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离心泵性能测试与控制综合实验
离心泵性能测试与控制综合实验
一、实验装置简介………………………………………………………………1
二、离心泵恒转速性能测定实验………………………………………………3
三、离心泵恒流量控制实验……………………………………………………6
四、离心泵恒压力控制实验……………………………………………………10
过程设备与控制基本实验综合实验台示意图
图中:
11-1——转速显示;
11-2——主水泵流量显示Q;
11-3——流量自动/手动控制按钮,弹起时为手动,按下后为自动;
11-4——主水泵出口压力显示P2;
11-5——压力自动/手动控制按钮,弹起时为手动,按下后为自动;
11-6——主水泵运行选择开关,向左为变频调速运转方式,向右为直接运转方式,中间为空档;
11-7——压力调节旋钮(调节主水泵的转速);
11-8——流量调节旋钮(调节电动调节阀的开度);
11-9——主水泵开按钮;
11-10——主水泵关按钮;
11-11——副水泵关按钮;
11-12——副水泵开按钮;
11-13——总控制开关,顺时针转为开,逆时针转为关。
实验一
离心泵性能测定实验
一、实验目的
1.测定离心泵在恒定转速下的性能,绘制出该泵在恒定转速下的扬程—流量(H-Q)曲线;轴功率—流量(N-Q)曲线和泵效率—流量(η-Q)曲线;
2.熟悉离心泵的操作方法,了解压力、流量、转速和转矩的原理以及实验台的使用方法,进一步巩固离心泵的有关知识。
二、实验装置
过程设备与控制基本实验综合实验台
三、基本原理
1.扬程H的测定
根据柏努利方程,泵的扬程H可由下式计算:
(1-1)
式中:
H——泵的扬程,m水柱;
——真空表读数(为负值),Pa;
——压力表读数,Pa;
——真空表测量点接头处管内水流速度,根据流量和接头处管内径确定,m/s;
——压力表测量点接头处管内水流速度,根据流量和接头处管内径确定,m/s;
——压力表与真空表测量点之间的垂直距离,m;
——水的密度,
=1000
;
——重力加速度,9.81
。
在本实验装置中,
=0、真空表测量点接头处管内径d
=25mm、压力表测量点接头处管内径d
=25mm
2.功率测定
(1)轴功率N(电动机传到泵轴上的功率)
kW(1-2)
式中:
M——转矩,N·m;
n——泵转速,r.p.m。
(2)有效功率Ne(单位时间内离心泵所做的有用功)
kW(1-3)
式中:
Q——流量,
3.效率η
(1-4)
四、实验步骤
(一)实验台阀门操作
打开阀门F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F9、F10,关闭阀门F8、F11;
(二)控制台操作
1.向右扳动控制台面板上的总控开关11-13,启动控制台;
2.流量自动/手动控制按钮11-3置于手动位置,顺时针旋转11-7旋钮,打开电动调节阀;
3.开启工控机,在桌面上打开“基本实验主程序”,点击“实验选择”按钮,选择“离心泵性能测定实验”菜单,点击“进入”按钮,进入“离心泵性能测定实验”画面,点击“清空数据库”按钮,清空数据库。
4.向右扳动选择开关“11-6”,将水泵运行设置成直接启动方式;
5.按下水泵启动按钮“11-9”主水泵开始运转;
6.调节主水泵出口阀门F7,改变流量
,使流量从0.64到0.05L/s,每间隔0.05L/s作为一个工况点,每个工况点确定后,单击“记录”按钮,记录一次数据。
7.所有的工况点测试完毕后,点击“数据处理”按钮,进入“离心泵性能测定数据处理”画面。
8.选择“离心泵性能测定实验”菜单,点击“进入”按钮,进入“离心泵性能实验”画面;点击“数据处理”按钮,输入班级、学号、姓名后,可自动生成离心泵性能曲线和实验数据表。
9.点击“导出数据”按钮,可生成实验数据文本文件,输入文件名、文件类型,按“保存”按钮,保存数据文件。
10.点击“打印”按钮,打印实验数据和离心泵性能曲线。
11.点击“退出”按钮,退出实验程序。
五、要求
1.写出实验报告。
2.进行比例换算,绘制泵在恒定转速下的H-Q,N-Q,η-Q曲线,并进行分析。
3.回答思考题。
思考题
1.泵的性能曲线有何作用?
2.离心泵启动前为什么要引水灌泵?
表1-1实验测量结果
泵出口流量
Q
(L/s)
泵进口压力Pb
(MPa)
泵出口压力
Pc
(MPa)
泵转矩
M
(N·m)
泵转速
n
(r.p.m)
1
2
3
4
5
6
7
8
表1-2实验计算结果
流量Q
(L/s)
扬程H
(m)
轴功率N
(kW)
有效功率
(kW)
效率η
(%)
1
2
3
4
5
6
7
8
实验二离心泵恒流量控制实验
一.实验目的
1.测定离心泵恒流量控制系统在阶跃干扰作用下,离心泵出口流量的过渡过程,利用最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间等参数评价离心泵恒流量控制系统的控制质量。
2.掌握比例度P、积分时间I参数在流量控制系统中的作用和对过渡过程品质指标的影响。
二、实验装置
过程设备与控制基本实验综合实验台
三、实验原理
离心泵恒流量控制系统图如图2-1所示,控制系统方框图如图2-2所示。
图2-1离心泵恒流量控制系统图
图2-2离心泵恒流量控制系统方框图
离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统,安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器LT将离心泵出口流量转换成脉冲信号,其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器LC,LC将流量信号与流量给定值比较后,按PI调节规律输出4—20mA控制信号,驱动电动调节阀改变调节阀的开度,达到恒定离心泵出口流量的目的。
控制参数如下:
1.被控变量y:
离心泵出口流量Q。
2.给定值(或设定值)ys:
对应于被控变量所需保持的工艺参数值,在本实验中取0.3L/s。
3.测量值ym:
由传感器检测到的被控变量的实际值,在本实验中为离心泵出口流量值Q。
4.操纵变量:
实现控制作用的变量,在本实验中为离心泵出口流量。
使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。
电动调节阀的输入信号范围:
4—20mA;输出:
阀门开度0-16mm。
5.干扰(或外界扰动)f:
干扰来自于外界因素,将引起被控变量偏离给定值。
在本实验中可采用突然改变离心泵转速的方法,改变离心泵出口压力,模拟外界扰动给被控变量造成干扰。
6.偏差信号e被控变量的实际值与给定值之差,e=ys-ym。
ym---离心泵出口流量值Q;
ys---离心泵出口流量设定值。
7.控制信号u工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。
离心泵恒流量控制系统采用比例积分控制规律(P1)对离心泵流量进行控制。
比例积分控制规律是比例与积分两种控制规律的组合,理想的PI调节规律的数学表达式为:
(2-1)
PI规律在生产中得到了广泛应用。
假定在时间t=0之前,系统稳定,且被调参数---离心泵的出口流量Q等于设定值。
若在t=0时刻,外加压力阶跃干扰,离心泵出口流量随之变化,经过一段时间后,离心泵出口流量逐渐趋于稳定。
完成了一次过渡过程。
压力P
0t0时间t
图7-4阶跃干扰信号
四、实验步骤
(一)实验台阀门操作
打开阀门F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F9、F10,关闭阀门F8、F11;
(二)控制台操作
1.向右扳动控制台面板上的总控开关11-13,启动控制台;
2.流量自动/手动控制按钮11-3置于手动位置,顺时针旋转11-7旋钮,打开电动调节阀;
3.启动工控机,在桌面上打开“基本实验主程序”,点击“实验选择”按钮,选
择“离心泵恒流量控制实验”菜单,点击“进入”按钮,进入“离心泵恒流量控制实验”画面,点击“清空数据库”按钮,清空数据库;
4.向左扳动选择开关“11-6”,将水泵运行设置成变频启动方式;
5.点击实验画面上的“仪表设置”按钮,进入“控制参数设置”画面,设置流量表的控制参数:
设定值SV=0.3L/s,比例带P=70,积分常数I=4;
6.按下水泵启动按钮“11-9”启动变频器,顺时针旋转压力调节旋钮“11-7”使主水泵开始运转,至主水泵压力表“11-4”升至0.3MPa左右;
7.调节流量调节旋钮“11-8”,使流量表“11-2”显示值为0.3L/s;
8.按下流量自动/手动控制按钮“11-3”,等待流量值稳定在设定值附近;
9.当流量稳定后,点击“清空数据库”按钮,再点击“开始记录”按钮,开始记录数据;
10.调节压力调节旋钮使压力改变0.05Mpa左右,造成人为干扰,观察流量的过渡过程;
11.待流量过渡过程结素后,点击“停止记录”按钮,再点击“数据处理”按钮,进入“离心泵恒流量控制实验”画面;
12.点击“数据处理”按钮,从数据库读出实验数据,生成实验曲线;
13.点击“导出数据”按钮,可生成实验数据文本文件,输入文件名、文件类型,按“保存”按钮,保存数据文件。
14.点击“打印”按钮,打印实验数据和实验曲线。
15.重复第5步,改变控制参数P、I值,可得到不同的流量过渡过程。
16.点击“退出”按钮,退出实验程序。
五、计算过渡过程质量指标
1.最大偏差A:
被调参数的最大值。
2.余差
:
当过渡过程终了时,被调参数所达到的新的稳态值与给定值之差。
(2-2)
3.衰减比n:
过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比:
(2-3)
一般n在4~10之间为宜。
4.振荡周期:
过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期,在衰减比相同的情况下,周期与过渡时间成正比,一般希望振荡周期短一些为好。
5.过渡时间ts:
从干扰作用发生的时刻起,直到系统重新建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间。
六、要求
1.写出实验报告。
2.回答思考题。
思考题
1.离心泵恒流量控制系统在压力阶跃干扰作用下,比例度P的大小对过渡过程会产生什么影响?
2.离心泵恒流量控制系统在阶跃压力干扰作用下,积分常数I的大小对过渡过程会产生什么影响?
实验三离心泵恒压力控制实验
一、实验目的
1.测定离心泵恒压力控制系统在阶跃干扰作用下,离心泵出口压力的过渡过程,利用最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间等参数评价离心泵恒压力控制系统的控制质量。
2.掌握比例度P、积分时间I参数在压力控制系统中的作用和对过渡过程品质指标的影响。
二、实验装置
过程设备与控制基本实验综合实验台
三、实验原理
离心泵恒压力控制系统图如图3—1所示。
图3-1离心泵恒压力控制系统图
离心泵恒压力控制系统为单回路简单控制系统。
安装在离心泵出口管路上压力传感器PT将离心泵出口压力转换成电压信号,经放大器放大后输出至工业调节器PC,PC将压力信
号与压力给定值比较后,按PI调节规律输出4—20mA信号,驱动变频调速器控制电机的转速,达到恒定离心泵出口压力的目的。
离心泵恒压力控制系统方框图如图3-2所示。
图3-2离心泵恒压力控制系统方框图
控制参数如下:
1.被控变量y:
离心泵出口压力P。
2.给定值(设定值)ys:
对应于被控变量所需保持的工艺参数值,在本实验中取0.4MPa。
3.测量值ym:
由传感器检测到的被控变量的实际值,在本实验中为离心泵出口压力值P。
4.操纵变量:
实现控制作用的变量,在本实验中为离心泵转速n。
使用交流变频调速器作为执行器对离心泵转速进行控制。
交流变频调速器的输入信号范围:
4—20mA;输出:
380V,0—50Hz。
5.干扰(或外界扰动)f:
干扰来自于外界因素,将引起被控变量偏离给定值。
在本实验中采用突然改变泵出口流量的方法,人为模拟外界扰动给被控变量造成干扰。
6.偏差信号e被控变量的实际值与给定值之差,e=ys-ym。
ym---离心泵出口压力值P;
ys---离心泵出口压力设定值。
7.控制信号u工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。
离心泵恒压力控制系统采用比例积分控制规律(PI)对离心泵出口压力进行控制。
比例积分控制规律是比例与积分两种控制规律的组合,数学表达式为:
(3-1)
PI规律将比例控制反应快和积分控制能消除余差的优点结合在一起,因而在生产中得到了广泛应用。
流量Q
0t0时间t
图3-3阶跃干扰信号
假定在时间t=0之前,系统稳定,且被调参数---离心泵的出口压力P等于设定值。
若在t=0时刻,外加流量阶跃干扰(图3-3),离心泵出口压力开始变化并按衰减振荡的规律经过一段时间后,离心泵出口压力逐渐趋于稳定。
完成了一次过渡过程。
四、实验步骤
(一)实验台阀门操作
打开阀门F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F9、F10,关闭阀门F8、F11;
(二)控制台操作
1.向右扳动控制台面板上的总控开关11-13,启动控制台;
2.流量自动/手动控制按钮11-3置于手动位置,顺时针旋转11-7旋钮,打开电动调节阀;
3.启动工控机,在桌面上打开“基本实验主程序”,点击“实验选择”按钮,选
4.择“离心泵恒压力控制实验”菜单,点击“进入”按钮,进入“离心泵恒压力控制实验”画面,点击“清空数据库”按钮,清空数据库;
5.向左扳动选择开关“11-6”,将水泵运行设置成变频启动方式;
6.点击实验画面上的“仪表设置”按钮,进入“控制参数设置”画面,设置压力表参数:
设定值SV=0.3MPa,比例带P=70,积分常数I=20;
7.按下水泵启动按钮“11-9”启动变频器,顺时针旋转压力调节旋钮“11-7”使主水泵开始运转,至主水泵压力表“11-4”升至0.3MPa左右;
8.调节流量调节旋钮“11-8”,使流量表“11-2”显示值为0.3L/s;
9.按下压力自动/手动控制按钮“11-5”,等待泵出口压力稳定在设定值附近;
10.待泵出口压力稳定后,点击“清空数据库”按钮,再点击“开始记录”按钮,开始记录数据;
11.调节阀门F7使压力改变0.05Mpa左右,造成人为干扰,观察压力恢复过程;
11.待压力过渡过程结束后,点击“停止记录”按钮,再点击“数据处理”按钮,进入“离心泵恒压力控制实验”画面;
12.点击“数据处理”按钮,从数据库读出实验数据,生成实验曲线;
13.点击“导出数据”按钮,可生成实验数据文本文件,输入文件名称及文件类型后,按“保存”按钮,保存数据文件。
14.点击“打印”按钮,打印实验数据和实验曲线。
15.重复第5步,改变控制参数P、I值,可得到不同的过渡过程。
16.点击“退出”按钮,退出实验程序。
五、计算过渡过程质量指标:
1.最大偏差A:
被调参数的最大值。
2.余差
:
当过渡过程终了时,被调参数所达到的新的稳态值与给定值之差:
(3-2)
3.衰减比n:
过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比:
(3-3)
一般n在4~10之间为宜。
4.振荡周期:
过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期,在衰减比相同的情况下,周期与过渡时间成正比,一般希望振荡周期短一些为好。
5.过度时间ts:
从干扰作用发生的时刻起,直到系统重新建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间
六、要求
1.写出实验报告。
2.回答思考题。
思考题
1.离心泵恒压力控制系统在流量阶跃干扰作用下,比例度P的大小对过渡过程会产生什么影响?
2.离心泵恒压力控制系统在流量阶跃干扰作用下,积分常数I的大小对过渡过程会产生什么影响?
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- 关 键 词:
- 离心泵 性能 测试 控制 综合 实验