化工原理实验报告

院（部）：        化学工程学院                 

专   业：   化学工程与工艺  班  级：   化工1104    

姓   名：               学  号：   

同组人员：     

实验名称：       离心泵性能实验                  

实验日期：     20XX.11.5

摘要：我们在本次实验中测定泵的特性曲线和管路特性曲线，并且得到本次试验中的孔流系数。在泵的特性曲线中我们可以看到Q—He曲线是下降的曲线，即随流量Q的增大，扬程He逐渐减小；离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点；当流量为零时，轴功率最小，因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动；效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。孔流系数C0在一定范围内是一定值，本次试验结果为0.7118。泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点，阀门关小时，He—Q曲线变陡，工作点往上移，流量变小；阀门开大时，He—Q曲线变得平坦，工作点下移，流量变大。

关键词：化工实验 离心泵 特性曲线 孔流系数

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。

Figure 1离心泵的理论压头与实际压头

 (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

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

Figure 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：

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后则有

对于不可压缩流体，根据连续性方程有

经过整理后，可得：

令，则可简化为：

根据u0和S2，可算出体积流量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，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

Figure 3  离心泵性能实验装置

1-  水池 2-底阀3-离心泵 4-出口调节阀 5-孔板流量计 6-计量槽

7-放水阀 8-进水管 9-灌泵口 10—真空表 11—压力表 12—液位计

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，准备在实验实验中使用。

2.      在进行实验前，首先要灌泵（打开灌泵阀），排出泵内的气体（打开流量调节阀），灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀即可启动离心泵，开始试验

3.      实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，并用计量槽计量液体流量。当流量大时，应注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多测几次数据

4.      为防止因水面波动而引起的误差，测量师液位计高度差值应不小于200mm。

5.      测取10组数据并验证其中几组数据，若基本吻合后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据

6.      测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测取8-10组数据，并记录。

7.      实验完毕，停泵，记录相关数据，清理现场

五、数据处理

1、水的密度与粘度计算公式

1、     密度：

式中：——水的平均温度

2、     粘度：

式中：——水的平均温度

（1）离心泵的特性曲线数据记录

以第一组数据为例：

扬程计算：

泵的有效功率计算：

      

雷诺数：

孔流系数：

（2）管路特性曲线

以第一组数据为例：

六、实验结论及误差分析（用Origin或者excel处理）

（一）离心泵特性曲线

将上述计算结果用Origin拟合相关曲线如下：

图中黑色曲线代表扬程变化曲线，绿色曲线代表效率变化曲线，红色代表有效功率变化曲线

图表分析：

1、He—Q曲线是下降的曲线，即随流量Q的增大，扬程He逐渐减小。2、离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点。当流量为零时，轴功率最小。因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动。

3、效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。即离心泵在一定转速下有一定的最高效率点，称为离心泵的设计点。对应的H，N，Q值称为最佳工况参数。

（二）孔板流量计孔流系数的测定

Figure 5孔板流量计系数与雷诺系数关系

孔流系数Co在一定范围内是一定值，本实验测定结果为0.71704。

（三）管路特性曲线

泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点

阀门关小时，He—Q曲线变陡，工作点往上移，流量变小

阀门开大事，He—Q曲线变得平坦，工作点下移，流量变大

（四）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。

五、思考题

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。