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1、教学实验 2012-10流体输配管网实验指导书湘潭大学土木工程工程与力学学院建筑环境与设备工程专业2012 年 10 月内部使用目 录实验一 离心泵综合实验2实验一 离心泵综合实验一、 实验目的掌握离心泵主要工作运行特性；通过对水泵汽蚀现象的观察，加深对水泵汽蚀产生原因的理解；通过对水泵串并联运行时相互之间的关系及其特性曲线的测定方法，进而加深对多台离心水泵联合运行性能的理解。二、 实验原理离心泵的重要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和使用泵的主要依据。1、泵的流量泵的流量即泵的输送液体的能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接有一定时间 内排
2、出液体的体积 V 或 m 来测定。t（1）VQs/3若泵的输送系统中安装有流量计时，泵的流量可由流量计直接测出。2、泵的扬程泵的扬程即总压头，表示单位重量液体从泵中所获得的机械能。若以泵的压出管路中装有压力表处为 1 截面，以吸入管路中装有真空压力表处为 2 截面，在离心泵的入口和出口压力表处分别取 11 和 22 过水断面，列伯诺里方程如下：（2）lhgpzHgpz 22211 式中，H 为离心泵的扬程，z 2z 1z 为离心泵进、出口的高差，即位置水头； 为离心泵出口的测压管高度； 为离心泵入口的真2gp 1H空度，即泵入口真空表读数；由于泵的进出口管径相同，由连续性方程可知v1=v2，
3、为 11 和 22 过水断面之间的沿程阻力，因很小可忽略。于是lh zH21式中： 由压力表读值 P1 直接求得， 由真空压力表读值 P2 直接求得，mvhz 为仪器常数，当进出口表安装位置等高时，z=0。（3）21e3、泵的功率3在单位时间内液体从泵中实际所获得的功，为泵的有效功率。即（4）gHQNee式中： 液体从泵中实际所获得的功，W；eN泵的流量，m 3/s；Q泵的扬程，m；eH所输送液体的密度，Kg/m 3；g 重力加速度 。2/81.9s泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送的液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。而电动机所消耗的功率又大于泵轴所作的实际功率。电动机所消耗的功
4、率可由输入的电压和电流测得，或直接由功率表测得：=W W （5）IUN式中：I电流， A；U电压，V。 4、泵的总效率泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际消耗功率计算得出：即（6）Ne5、泵的汽蚀离心泵的叶轮旋转工作时，在入口处的压强会低于大气压，于是后续液体才不断的导入泵内。如果泵内某处压强低至该处液体温度下的气化压力，部分液体就开始气化，形成气泡；与此同时由于压强的降低，原来溶解于液体的某些活泼气体，如水中的氧也会逸出而成为气泡。这些气泡随液流进入泵内高压区，由于该处压强高，气泡迅即破灭。于是在局部地区产生高频率、高冲击力的水击，不断打击泵内部件，使其表面部位蜂窝状或海绵状。此外，在凝
5、结热的助长下，活泼气体还会对金属发生化学腐蚀，以致金属表面逐渐脱落而破坏，这种现象就是气蚀。气蚀如持续发展，气泡大量产生，就会影响正常流动，噪声和振动剧增，甚至造成断流现象。此时，泵的扬程、流量和效率都显著下降。因此，泵在运行中应当严格防止气蚀。7、泵的特性曲线上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是互相制约的。因此，为了准确全面的表征离心泵性能，须在一定的转速下，将实验测得的各项参数即：4、N、 与 Q 之间的变化关系标绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特eH性曲线，如图 1 所示。 Wn%BQm图 1 离心泵特性曲线以同样的方式测出离心式水泵联合运行工况下的工作特性曲线，对离心泵操作性能具
6、有十分重要的意义，由此曲线可确定泵的最适宜操作状况。8、泵的并联特性曲线当需要增加系统中的流量时，宜采用并联方式运行。见图 2。BQm图 2 离心泵并联特性曲线两台水泵分别单独运行时所提供的的流量 及 都小于两机联合运行的1Q25流量 ，说明联合运行可以满足增加流量的要求。同时， ，单机AQ AQ21运行的压头均低于联合运行的压头值。所以联合运行一般不能充分发挥两泵的能力。并联运行是否经济合理，要研究各机的效率才能决定 。9、泵的串联特性曲线当管路系统的性能曲线较陡，单机不能提供所需扬程时，应当按串联方式运行。见图 3。 BQm图 3 离心泵并联特性曲线这时第一台泵的出口与第二台泵的吸入口相连
7、。两台水泵串联运行的特点是通过两台泵的流量相等，而扬程或压头等于两台设备的扬程或压头之和。三、实验装置本实验装置可以进行离心泵特性曲线测定实验、离心泵汽蚀实验和离心泵串并联实验的一种多功能综合实验台。试验台的系统如图 4 所示。 6FMBFZspDL21图 4 实验台系统图Zs转速传感器； M1、M 2水泵电机（1） 、水泵电机（2） ；B 1 、B 2水泵（1） 、水泵（2） ；F 1水泵（1）入口阀门；F 2水泵（2）串、并联管路切换阀阀门；F 3水泵串联管路切换阀门；F 4水泵（1）出口阀门；F 5流量工况调节阀门；F 7方水箱与圆水箱之间的联通阀门；F 8排气阀；P 1水泵（1）入口真
8、空压力表；P 2水泵（1）出口压力表；P 3水泵（ 2）入口真空压力表；P 4水泵（2）出口压力表； L1、L 2泵 1 流量计、泵 2 流量计。方水箱仅起到接水的作用。方、圆水箱之间设联通阀门，分别界至两个计量水箱上；圆水箱上设有调试排空阀及放水阀。实验台主要由水泵 1（用以测泵特性及串并联实验） 、水泵 2（用以测泵的汽蚀余量和串并联实验） 。实验时，利用各阀门的开、关和调节，形成泵 1 的单台泵工作回路，在不同流量下，测定一组相应的压力表、真空表、和流量计的读数，以及电机的转速 n,电功率，即可得出一组泵的流量 Q、扬程 H,实用功率N 等数据，可以绘出泵的 H-Q,N-Q 和 -Q 等
9、特征曲线。进行泵的汽蚀实验时，利用相应阀门的开、闭和调节，形成泵 2 的单泵工作回路，并使水箱成为的封闭的容器，水泵抽水时，使水箱由于水的抽出而产生真空，从而使泵的进口压力减少，直到发生汽蚀，测出泵的汽蚀余量 H。再进行泵的串联或并联回路，测定串联和并联时运行特性。实验台的主要指标和参数离心泵参数：型号： 设计扬程： m最大流量： m3/h 泵进口管径： mm 电机额定功率： W 电机额定转速： 转/分 电测用户涡轮流量计参数：7涡轮流量计流量范围：常规体积法测流量水箱参数：方计量水箱截面尺寸： m2四、实验要求1、学生根据试验目的，依据基本原理和实验条件，确定实验内容。2、确定试验数据采集点
10、，以获得必要的试验数据。3、拟定实验步骤和操作方法，经试验指导老师同意后开始试验操作。4、按拟定的实验步骤进行试验，在测得必要的数据后，经试验指导老师同意，停止试验操作。5、整理试验数据，写试验报告。五、实验基本操作步骤1.泵的特性实验（1）试验前准备将水箱注满水拧开圆 水 箱 上 排 气 阀 F7，向方水箱充水，直到圆 水 箱 内充满水且方水箱内有 2/3水为止。关闭阀门 F2、F 3、 ；打开阀门 F1、F 4、F 5、F 7、F 8。（2）进行试验启动泵 B1。泵运转后，即打开阀门 F1，再关闭阀门 F4。此时，流量为0，为空载状态。测量压力表 P2，真空压力表 P1 的读数，并测出电机
11、转速 n 和电机功率。打开阀门 F4 至一定开度，水泵开始给水，再测读压力表 P2、真空压力表 P1、流量计 L 的读数，并测定电机的转速 n 和电机功率。泵的流量可以用流量计（特殊订购）也可用计量水箱和秒表（用户自备）来测量。逐步开大阀门 F1，改变泵的流量（一般改变 10-15 次） ，在每一流量下，测量并记录上述试验数据。这样，可以测得相应于不同流量下的试验数据，从而就可以绘出泵的特性曲线。 2.水泵的汽蚀试验临界汽蚀余量(NPSH)。通过汽蚀试验测得的NPSH临界值。该临界值是在给定的流量下，在第一级内引起第一级扬程或效率下降(2+k/2)%时的NPSH值（k-型式系数） ；或者在给定
12、的扬程下，在第一级内引起流量或效率下降(2+k/2)%时的NPSH值。 4/321)(60HgQK8每一吸入口的流量；Q泵的单机扬程。H（1）试验前的准备将水箱注满水后，用排气阀 F8 排气后关闭排气阀。打开 F1、F 2、F 4、向两个水泵充水。关闭阀门 F1、F 2、F 5、F 8，打开阀门 F3、F 4。（2）进行试验启动水泵 B1、B 2，泵运转后，即打开阀门 F5。调节阀门 F5，调至某一流量 。Q1在此流量下，将阀门 F7 由开启向关闭方向逐步调节，使水箱内的真空度逐步增大，每调节一次，同时测读流量计读数、真空压力表 P3 的读数 Hs 和压力表 P4 读数 H（扬程） 。继续调节
13、阀门 F7，直至真空压力表 P3 的指针发生剧烈颤动或急剧下降为止（即发生汽蚀） 。这样，可以读出一组试验数据，并确定在此流量下的汽蚀余量 h。（4）将阀门 F5 调至另一开度，重复上述步骤，测定此流量 Q2 下的汽蚀余量hc。如此，进行 3-5 个流量下的试验，测得 3-5 组试验数据，即可测定泵的汽蚀特性曲线。3、两台泵的串联运行试验（1）在相同流量下，测出单台泵运行时的泵 B1 和泵 B2 的扬程 H1 和 H2。其试验步骤和方法可参照泵的特性试验方法。（2）在与单台泵运行时的相同的流量下，测出两台泵的串联时的扬程 H串 可以得出 H 串 = H1+ H2。具体步骤如下：打开阀门 F3、
14、F 4；关闭阀门 F1、F 2、 。接通电源，首先启动泵 B2，再启动泵 B1，待运行正常后，然后打开阀门F5。调节阀门 F5，使流量指示与单台泵运行时相同。在压力表 P3、P 4、P 1 和 P2 上进行扬程 H 串 读值。4.两台泵的并联运行试验（1）在相同的扬程下，测出单台水泵进行时泵 B1 和泵 B2 的流量 Q1 和Q2。（2）在与单台泵运行时的相同的扬程下，测出两台泵并联时的流量 Q 并 ，得出：Q 并 = Q1+ Q2。具体步骤如下： 开阀门 F1、F 4、F 2、F 5、F 7、F 8；关闭阀门 F3。9 首先启动泵 B2，再启动泵 B1，待运行正常后，然后打开阀门 F5。 调
15、节阀 F2、F 4，使压力表 P4 和 P2 的扬程一致，并与单台泵运行使相同。 用流量计或计量水箱进行流量 Q 并 测量。六、试验台的保养和维护1. 在接电运转前，必须做好下列准备工作：仔细检查各阀门、接头和表头等有无松动，如有松动，应加以紧固；用橡胶管将文丘里的测压口与压差计相连接；将水箱注满水，并使泵内全部充满水。完成上述安装工作以后，即可接电试运转。启动水泵，观察有无漏水现象，如漏水，应设法处理。2. 量水箱应保持清洁明亮；3. 流量计的差压计，应注意防尘，以免影响测量精度。不用时，应盖上塑料布或特制小盖；将测力矩力臂用限位装置锁住；4. 易锈零部件，应注意防锈；5. 实验前要认真考虑试验内容，确保其正确，确定各个阀门开、关到位；6. 泵要封闭启动，即关闭 F5 后启动电机；7. 观察泵气蚀现象时，要快速操作，防止泵损坏；8. 泵运转时要注意安全，防止触电。要特别注意防止袖角、衣角及长发卷入泵电机的转动部件内，防止发生事故。设备运转如有不正常现象，要立即停车，与指导教师讨论愿因，及时处理后方可继续作试验。说明：1、做 HQ 曲线时，应注意 泵
