化工原理实验报告离心泵的性能试验北京化工大学.docx
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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C0为定值的条件下。
关键词:
性能参数(
)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He
He=
式中H压力表——泵出口处的压力,mH2o;
H真空表——泵入口处的真空度,mH2o;
H0——压力表和真空表测压口之间的垂直距离,H0=。
(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
式中Ne——泵的有效功率,kW;
Q——流量,m3/s;
He——扬程,m;
ρ——流体密度,kg/m3。
由泵轴输入离心泵的功率N轴为
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d1,孔板锐孔直径为d0,流体流经孔板前后所形成缩脉的直径为d2,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u1、u2与p1、p2,根据伯努利方程,不考虑能量损失,可得
或
由于缩脉的位置随流速的变化而变化,故缩脉处截面积S2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u0代替u2,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
对于不可压缩流体,根据连续性方程有
经过整理可得
令
,则又可以简化为
根据u0和S2,即可算出流体的体积流量Vs为
或
式中Vs——流体的体积流量,m3/s;
p——孔板压差,Pa;
S0——孔口面积,m3;
ρ——流体的密度,kg/m3;
C0——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d0/d1一定,雷诺数Re超过某个数值后,C0就接近于定值。
通常工业上定型的孔板流量计都在C0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
4.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:
序号
水流量qv/m3•h-1
入口表压p1/mH2O
出口表压p2/mH2O
压降
△p/KPa
水温度t/℃
电机功率P电/kW
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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:
序号
扬程He/m
轴功率/kW
有效功率
Ne/kW
效率η
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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=m3do=18mmd1=33*3mm
所测数据:
Q=•h-1p1=.mH2Op2=mH2ON电=
流量Q=•h-1
有效功率
轴功率
效率
2.孔板孔流系数实验
经计算机处理得下表
序号
雷诺数Re
孔流系数Co
1
107347
2
95985
3
85668
4
75801
5
64737
6
54720
7
44255
8
33639
9
23024
10
11213
11
0
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
雷诺数
3、管路特性曲线的测定:
序号
频率Hz
流量qv/m3•h-1
入口表压p1/mH2O
出口表压p2/mH2O
压头H/m
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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=
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、C0-Re曲线
图5孔流系数C0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。
(4)从上图分析,在完全湍流区,孔流系数C0随雷诺数Re的变化不大,几近趋于平稳。
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,稳定时的C0约为。
(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?
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C0不随雷诺数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,2003
2、丁忠伟,刘丽英,刘伟.化工原理.北京:
化学工业出版社,2014
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