离心泵的依据。
图2-23离心泵的理论压头与实际压头
（1）泵的扬程He
在离心泵进出口管装设真空表和压力表的管截面列出柏努利方程式，（以单位重量液体为衡算标准）
则：
（2-23）
由于两取压口紧靠离心泵进出口，因此直管段摩擦损失很小，其阻力损失归入离心泵的效率，故
=0。
（2-24）
若离心泵进出口管径相同，则 u1=u2
上式可写成为：
（2-25）
（2-26）
式中：
H压强表、H真空表——分别为压强表和真空表所测得的表压和真空度，以（m液柱）表示的数值。
h0——压强表和真空表中心之垂直距离。
（2）泵的轴功率N轴
离心泵从电机获得的实际功率（即单位时间内电机向离心泵输入的功）称离心泵的轴功率。
泵的轴功率和电机的电功率之间有如下的关系：
N轴=N电·η电·η传 （2-27）
式中：
N电——电动机的电功率，由功率表测得（KW）；
η电——电动机效率，取0.9；
η传——传动效率，η传=1.0。
（3）泵的效率η
离心泵的有效功率Ne与轴功率之比称为效率。
（2-28）
（2-29）
式中：
Ne—— 离心泵的有效功率，KW;
Q —— 流量，m3/s；
He—— 扬程，m；
—— 流体密度，kg/m3；
2、离心泵的管路特性曲线
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的本身的性能有关，还与管路特性有关，即在液体输送过程中泵和管路是相互制约的。
对一特定的管路系统由柏努利方程可得出：
He=K+BQ2 （2-30）
式中：
He——管路所需的压头，m；
Q——流量，m3/s。
当操作条件一定时，K和B均为常数：
（2-31）
（2-32）
式中：
A ——管道截面积，m2；
d ——管道直径，m；
L ——管道长度，m；
Le ——局部阻力的当量长度，m；
——局部阻力系数；
——位能差，J/kg；
——静压差，pa。
由上式可知：
在固定的管路中输送液体时，管路所需的压头He随液体流量Q的平方而变。
若将此关系标绘在相应的坐标纸上所得到的He~Q曲线，称为管路特性曲线。
该曲线的形状与系数K和B有关，也就是取决于操作条件和管路的几何条件，而与泵的性能无关。
由于确定K、B有一定困难，实验时不采用此方法求管路特性曲线。
3、 路特性曲线的测定及工作点的调节
离心泵是安装在一定的管路上工作的，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量是一致的。
若将离心泵的特性曲线H~Q与管路的特性曲线He~Q绘在同一坐标图上，两曲线的交点称为泵在该管路的工作点。
当生产任务发生变化或已选好的泵在特定的管路中运转所提供的流量不符合输送任务要求时，都需要对泵的工作点进行调节，可采用改变阀门开度来改变管路特性曲线，可求出泵的特性曲线。
或采用改变泵的转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。
无论采用上述的哪种方法，均能达到调节离心泵工作点的目的。
测定管路特性曲线时，应固定离心泵的阀门在某一开度下，此时管路特性曲线一定，本实验装置应用变频调速器改变电机的频率，相应地改变泵的转速。
测出各转速下的流量及相应压力表、真空表及功率表的读数，算出泵的扬程He即为管路所需的压头，从而绘出管路的特性曲线。
三、实验装置及流程
1． 实验装置Ⅰ示意图及流程
图2-24 离心泵特性曲线测定实验——装置Ⅰ流程示意图
1—离心泵；2—真空表；3—压力表；4—仪表柜；5—控制阀；6—涡轮流量变送器；7—贮水箱；8—进水阀。
本实验装置由被测的1
BA（或1
BL）型离心泵一台，及贮水箱、管路、控制阀门、涡轮流量计、真空表、压力表等组成。
仪表箱装有泵开关按钮及功率表、流量计数字显示仪表。
2． 实验仿真界面
图2-25 离心泵特性曲线测定实验——实验仿真界面
3． 实验装置Ⅱ示意图及流程
图2-26离心泵特性曲线测定实验——装置Ⅱ流程示意图
1—贮水箱；2—泵入口调节阀；3—离心泵；4—回流阀；5—调节阀； 6—文丘里流量计；
7—继电器；8、9—压力传感器；10—真空度传感器； 11—功率变送器；
12、13、14—放大器；15—AD转换器；16—DA转换器；17—计算机；
离心泵将贮水箱中的水吸入实验系统，经出口自动调节阀控制流量。
流体流经输送管路至文丘里流量计测量流量，经回流管路流回贮水箱循环流动。
本实验装置可人工操作也可实现计算机数据采集及自动控制操作。
四、实验步骤及注意事项
1． 实验装置Ⅰ步骤及注意事项
（1）检查电机和离心泵是否正常运转，打开电机的电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如有异常，立即切断电源。
（2）实验时逐步打开流量控制阀以增大流量，测取6~8组数据。
（3）实验结束，停泵。
注意事项:
（1）启动前应关闭泵的出口阀门。
（2）在最大流量范围内合理分割流量进行实验布点，由控制阀调节流量大小。
（3）在每次流量调节稳定后，读取各参数的数据，特别不要忘记流量为零时各读数的记录。
2． 实验装置Ⅱ步骤及注意事项
实验前向贮水箱加水，合上电源总开关。
（1）人工操作：
1） 将流量调节阀放在手动的位置，并将阀门关到零位。
2） 按照变频调速器说明设定（Fn—11为0；Fn—10为0），设定变频调速器的频率。
3） 启动离心泵，改变流量调节阀的位置，从零位倒最大取10个数据，每调节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。
这样可得到离心泵特性曲线。
4） 将流量调节阀放在任何一位置，改变变频调速器的频率，每改变流速待流体稳定后分别测量其流量、泵进出口压力，即可测得管路特性曲线。
5） 实验结束把流量调至零位后，停泵。
（2） 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（Fn—11为2；Fn—10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。
但必须先启动泵后进行离心泵特性曲线自动控制或管路特性曲线自动控制。
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，当实际流量与给定流量不相等时，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。
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，实验结束后，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，计算机发出指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。
（3） 计算机数据采集（手动——人工调节测量）：
离心泵特性曲线测定时，在泵入口阀全开的状态下，人工改变流量调节阀开度，计算机对泵出、入压强、泵得轴功率和流量进行数据采集、数据处理并在屏幕上显示出泵的特性曲线。
按照计算机提示打印实验数据和特性曲线图。
注意事项：
（1）实验前应检查贮水箱内的水位、流量调节阀关闭到零位。
（2）注意变频调速器的使用方法。
五、实验数据记录及整理
1． 实验数据记录（实验装置Ⅰ）
图2-27 离心泵特性曲线测定实验——数据记录
2． 实验数据整理（实验装置Ⅰ）
图2-28 离心泵的特性曲线的测定实验——数据整理
3． 实验数据及整理
（1）实验装置Ⅱ的离心泵特性曲线数据
序号
流量计压差（kPa）
泵出口压力（MPa）
泵入口压力（MPa）
功率表（kW）
压头（m）
流量计流量（m3/h）
轴功率（kW）
效率
（％）
1
0
0.215
0
0.78
22.096
0
0.624
0
2
3
0.214
0
1.08
21.994
4.32
0.864
30.0
3
14.9
0.205
0
1.34
21.077
9.64
1.072
51.6
4
22.1
0.194
0
1.45
19.955
11.74
1.16
55.0
5
35
0.175
0
1.59
18.018
14.77
1.272
57.0
6
44.1
0.163
0
1.66
16.795
16.58
1.328
57.1
7
50.8
0.15
0.001
1.75
15.572
17.80
1.4
53.9
8
60
0.137
0.004
1.81
14.553
19.34
1.448
52.9
9
74.6
0.118
0.006
1.9
12.820
21.57
1.52
49.5
10
87.2
0.095
0.009
1.99
10.781
23.32
1.592
43.0
（2）实验装置Ⅱ的离心泵管路特性曲线数据
序号
流量计压差（kpa）
泵出口压力（MPa）
泵入口压力（MPa）
功率表（kW）
压头（m）
电机频率Hz
流量计流量（m3/h）
轴功率
（kW）
效率（％）
1
0.0
0.215
0.000
0.78
22.118
50
0.00
0.624
0.00
2
3.0
0.214
0.000
1.08
22.016
48
4.33
0.864
30.03
3
14.9
0.205
0.000
1.34
21.098
46
9.65
1.072
51.68
4
22.1
0.194
0.000
1.45
19.976
44
11.75
1.160
55.07
5
35.0
0.175
0.000
1.59
18.037
42
14.78
1.272
57.07
6
44.1
0.163
0.000
1.66
16.812
40
16.60
1.328
57.20
7
50.8
0.150
0.001
1.75
15.384
35
17.81
1.400
53.28
8
60.0
0.137
0.004
1.81
13.751
30
19.36
1.448
50.05
9
74.6
0.118
0.006
1.90
11.608
20
21.59
1.520
44.88
10
87.2
0.095
0.009
1.99
8.955
593
23.34
1.592
35.74
六、实验报告要求
1．在普通坐标纸上绘制离心泵的特性曲线。
图2-29 离心泵特性曲线测定实验——实验装置Ⅰ的数据作图
图2-30 离心泵的特性曲线的测定实验——实验装置Ⅱ的离心泵特性曲线图
2．在普通坐标纸上绘出管路特性曲线，并标出工作点。
图2-31 离心泵的特性曲线的测定实验——实验装置Ⅱ的离心泵管路特性曲线图
七、相关素材
图2-32 离心泵特性曲线测定实验——压力表示意图
图2-33 离心泵特性曲线测定实验——泵的原理
图2-34 离心泵特性曲线测定实验——泵壳
图2-35 离心泵特性曲线测定实验——叶轮
图2-36 离心泵特性曲线测定实验——底阀
图2-37 离心泵特性曲线测定实验——泵的气缚现象
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