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离心泵

北京化工大学

化工原理实验报告

实验名称：

离心泵实验

班级：

化工1105

姓名：

刘玥

学号：

2011011130序号：

5

同组人：

申梦瑶刘练

设备型号：

粤华WB70/055型单级离心泵

实验日期：

2013-11-21

一、摘要

离心泵的性能参数取决于泵的内部结构,叶轮形式据转速.通过对离心泵内部流体质点运动的理论分析,可得出理论压头和流量的关系.但实际流体流经泵时,不可避免的造成一定的能量损失.在本实验中,将直接测定其参数间的关系,并绘出离心泵的三条He-qv.Pa-qv和η-qv特征曲线.

流量系数Co的数值只能通过实验求得。

Co主要取决于管路流动的雷诺数Re和面积比m等。

对于测压方式，结构尺寸，加工状况等均以确定的标准孔板，流量系数Co只与雷诺数Re有关。

关键词：

离心泵特性曲线泵的有效功率和效率孔流系数C0

二、实验目的

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、性能及安装方法。

4、测定孔板流量计的孔流系数。

5、测定管路特性曲线。

三、实验原理和方法

1、离心泵性能是指在叶轮结构、尺寸、转速等固定的情况下，泵输送液体具有的性能。

常见的离心泵通常配有电动机，电机的作用是把电能转换成机械能传给泵轴或叶轮；泵的作用是通过叶轮旋转把机械能传给液体，以弥补流体阻力损失等。

通常用输送流量qv、扬程He、轴功率Pa及效率η表征离心泵性能，目的是根据性能确定合理的操作条件、减少能量传递过程的浪费。

其中He-qv、Pa-qv、η-qv关系曲线称为离心泵的特性曲线，需由实验测定。

扬程是离心泵对单位牛顿流体作的有效功。

在泵的进出口管路取两个截面，忽略流体阻力，列机械能衡算方程可知扬程为：

式中，

—出口截面静压能，mH2O；

—进口截面静压能，mH2O；

轴功率取输入电机功率的90%，即

有效功率

泵的效率

总效率

通过仪器仪表直接测量电功率、进出口截面静压能、液体流量、温度等。

即可确定该泵性能。

2、管路特性是指在流体输送管路不变的情况下，管路需要的能量H=流体损失的能量+流体增加的能量。

其中

关系曲线称为管路特性曲线。

该曲线与泵无关，只受管路和流量影响。

管路的起点和终点取两个截面，当管径相同，且管内流动达到阻力平方区时，根据机械能衡算方程可知管路需要的能量为：

在任何一个实际流量点，离心泵传递给液体的有效能量He，等于管路在该流量

下运送流体所需要的能量H，即

3、孔板流量计根据“恒截面，变压差”原理，可测量含杂质较多的气体或液体流量。

根据伯努利方程，在孔板前、后平行流线处取两个截面，然后用孔口截面代替一个截面并修正，最后得到孔板流量计算是为：

式中，

；m

孔流系数；

连接管道的雷诺数

式中，d

u

标定孔板流量计主要是确定C0≈常数的流量范围和测量精度，常用C0~Re或C0~qv曲线等表征。

四、实验流程和设备

图1离心泵实验带控制点工艺流程

1—水箱2—离心泵3—涡轮流量计4—管路切换阀5—孔板流量计6—流量调节阀

7—变频仪

TI01—水温度，℃，QI02—水流量，

；ΔPI03—孔板压降，kPa；NI04—电功率，kW；

PI05—出口表压，mH2O;PI06—进口表压，mH2O

实验介质：

水（循环使用）

研究对象：

粤华WB70/055型单级离心泵；孔板流量计，锐孔直径d0=18.0mm，管道直径d=27.0mm

仪器仪表：

涡轮流量计，LWGY-25型，精度等级0.5；

温度计Pt100,0~200℃，精度等级0.2；

压差传感器，WNK3051型，—20~100kPa，精度等级0.2，测势能差

；

功率传感器，量程0~5.70kW,测量三项电机功率P电，精度等级0.5；

显示仪表，AI—708等，精度等级0.1；

变频仪，西门子MM420型。

控制系统：

控制电柜+电脑+数据采集软件，需380VAC+220VAC。

五、实验操作步骤

1、只打开孔板管路的切换阀门和引压管阀门，关闭流量调节阀；

2、按变频仪绿色按钮和频率上调按键，50Hz启动水泵，再排尽主管路和引压管线内空气；

3、固定转速（50Hz或40Hz），通过阀门调节水流量从0到最大，记录数据完成泵性能试验；

4、分别固定流量调节阀开度为1/4开、2/4开、3/4开，通过变频仪调节水流量从较大到0.6

，完成三组管路特性曲线实验。

5、变频仪调50Hz，记录零点，通过阀门调节水流量从0.6

到最大，完成孔板实验；

6、实验结束，按变频仪红色按钮停泵，关闭流量调节阀门等，做好卫生工作。

注意事项：

1、泵实验通过阀门改变流量，管路试验通过变频仪改变流量；

2、泵实验流量最小值等于0，管路试验最小值大于0；

3、任何时刻，调节流量全开或全关后，反向旋转1/4圈；

4、在测量离心泵的特性曲线数据时要测量零点；

5、读取数据时，压力表不稳定应读取波动中心；

6、当关泵完成后在出口阀全开的情况下启动泵可能发生烧泵事故。

六、实验数据处理

1、表一离心泵特性Ⅰ实验数据表50Hz，2850r/min，Δz=0.2mH2O,η电=0.9，

序号

水流量qv/m3•h-1

出口表压p2/mH2O

入口表压p1/mH2O

电机功率

P电/kW

水温度

t/℃

水密度

ρ/kg•m-3

出口流速

u2/m•s-1

入口流速

u1/m•s-1

扬程He/mH2O

轴功率Pa/kW

效率

η

1

0.00

22.1

0.4

0.44

20.5

998.1

0.00

0.00

21.9

0.40

0.0%

2

0.64

21.4

0.3

0.46

20.4

998.1

0.31

0.13

21.3

0.41

9.0%

3

1.00

21.0

0.2

0.47

19.7

998.3

0.49

0.20

21.0

0.42

13.5%

4

1.99

19.8

-0.1

0.53

19.6

998.3

0.97

0.40

20.1

0.48

22.9%

5

3.02

18.5

-0.5

0.58

19.6

998.3

1.46

0.61

19.3

0.52

30.4%

6

3.99

17.1

-1.1

0.65

19.8

998.2

1.94

0.80

18.6

0.59

34.4%

7

5.00

15.2

-1.7

0.70

19.9

998.2

2.43

1.00

17.3

0.63

37.5%

8

5.99

13.2

-2.5

0.74

20.0

998.2

2.91

1.20

16.3

0.67

39.8%

9

6.96

10.9

-3.3

0.78

20.2

998.2

3.38

1.40

14.9

0.70

40.1%

10

7.14

10.4

-3.5

0.79

20.3

998.1

3.46

1.43

14.6

0.71

39.9%

2、表二WB70/055型离心泵2850rpm最高效率点附近性能数据表，测试介质：

水，测试温度：

t=19.9℃，ηmax=40.1%

2850rpm/50Hz

76%ηmax

86%ηmax

100%ηmax

99.5%ηmax

流量/m3•h-1

3.02

3.99

6.96

7.14

扬程/mH2O

19.3

18.6

14.9

14.6

效率

30.4%

34.4%

40.1%

39.9%

电功率/kW

0.58

0.65

0.78

0.79

无功功率/kW

0.36

0.37

0.42

0.43

计算过程，以表1第二组数据为例计算：

在T=20.4℃时，查表内插法得ρ=998.2kg.m-3

出口流速

进口流速

扬程

轴功率

效率

3、表三离心泵特性Ⅱ实验数据表40Hz，2280r/min，Δz=0.2mH2O,η电=0.9，

序号

水流量qv/m3•h-1

出口表压p2/mH2O

入口表压p1/mH2O

电机功率

P电/kW

水温度

t/℃

水密度

ρ/kg•m-3

出口流速

u2/m•s-1

入口流速

u1/m•s-1

扬程He/mH2O

轴功率Pa/kW

效率

η

1

0.00

14.3

0.4

0.27

20.5

998.1

0.00

0.00

14.1

0.24

0.0%

2

0.58

13.8

0.3

0.29

20.8

998.0

0.28

0.12

13.7

0.26

8.3%

3

1.00

13.4

0.2

0.31

20.8

998.0

0.49

0.20

13.4

0.28

13.1%

4

2.00

12.4

-0.1

0.34

20.7

998.0

0.97

0.40

12.7

0.31

22.6%

5

2.98

11.3

-0.6

0.37

21.0

998.0

1.45

0.60

12.2

0.33

29.7%

6

3.98

9.9

-1.1

0.41

21.0

998.0

1.93

0.80

11.4

0.37

33.3%

7

4.98

8.2

-1.8

0.44

21.1

997.9

2.42

1.00

10.4

0.40

35.7%

8

5.70

6.8

-2.3

0.45

21.3

997.9

2.77

1.14

9.6

0.41

36.8%

4、表四WB70/055型离心泵2280rpm最高效率点附近性能数据表，测试介质：

水，测试温度：

t=21.1℃，ηmax=36.8%

2280rpm/40Hz

81%ηmax

90%ηmax

100%ηmax

流量/m3•h-1

2.98

3.98

5.7

扬程/mH2O

12.2

11.4

9.6

效率

29.7%

33.3%

36.8%

电功率/kW

0.37

0.41

0.45

无功功率/kW

0.23

0.25

0.26

计算过程，以表3第二组数据为例计算：

在T=20.8℃时，查表内插法得ρ=998.0kg.m-3

出口流速

进口流速

扬程

轴功率

效率

5、表五管路特性Ⅰ实验数据表（阀门固定1/4开度），Δz=0.2mH2O，d2=0.0270m，d1=0.0420m

序号

频率/Hz

水流量qv/m3•h-1

出口表压p2/mH2O

入口表压p1/mH2O

水温度

t/℃

出口流速

u2/m•s-1

入口流速

u1/m•s-1

需要能量H/mH2O

1

50.00

1.74

20.00

0.00

21.70

0.84

0.35

20.23

2

45.00

1.58

16.30

0.00

21.70

0.77

0.32

16.52

3

40.00

1.44

13.00

0.10

21.70

0.70

0.29

13.12

4

35.00

1.24

10.00

0.10

21.70

0.60

0.25

10.12

5

30.00

1.05

7.40

0.20

21.70

0.51

0.21

7.41

6

25.00

0.87

5.20

0.20

21.70

0.42

0.17

5.21

7

20.00

0.68

3.40

0.30

21.70

0.33

0.14

3.30

8

15.00

0.49

2.00

0.30

21.70

0.24

0.10

1.90

9

10.00

0.29

1.00

0.30

21.70

0.14

0.06

0.90

10

7.90

0.16

0.70

0.30

21.70

0.08

0.03

0.60

11

6.20

0.08

0.50

0.30

21.70

0.04

0.02

0.40

计算过程，以表5第一组数据为例：

出口流速

进口流速

需要能量

6、表六管路特性Ⅱ实验数据表（阀门固定2/4开度），Δz=0.2mH2O，d2=0.0270m，d1=0.0420m

序号

频率/Hz

水流量/m3•h-1

出口表压p2/mH2O

入口表压p1/mH2O

水温度

t/℃

出口流速

u2/m•s-1

入口流速

u1/m•s-1

需要能量H/mH2O

1

50.00

3.56

17.60

-0.90

22.00

1.73

0.71

18.83

2

45.00

3.23

14.30

-0.70

22.20

1.57

0.65

15.30

3

40.00

2.87

11.40

-0.50

22.20

1.39

0.58

12.18

4

35.00

2.53

8.80

-0.40

22.20

1.23

0.51

9.46

5

30.00

2.17

6.50

-0.20

22.20

1.05

0.44

6.95

6

25.00

1.80

4.60

0.00

22.30

0.87

0.36

4.83

7

20.00

1.42

3.00

0.10

22.20

0.69

0.28

3.12

8

15.00

1.05

1.70

0.20

22.30

0.51

0.21

1.71

9

10.00

0.69

0.90

0.30

22.30

0.33

0.14

0.80

10

5.00

0.27

0.30

0.30

22.30

0.13

0.05

0.20

11

3.70

0.13

0.30

0.30

22.30

0.06

0.03

0.20

计算过程，以表6第一组数据为例：

出口流速

进口流速

需要能量

7、表七管路特性Ⅲ实验数据表（阀门固定3/4开度），Δz=0.2mH2O，d2=0.0270m，d1=0.0420m

序号

频率/Hz

水流量/m3•h-1

出口表压p2/mH2O

入口表压p1/mH2O

水温度

t/℃

出口流速

u2/m•s-1

入口流速

u1/m•s-1

需要能量H/mH2O

1

50.00

5.35

14.30

-2.10

22.50

2.60

1.07

16.88

2

45.00

4.83

11.70

-1.70

22.50

2.34

0.97

13.83

3

40.00

4.30

9.30

-1.40

22.50

2.09

0.86

11.08

4

35.00

3.76

7.20

-1.00

22.60

1.82

0.75

8.54

5

30.00

3.22

5.40

-0.70

22.60

1.56

0.65

6.40

6

25.00

2.69

3.80

-0.40

22.60

1.30

0.54

4.47

7

20.00

2.13

2.40

-0.20

22.60

1.03

0.43

2.85

8

15.00

1.57

1.40

0.00

22.60

0.76

0.31

1.62

9

10.00

1.00

0.70

0.20

22.60

0.49

0.20

0.71

10

5.00

0.44

0.30

0.30

22.60

0.21

0.09

0.20

11

2.70

0.12

0.20

0.30

22.60

0.06

0.02

0.10

计算过程，以表7第一组数据为例：

出口流速

进口流速

需要能量

8、表八孔板标定实验数据表：

d0=0.0180m，d=0.0270m，Δp0=0.01kPa，

序号

水流量qv/m3•h-1

孔板压降

ΔP/kPa

水温度

t/℃

水密度

ρ/kg•m-3

水粘度

μ/mPa•s

水流速

ud/m•s-1

Red

孔流系数C0

孔流系数经验值

1

0.64

0.50

23.30

997.4

0.9298

0.31

8992

0.70

0.71

2

0.84

0.90

23.10

997.5

0.9344

0.41

11744

0.69

0.71

3

1.00

1.19

23.10

997.5

0.9344

0.49

13981

0.71

0.70

4

1.31

1.99

23.20

997.4

0.9321

0.64

18361

0.72

0.70

5

1.60

2.95

23.20

997.4

0.9321

0.78

22425

0.72

0.70

6

2.00

4.58

23.20

997.4

0.9321

0.97

28031

0.72

0.70

7

2.50

7.36

23.20

997.4

0.9321

1.21

35039

0.71

0.69

8

3.00

10.75

23.20

997.4

0.9321

1.46

42047

0.71

0.69

9

3.99

19.08

23.30

997.4

0.9298

1.94

56059

0.70

0.69

10

5.00

30.10

23.40

997.4

0.9275

2.43

70422

0.70

0.68

11

5.98

43.12

23.50

997.4

0.9252

2.90

84432

0.70

0.68

12

7.11

60.90

23.70

997.3

0.9206

3.45

100884

0.70

0.68

计算过程，以表8第一组数据为例：

在T=23.3℃时，查表内插法得

水流速

雷诺数

孔流系数

七、实验结果作图及分析

1、50Hz下泵的特性曲线

图2WB07/055型离心泵特性曲线

经拟合得到

2、40Hz下泵的特性曲线

图3WB07/055型离心泵特性曲线

经拟合得到

3、不同阀门开度下的管路特性曲线

图4管路特性曲线

1/4开度时，经拟合得

2/4开度时，经拟合得

3/4开度时，经拟合得

4、孔板流量计的标定

关系曲线

由图可知在该Re范围内C0基本不变，故对其进行常数拟合，得到C0=0.6942

八、图形分析及结果分析

1、离心泵特性曲线

（1）由图2图3可以看出，随着流量的增加，离心泵的扬程逐渐下降，且在大流量范围内下降更快就；轴功率Pa逐渐增大，且在大流量范围内增加较缓慢；效率先增大后减小，有最大值。

（2）从图中可大致读出，50Hz时，效率最大为40.1%，此时流量约为6.96m3/s，扬程14.9m，为最佳工作点。

在流量略小于或等与最大效率所对应的流量范围为该离心泵适宜工作的范围。

（3）图中均采用二次曲线拟合，可以看出拟合效果较好，所测点均匀分布在拟合曲线两侧，无偏离较远的点。

（4）最佳工作点的流量较大，因此效率下降曲线不完整，此处实验不完善。

2、管路特性曲线

（1）在图4中，分析每一条曲线，可以看出管路所需压头H随流量的增加而增大，且流量越大，增大的速率越快。

从管路特性方程中也可以得到同样的结论（H=A+f（qv），qv增大，H增大）。

同时，在阀门开度一定是，流量的改变是依靠频率的改变来实现的，频率越大，流量也越大。

（2）分析这三条曲线，可以看出随着阀门开度增大，管路特性曲线变缓，这是由于阀门开度增大时，其阻力系数减小，流动阻力减小，管路所需压头H减小，特性曲线变缓。

（3）对这三条曲线均采用二次拟合，拟合效果较好。

3、孔流系数标定

（1）图5中左图为单对数坐标系中的C0与Re关系曲线，曲线在所测Re范围内比较平稳，无较大波动，故可认为在所测Re范围内C0定值，以方程C0=b（b为常数）对该曲线进行拟合，得到C0=0.6942，即该孔板流量计的孔流系数为0.6942。

（2）由图可以看出，实验点有些波动，可能是由于流量测定不准确（如未等水箱中液面稳定就读数或测量时间不准确）或是压力表读数不准确造成的。

4、误差分析

⑴、实验室数字显示仪表读数有不稳定，会产生误差；

⑵、管路和仪器经过长时间的使用后会产生误差。

九、思考题

1、启动离心泵前为何要关闭流量调节阀?

本实验没有灌泵,是否会出现气缚或气蚀现象?

在开泵的时候关闭流量调节阀，是为了减少泵的出力，防止电机过流而烧坏了电机，因为电机启动的初期电流是很大的；若本实验没灌泵，则会出现“气缚”，因为在同一压头下，泵进、出口的压差与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内，出现气缚现象。

2、通过阀门和变频仪由小到大改