实验二：离心泵性能实验

实验时间：20xx年11月5日

报告人：吕游

同组人： 刘晓林 张少林 许馨予

一， 摘要

本实验采用图一所示离心泵装臵，实验测定在一定转速下泵的特性曲线和管路特性曲线。通过实验了解离心系的正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及其相互关系，进而加深对离心泵的性能和操作原理的理解。

二， 目的及任务

⑴ 了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。

⑵ 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。 ⑶ 熟悉孔板流量计的构造，性能和安装方法。

⑷ 测定孔板流量计的孔流系数。

⑸ 测定管路特性曲线。

三， 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。

（1） 泵的扬程He

He=H压力表?H真空表?H0

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=0.85m。

（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

η?Ne?Ne N轴QHeρ 102

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

N轴?N电η电η转

式中 N电——电机的输入功率，kW；

η电——电机效率，取0.9；

η轴——传动装臵的传动效率，一般取1.0。

2、孔板流量计孔流系数的测定

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

2u2p?p22?u1?1?gh 2ρ

2?u12? 或 2

由于缩脉的位臵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，且测压口的位臵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

2u0?u12?C2gh

对于不可压缩流体，根据连续性方程有

u1?u0

经过整理可得 u0?CS0 S1 2gh

?(S02)S1

令C?0C

?(S02)S1，则又可以简化为

u0?C02gh

根据u0和S2，即可算出流体的体积流量Vs为

Vs?u0S0?C0S0gh

或 Vs?C0S0

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； 2?p?

C0——孔流系数。

孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压口的位臵、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。

四，实验装臵流程图

图1 离心泵性能实验装臵和流程

1、蓄水池； 2、底阀； 3、真空表； 4、离心泵； 5、灌泵阀； 6、压力表；

7、流量调节阀； 8、孔板流量计； 9、活动接口； 10、液位计； 11、计量水槽（495×495）mm； 12、回流水槽； 13、计量槽排水阀

五，实验步骤

本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下的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、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，开始实验。

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，并多测取几次数据。

4、为防止因水面波动而引起的误差，测量时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（如离心泵型号、额定流量、扬程和功率等）。

6、测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测定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。

六，数据处理

1、离心泵特性曲线的测定：

实验测得数据如下表：

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：

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=996.13kg/m3

所测数据：

h=0.2 N电=0.72W

Δp=53.63KPa P真空表=-1.2m P压力表=13.2m

t水=22℃，查表，并由内插法算得 μ=0.96216mPa?s

扬程He=P ?P ?H0?13.2?1.2?0.2?12.2m ?g

有效功率Ne??HeQ

102?996.13?12.2?6.9?0.228363KW 102*3600

轴功率N ?N?KW ? ?0.77?0.9?1.0?0.693

效率??Ne0.228363??34.84% N 0.693

Q

S0

du?孔流系数C0?2?p?6.9/3600???0.0092?53.63?4996.132 ?0.7272585雷诺数Re??0.027?3.349264?996.13?93622.86 0.96216/1000

最后求取孔流系数的平均数，Co=0. 0.73524

2、管路特性曲线的测定：

改变管路开度三次，对于每个开度分别改变管路流量，测得三组数据，经过计算分别得到H与Q，结果见表3（a）（b）（c）：

以表3（a）第四组数据为例，计算如下： H=P ?P u2^2?u1^21.46^2?0.6038^2??H0?18.5?0.1??0.2?18.89m

?g2g2*9.81

表3（a） 离心泵特性曲线的数据处理 开度2.59 m^3/h

q=4.51m^3/h

表3（c） 离心泵特性曲线的数据处理 开度q=5.597m^3/h

七，实验结果及讨论

1、离心泵的特性曲线

图2 离心泵的特性曲线

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）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，在流量为5.08m^3/h左右时达到最大。

2、C0-Re曲线

图3 孔流系数C0与雷诺数Re的关系

结论：

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0.7258。

3、H-Q曲线

图4 管路特性曲线

结论：

由图4可以看出管路特性曲线H随Q的增大而增大。流量Q相同时，管路开度越小，H就越大，泵的工作点随之左上移，工作点下的流量随之增大。 八，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：灌泵是因为离心泵的加工精度不高，不能把空气排出造成泵内低压不足以将液体吸入泵内，故要用水排出空气。关闭调节阀是为了保护电机 。系统启动时，管路时常为空管，没有管阻压力会造成泵在一定转速下启动时偏大流量运转，电流过大尝尝出现泵震动，噪声，甚至电机超负荷运转，将电机烧毁。关闭出口阀，等于人为设臵管阻压力。随泵正常运转后缓慢启动阀门，让泵沿其性能曲线规律逐步正常工作。

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臵过高，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。

 

第二篇：离心泵性能实验

武汉大学动机学院

离心泵性能曲线实验

离心泵的主要性能参数有流量Q、压头H、效率和轴功率P，通过实验测出在一定的转速下H-Q、P-Q及-Q之间的关系，并以曲线表示，该曲线称为离心泵的性能曲线。性能曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。

一、实验目的

    (1)通过实验，测定离心泵在规定转速下的特性曲线。使学生加深对离心泵的工作原理和基本性能参数及性能曲线(水泵在恒定转速n的条件下，扬程H、功率P、效率与流量Q之间的关系曲线)的理解。

    (2)掌握离心泵基本性能参数的测试及基本性能曲线的绘制方法。

    (3)了解离心泵抽水装置的抽真空起动过程和运行操作方法。

 二、实验装置

    下图所示为离心泵基本性能实验装置示意图。实验泵通过弹性联轴器与异步电动机联结，组成抽水机组，进口通过吸水管接进水池，出口通过出水管接出水池，水流在进出水池中形成开式循环，因此该实验装置称为开式实验台。为便于水泵在启动前抽真空及在实验过程中调节流量，在出水管道上安装有闸阀。水泵流量测量采用的仪器是涡轮流量计。

三、实验项目及测试方法

1. 实验简述

图  离心泵基本性能实验装置示意图

1一水泵；2一电机；3一控制装置和测功仪表；4一真空表；5一压力表；6一闸阀；7一水池；8一涡轮流量计；9一抽真空阀

  实验方法是通过改变出水管路上的闸阀开度来控制扬程、流量，每改变一次闸阀的开度，测出水泵的转速、流量及真空表、压力表、扭矩仪轴功率(或电功率表)的读数，据以绘制性能曲线。

   2.测试项目及方法

(1)    流量：采用涡轮流量计测量管道流量。

计算公式

涡轮流量计仪表常数见传感器

(2)    扬程：分别在水泵进口和出口安装真空表和压力表，测出

水泵进口的真空值和出口的压力值，并由此计算出水泵的扬程。

计算公式

总扬程：H(m)

 式中:  H_出----水泵出口压力表读数转换成水拄高（m）；

      H_进----水泵进口压力表读数转换成水拄高（m）；

Z------压力表中心至真空表中心的高差；压力表中心高于真空表测点时为正(m)；

V_出-----压力表测压点平均流速(m/s)；

               V_进-----真空表测压点平均流速(m/s)；   

(3)    功率：进行水泵性能实验，要求测量水泵的轴功率，即电动机传给水泵的功率。功率的测量方法有直接法和间接法两种。所谓直接测量是用马达天平或扭矩仪测出泵轴上的力矩，并据以计算水泵的轴功率。间接测量法是采用瓦特表测量电动机的输入功率，然后根据电机的输入--输出功率之间的关系求得电动机的输出功率。对于直接传动的机组，电动机的输出功率全部传给水泵轴，所以电机输出的功率即为水泵的轴功率。

直接测量法用扭矩仪二次仪表读出；

间接测量法用三相功率表测量电机的输入功率，再由下式求得轴功率：

=P** 

式中： P:电动机的输入功率, kW

 :电动机的效率，由电机样本查得

:传动效率，联轴器联接=1

有效功率公式

(kW)

式中：Q:泵的流量, ；

　                  H:泵的压头, m；

:水的密度, kg/；

g:重力加速度, m/。

效率公式

式中：:泵的有效功率, kW；

　　　            :轴功率, kW。

(4)    转速：采用转速表直接测量或用光电转速传感器测量，并由二次仪表显示、记录。

    上述参数的计算，由于实验过程中电网电压的不稳定可能导致电动机转速在一定范围内的波动，为了使实验数据在转速上保持一致，因而对实验转速不同于额定转速时的实验数据，应利用比例律公式进行换算，即

式中  Q、H、P——实测转速竹所对应的流量、扬程和功率；

      Q’、H’、P’——额定转速n’所对应的流量、扬程和功率。

 四、实验步骤

 实验前的准备工作

    (1)熟悉设备、装置和仪表的使用方法。

    (2)记下必要的原始数据，如水泵铭牌上所标示的水泵型号、扬程、流量、转速、效率；进出水接管直径；涡轮流量计仪表常数；真空表测点至压力表中心的垂距等。

    (3)检查仪表是否正常，机组的转动部件是否灵活，防护罩是否盖好。

    (4)关闭出水闸阀和压力表接管上的旋塞。

   

启动水泵机组

    (1)抽真空引水，若采用真空泵充水，则启动真空泵并打开水泵抽气管上的闸阀，当真空表指示值不再增加时，即表示水泵及吸水管内已充满水。

    (2)按启动电钮，使水泵机组启动。

    (3)关闭水泵抽气管上的闸阀，打开压力表上的开关。

    (4)将出水闸阀全开，同时检查机组及各种仪表工作是否正常，若无异常即可开始测量。

测量

    从出水管闸阀从全开到关闭，分别测量15个左右工况点的参数。读取真空表、压力表、流量计二次仪表、电功率表及转速仪上的读数，记入实验报告表中。测试时，注意被测性能曲线的端点位置(Q=0和Q达最大)，高效区附近测点适当加密。每组参数必须同步测量。15个工况点应尽量均匀地分布在整个性能曲线上。每改变一次闸阀开度，须经2min左右时间的稳定后才可测量、记录该开度下的实验数据。

关机

    完成上述测量后，若测量数据正常，则关闭真空表和压力表接管上的开关和出水管上的闸阀，切断电源停机。

   

五、 试验报告内容与要求

1．    实验装置介绍，绘出试验装置图，并作说明；

2．    整理测试数据，计算过程及实验结果填入实验表；

3.   在同一坐标图上描点绘制离心泵性能曲线。n=2900下，Q－H，Q－N，Q－曲线各一条（同组同学可各取不同的规定转速换算）；

4.   提交实验报告，要求格式规范步骤清晰。