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1、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* 姓 名： *学 号： 20110111* 序 号： *同 组 人： * * *设备型号： 流体阻力-泵联合实验装置UPRS型-第1套实验日期： 2013-*-*北京化工大学 化工原理 离心泵实验 王淼一、实验摘要 本实验使用FFRS型第1套实验设备,通过测量离心泵进出口截面的流量、压强、电机输入功率等量，根据He=p2g-p1g+Z+u22-u122g+hf、Pa=0.9P电 、=PePa得到 Heqv、Paqv、qv关系曲线，即离心泵特性曲线；同理得管路的特性曲线；通过涡轮流量计测得的管路流量，根据C
2、o=qvA02p 和Re=du得到孔板流量计的孔流系数Co与雷诺数Re，从而绘制Co和Re曲线图。该实验提供了一种测量泵和管路的特性曲线以及标定孔板流量计孔流系数的的方法，其结果可为泵、管路和孔板流量计的实际应用与工艺设计提供重要参考。关键词：离心泵，特性曲线，孔板流量计 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. 了解孔板流量计的构造和原理，测定其孔流系数。4. 测定管路特性曲线。5. 测定相同转速下双泵并联特性曲线三、实验原理 1. 离心泵特性曲线的测定 离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。
3、离心泵性能是指在叶轮结构、尺寸、转速等固定的情况下，泵输送液体具有的特性。其中Heqv、Paqv、qv关系曲线称为离心泵特性曲线。根据此曲线可以求出最佳操作范围，作为选泵的依据。（1） 泵的扬程He扬程是离心泵对单位牛顿流体作的有效功。在泵的进出管路取两个截面，忽略流体阻力，列机械能衡算可知扬程为：He=p2g-p1g+Z+u22-u122g+hf=H2-H1+Z+u22-u122g m 式中，H2出口截面静压能，mH20； H1进口截面静压能，mH20；（2）泵的有效功率和效率轴功率取输入电机功率Pa的90%，即：Pa=0.9P电 kW 有效功率：Pe=p2-p1qv1000=gqvHe10
4、00 kW泵的效率：=PePa总效率：总=PeP电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管路特性曲线的测定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Hqv关系曲线称为管路特性曲线，与泵无关，只受管路与流体影响。在管路的起点和终点取两个截面，当管径相同时，且管径流动达到阻力平方区时，根据机械能衡算式可知管路需要的能量为： H=Z+pg+u22g+ hf=A+Bqv2 m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qv下运送流体所需要的能量H，即H=He，所以H的测量原理同H
5、e，即可得到管路特性曲线Hqv曲线3. 孔板流量计孔流系数的测定根据伯努利方程，在孔板前后平行流线处取两个截面，然后用孔口截面代替后一个截面并修正，最后得到孔板流量计算式为qv=C0A02p m3s由此得孔流系数Co=qvA02p，式中，A0孔口的面积，m2。其中qv可由涡轮 流量计测得。孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压口的位置、孔径d0与管径d1比和雷诺数Re共同决定，具体数值由实验确定。当d0d1一定，雷诺数Re超出某个值后，C0就接近于定值。通常工业上选用孔板流量计时应尽量使C0为常数的Re下使用。连接管道的雷诺数Re=du4. 离心泵并联特性曲线当单台泵的输液能力达不到目标流量时，
6、有时可以选择双泵并联或串联。对于低阻输送管路，并联优于串联组合；对于高阻输送管路，则采用串联组合更为适合。本套设备可通过切换阀门，测定双泵并联的性能。理想情况下，双泵性能可以由单泵性能合成得到：单泵拟合：He=A-Bqv2 m并联组合：He并=A-B（2qv)2 m串联组合：He串=A/2-Bqv2 /2 m四、实验流程和设备图 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/m3h-1；PI03压降/kPaNI04电功率/kW；PI05出口表压/ mH20；PI06入口表压/ mH20
7、实验介质：水（循环使用）。研究对象：粤华WB70055型单级离心泵； 孔板流量计，锐孔直径d0=18.0mm，管道直径d1=27.0mm仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，0.610m3h-1,精确度等级0.5；温度计，Pt100,0200，精度等级0.2；压差传感器，WNK3051型，-20100kPa，精确度等级0.2，测势能差p；显示仪表：AI-708等，精度等级0.1；变频仪：西门子MM420型；天平，0.01g；量筒等。控制系统：控制电柜+电脑+数据采集软件，需380VAC+220VAC五、实验操作1. 关流量调节阀，打开除层流管以外的主管路切换阀，按电柜和变频仪绿色按钮启动水泵
8、（本实验泵处于水槽下方，故无需灌泵）；2. 固定转速（50或40Hz），通过调节阀改变水量从0到最大（流量梯度参照老师所给预习材料，以下同），记录数据完成泵性能实验；3. 固定调节阀开度（全开、0.75开度、0.5开度），通过变频仪调节水流量从较大（变频仪50Hz）到0.15m3/h左右，完成管路实验；4. 调变频仪为50Hz，关闭流量调节阀，关闭孔板管路以外的主管路切换阀，开孔板引压阀和压差传感阀排气，排气完毕在关闭压差传感器排气阀，手工记录零点P0，最后通过调节阀改变水流量从0.6m3/h到最大，记录数据完成孔板实验；5. 切换阀门形成泵并联组合，频率均为50Hz，通过阀门调节水流量从0到
9、最大，两组共同记录相关数据（功率等于两者之和，流量取平均值），完成并联实验（性能与管路无关，可打开层流管外单的主管路切换阀，实际操作打开比较好）；6. 实验结束，按变频仪红色按钮停泵，关闭流量调节阀、压差传感器排气阀，做好卫生工作。注意事项：（1） 泵实验通过阀门改变流量，管路实验通过变频仪改变流量；（2） 泵并联实验时需借用临组水泵，同时需关闭其流量调节阀；（3） 孔板压降波动到平均值时记录六、实验数据表格及计算举例（注：黑色数据为原始数据，蓝色数据为过程量，红色数据为结果值）1 离心泵特性实验数据表（50Hz,2850r/min）:Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m
10、序号水流量 qv/m3h-1出口表压 p2/mH2O入口表压 p1/mH2O电机功率P电/kW水温度t/扬 程 He/mH2O轴功率 Pa/kW效 率10.00 21.9 0.4 0.43 20.0 21.7 0.39 0.0%20.62 21.5 0.4 0.44 19.9 21.3 0.40 9.1%30.60 21.5 0.4 0.44 19.9 21.3 0.40 8.8%40.98 21.1 0.3 0.46 19.8 21.0 0.41 13.5%52.07 19.9 0.2 0.53 19.8 19.9 0.48 23.5%62.97 18.8 0.0 0.59 19.8 19.
11、1 0.53 29.0%74.13 17.5 -0.3 0.65 19.9 18.2 0.59 34.8%84.98 16.1 -0.6 0.70 20.0 17.1 0.63 36.8%95.96 14.4 -1.0 0.74 20.0 16.0 0.67 38.8%106.97 12.4 -1.5 0.78 20.1 14.6 0.70 39.3%117.97 10.4 -2.0 0.81 20.2 13.2 0.73 39.3%129.19 7.4 -2.7 0.83 20.3 11.1 0.75 37.2%以第三组数据为例进行计算：qv=0.60m3h,p2=21.5mH2O,p1=0
12、.4mH2O,P电=0.44kW,T=19.9当T=19.9 时，查表得，水的密度=996.3kg/m3进口流速u1=4qvd12=40.6036000.0422=0.12 m/s，进口流速u2=4qvd22=40.6036000.0272=0.29 m/s扬程He=H2-H1+Z+u22-u122g=21.5-0.4+0.2+0.292-0.12229.81=21.3m轴功率Pa=0.9P电 =0.90.44=0.40kW 有效功率Pe=gqvHe1000=996.39.810.6021.3/(36001000)=0.035kW泵的效率=PePa=0.0350.40=8.8%同理求出其余各组
13、的扬程He、轴功率Pa和泵的效率2. WB70/055型离心泵2850rpm最高效率点附近性能：测试介质-水，测试水温-202850rpm/50hz80%max90%max100%max90%max80%max流量/(m3/h-1)3.744.686.949.20 10.13扬程/mH2O19.1113.0514.9313.058.28效率32.54%36.61%40.68%36.61%32.54%电功率/W608653761870914无效功率/W410414451551617序号水流量 qv/m3h-1出口表压 p2/mH2O入口表压 p1/mH2O电机功率P电/kW水温度t/扬 程 He/mH2O轴功率 Pa/kW效 率10.00 13.8 0.4 0.26 20.6 13.6 0.23 0.0%20.54 13.4 0.4 0.27 21.2 13.2 0.24 8.0%31.02 13.1 0.3 0.29 20.8 13.0 0.26 13.8%42.09 12.5 0.2 0.33 20.8 12.5 0.30 24.0%52
