北 方 民 族 大 学 学生实验报告

院（部）： 化学与化学工程 姓 名： 郭俊雄 学 号： 20082995 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 081 同组人员： 林艺明、 胡鹏、 秦开勉 课程名称： 化工原理实验 实验名称： 离心泵性能实验 实验日期： 2010.10.28 批阅日期： 成 绩： 教师签名：

北方民族大学教务处制

实验名称： 离 心 泵 性 能 实 验

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。

二、基本原理

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。由于流体流经泵时，不可避免地会遇到各种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头笑，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，直接测定其参数间的关系，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，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。

(1)泵的扬程He

He = H压力表 + H真空表 + H0

式中：H真空表——泵出口的压力，mH2O；，

H压力表——泵入口的压力，mH2O；

H0——两测压口间的垂直距离，H0= 0.3m 。

(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高，所以泵的总效率为

??Ne N轴

Q?He?? 102Ne?

式中 Ne——泵的有效效率，kW；

Q——流量，m3/s；

He——扬程，m；

Ρ——流体密度，kg/ m3

由泵输入离心泵的功率N轴为

N轴 = N电?η电?η传

式中：N电——电机的输入功率，kW

η电——电机效率，取0.9；

η传——传动装置的效率，取1.0；

2.孔板流量计空留系数的测定。

在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器两端连接。孔板流

量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径d1，孔板锐孔直接d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为d2，流体密度ρ，孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为u1、u2和p1、p2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得：

2u2?up1?p221??gh 2?

22或u2?u1?2gh

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后则有

2u2

2?u1?C2gh 对于不可压缩流体，根据连续性方程有u1?u0S0 S1

经过整理后，可得：u0?C2gh

?(S02)S1 令C0?C

S02?()S1，则可简化为：u0?C02gh

根据u0和S2，可算出体积流量Vs为

Vs?u0S0?C0S02gh 或VS?C0S02?p?

式中：Vs——流体的体积流量，m3/s；

△p——孔板压差，Pa；

S0——孔口面积，m2；

ρ——流体的密度，kg/ m3；

C0——孔流系数。

孔流系数的大小由孔板的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺数共同决定。

三、装置和流程

图一、离心

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 孔板流量计d0=21mm 5流量调节阀

四、操作要点

本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数。流量可通过计量槽和秒表测量。

1.检查电机和离心泵是否运转正常。打开电机电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，可切断电源，准备实验。

2.测定离心泵特性曲线实验时，先将流量调到最大，然后由大到小平均测取10组数据，第9组流量为0.7 m3/h，最后一组数据为0流量。

3.测定管路特性曲线时，固定流量分别为5、4、3 m3/h，改变频率，测取10组数据。 4.测定孔流系数时，先将流量调节到最大，然后由大到小平均间隔测取20组数据，且最后一组数据为0.7 m3/h。

5.记录好数据。

6.实验结束，停泵，清理现场。

五、数据处理

原始数据记录如下： 水温：18℃

该温度下，水密度：ρ=998.2 kg/ m3，粘度μ=1.0599

表1. 泵的特性曲线测定数据记录表

表2. 管路特性曲线数据记录表1

表3.管路特性曲线数据记录表2

表5.孔流系数测定数据记录表

(1)离心泵特性曲线

以表1第一组数据为例：

扬程计算：He = H压力表 + H真空表 + H0

=(2.9+5.4+0.3 )mH2O =8.6 mH2O 流量计算：Q=6.7 m3/h=0.00186 m3/s 泵的有效功率计算：

Ne?

Q?He??

=0.00186×8.6×998.2/102kW=0.167 kW

102

N轴 = N电?η电?η传=0.78×0.9×1.0kW=0.702 kW

??

Ne

=0.167/0.702=0.223 N轴

(2)管路特性曲线 以表2第5组数据为例

He = H压力表 + H真空表 + H0

=(1.0+7.0+0.3) mH2O =8.3 mH2O

(3)孔流系数 雷诺数Re计算：

Re?

du?

?

?

4Q?4?6.4?998.2

??182816 ?d?3.14?0.042?1.0599

孔流系数计算：

Vs?u0S0

VS?C0S0C0?

u02?p

2?p

?

?

4Q

?

?d02

2?p

?

4?0.001783.14?0.0212

2?38300998.2

?0.586

?

相关计算结果如下：

离心泵特性曲线计算结果表

管路特性曲线扬程计算结果表

孔流系数计算结果表

六、实验结论及误差分析

将上述计算结果用Excel拟合相关曲线如下

结果分析：

由图可知，泵的扬程随流量的增大而减小，泵的轴功率随流量的增大而增大，而泵的效率则存在最大值。由图可知，孔流系数Co在一定范围内是一定值，一般在0.6—0.7，本实验测定结果为0.58，较之略小。

误差分析：

系统误差，人为操作所造成的误差，读取数据时的跳跃值取其一也可导致误差，在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差等等。

七、思考题

1.根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵，在启动前为何要关闭调节阀？

答：在同一压头下，泵进、出口的压差却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。因此，离心泵启动前要管泵；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。

2.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。

答：“气蚀 ”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。“气蚀 ”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。解决方法是1、选择足够的气蚀余量。2、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。

“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。解决方法石材用灌泵等方法将气体赶出来。

3.根据什么条件选择离心泵？

答：主要根据流量、扬程、液体性质等选择离心泵，还要考虑泵的吸程是否足够。

4.从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可采取哪些措施？ 答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减小液体的粘度，改变液体，使用比重较小的液体。 5.试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度的区别。

答：汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。

离心泵安装高度 = 水泵的允许真空值 - 吸水管的流速水头 - 吸水管的沿程水头损失 - 局部水头损失

编者：郭俊雄

2010.10.30

 

第二篇：离心泵性能实验报告(带数据处理)

实验三、离心泵性能实验

姓名：杨梦瑶学号：1110700056实验日期：2014年6月6日

同组人：陈艳月黄燕霞刘洋覃雪徐超张骏捷曹梦珺左佳灵

预习问题：

1.         什么是离心泵的特性曲线？ 为什么要测定离心泵的特性曲线？

答：离心泵的特性曲线：泵的He、P、η与Q_V的关系曲线，它反映了泵的基本性能。要测定离心泵的特性曲线是为了得到离心泵最佳工作条件，即合适的流量范围。

2.         为什么离心泵的扬程会随流量变化？

答：当转速变大时，，沿叶轮切线速度会增大，当流量变大时，沿叶轮法向速度会变大，所以根据伯努力方程，泵的扬程：

H=（u₂²- u₁²）/2g + (p_2- p₁) / ρg + (z₂- z₁) +H_f

沿叶轮切线速度变大，扬程变大。反之，亦然。

3.         泵吸入端液面应与泵入口位置有什么相对关系？

   答：其相对关系由汽蚀余量决定，低饱和蒸气压时，泵入口位置低于吸入端液面，流体可以凭借势能差吸入泵内；高饱和蒸气压时，相反。但是两种情况下入口位置均应低于允许安装高度，为避免发生汽蚀和气缚现象。

4.         实验中的哪些量是根据实验条件恒定的？哪些是每次测试都会变化，需要记录的？哪些是需要最后计算得出的？

答：恒定的量是：泵、流体、装置；

每次测试需要记录的是：水温度、出口表压、入口表压、电机功率；

需要计算得出的：扬程、轴功率、效率、需要能量。

一、实验目的：

1.         了解离心泵的构造，熟悉离心泵的操作方法及有关测量仪表的使用方法。

2.         熟练运用柏努利方程。

3.         学习离心泵特性曲线的测定方法，掌握离心泵的性能测定及其图示方法。

4.         了解应用计算机进行数据处理的一般方法。

二、装置流程图：

图5 离心泵性能实验装置流程图

 1 水箱    2 Pt100温度传感器     3 入口压力传感器   4真空表     5 离心泵   6 压力表    

 7 出口压力传感器   8 φ48×3不锈钢管图    9 孔板流量计d=24mm   10压差传感器  

 11 涡轮流量计  12 流量调节阀     13 变频器

三、实验任务：

1． 绘制离心泵在一定转速下的H（扬程）~Q（流量）；N（轴功率）~Q；η（效率）~Q三条特性曲线。

2． 绘制不同频率下离心泵管路特性曲线

四、实验原理：

1．  离心泵的性能参数取决于泵的内部结构，叶轮形式及转速，在恒定转速下，离心泵的性能——扬程、功率和效率与其流量呈一定的函数关系。通常用水做实验测出它们之间的关系以曲线表示，即He～Q、N_轴～Q、η～Q称为离心泵的特性曲线。在实验中只要测出泵的流量、进口与出口压力和泵消耗的功率，即可求出泵的特性曲线。

  根据流体力学方程，亦即柏努利方程：在离心泵进口、出口之间进行能量衡算，则：

          u₁²/2g + p₁/ρg + z₁ + H= u₂²/2g + p₂/ρg + z₂ +H_f  （m）

                H=（u₂²- u₁²）/2g + (p_2- p₁) / ρg + (z₂- z₁) +H_f     （m）

 由于：阻力损失Hf 可以忽略，则：

           H=（u22- u12）/2g + (p2- p1) / ρg + (z2- z1)     （m）

           Ne= QHρg

           η= Ne /N×100℅

p1—进口压力, Mpa，   p2—出口压力, MPa，   H—扬程,m，

1．    Q—流量,m3/s，        Ne—有效功率, W，     N—轴功率，W

2．  管路特性是指输送流体时，管路需要的能量H（即从A到B流体机械能的差值+阻力损失）随流量Q的变化关系。本实验中，管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等，计算H的方法同He：

3．       mH2O

4．  虽然计算方法相同，但二者操作截然不同。测量He时，需要固定转速，通过调节阀门改变流量；测量H时，管路要求固定不动，因此只能通过改变泵的转速来改变流量。

五、实验准备操作：离心泵的开启

5．  开启总电源，使配电箱带电；打开配电箱上泵开关，使变频器带电

6．  调节变频器为手动。在变频器通电后，按“P”键，当显示“r0000”时，按“△”或“▽”键找到参数“P0700”，再按“P”键，调节“△”或“▽”键将其参数值改为1（调成“自动”时该参数设置为“5”），按“P”键将新的设定值输入；再通过“△”或“▽”键找到参数“P1000”，用同样方法将其设置为“1”；按“Fn”键返回到“r0000”，再按“P”键退出。

7．  流量调节阀和双泵并联阀门处于关闭状态。手动按下变频器控制面板上“绿色按钮”启动水泵，再按“△”或“▽”键改变电源频率，使其示数为“50.00”，完成离心泵启动。

六、实验步骤：

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，如无异常，就可切断电源，准备在实验时使用。

2． 泵特性曲线数据测定。开启离心泵，调节流量调节阀，由小到大逐渐增大流量，按讲义规定测取10组水流量、水温度、功率、进口表压、出口表压数据，注意在数据稳定后再读取记录。

3． 管路特性曲线测定。

固定一个阀门开度，通过变频器间隔4Hz调节频率由50到10Hz测取11组水流量、进口表压、出口表压数据。

改变阀门开度，重复上面操作，得到另外两条不同阀门开度下的管路特性曲线

4．  实验测定完毕，最后按变频器控制面板上“红色按钮”停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等），关闭配电箱上泵开关和总电源开关。

七、数据记录及处理：

1.              测量并记录实验基本参数：

离心泵额定功率：0.55kW

离心泵扬程：21.13m

离心泵流量：1.2-7.2m³/h^-1

实验液体：水

实验数据记录及整理：

泵特性（转速）：

泵的特性曲线 1

管路特性-1（阀门开度）：

 

管路特性曲线扬程H-流量Q 1

管路特性-2（阀门开度）：

 

管路特性曲线扬程H-流量Q 2

数据处理过程：

以每组数据的第一组数据为例，计算过程如下：

本实验中，管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等，计算H的方法同He：

     mH₂O

泵特性曲线物理量计算：

扬程H_e：

水在该温度下的密度：

H_e=H_出口表压-H_入口表压+z= H_出口表压-H_入口表压+0.2mH₂O=（20.6-0.2+0.2）mH₂O =20.6 mH₂O

轴功率：N=N_电机×90%=0.47kW×90%=0.423kW

泵的效率：

管路特性的物理量计算：

需要能量H/mH₂O

H_e=H_出口表压-H_入口表压+z= H_出口表压-H_入口表压+0.2mH₂O=（13.7+0.1+0.2）mH₂O=14.0 mH₂O

结果分析和误差来源讨论：

结果分析：

通过实验可以看出离心泵在特定的转速下有其独特的特性曲线，而且不受管路特性曲线的影响。 

在固定的转速下，离心泵的流量、压头和效率不随被输送的液体的性质（如密度）而改变，但泵的功率与液体密度成正比关系。

在实验过程中，由于流量的范围取得不够大，使得泵的效率曲线随流量的变化范围在本次测量中体现得不完善。我们从泵的特性曲线 1中可以看到，流量的变化在0—6m³?h^-1之间，泵的效率在流量增大到一定程度时，而流量的增加而减小。

误差来源：

实验用的水的水温在泵的流量变化时也会发生变化，而实验最后取得是温度的平均值，这样就会在小地方上出现一定的误差。

真空表和压力表的单位不是MPa就是KPa过大，而刻度分的又不细致，这样用肉眼的读数就会产生一定的系统误差。

由于是湍流，导致真空表和压力表的指针一直在波动，这样就导致了一定的实验误差。

水箱中的水都在波动，而且示数分的不细致在读书中也产生了一定的误差。