化工原理实验报告 实验名称:离心泵特性曲线实验报告 姓名:张克川 专业:化学工程与工艺(石油炼制) 班级:化工 11203 学号:201202681 离心泵特性曲线实验报告 一、 实验目的 1. 了解离心泵的结构与特征,熟悉离心泵的使用。
2. 测定离心泵在恒定转速下的特征曲线,并确定离心泵的最佳工作范围。
3. 熟悉孔板流量计的构造与性能以及安装方法。
4. 测量孔板流量计的孔流系数 C 岁雷诺数 R e 变化的规律。
5. 测量管路特性曲线。
二、 基本原理 离心泵的特性曲线就是选择与使用离心泵的重要依据之一,其特性曲线就是在恒 定转速下泵的扬程 H、功率 N 及效率 η 与泵的流量 Q 之间的关系曲线,它就是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂,不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线,只能依靠实验测定。
2、1 扬程 H 的测定与计算
取离心泵进口真空表与出口压力表处为 1、2 两截面,列机械能衡算方程:
z 1 + + +H=z 2 + + +
(1-1) 由于两截面间的管子较短,通常可忽略阻力项 ,速度平方差也很小,故也可忽略,则有 H=(z 1 -z 2 )+ =H 1 +H 2 (表值)+H 3
(1-2)
由上式可知,只要直接读出真空表与压力表上的数值,及两表的安装高度差,就可计算出泵的扬程。
2、2 轴功率 N 的测量与计算
N=N 电 k(w)
(1-3) 其中,N 电为电功率表显示值,k 代表电机传动效率,可取 0、90 2、3 效率 η 的计算 泵的效率 η 就是泵的有效功率 Ne 与轴功率 N 的比值。有效功率 Ne 就是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率,轴功率 N 就是单位时间内泵轴从电机得到的功,两者差异反映了水力损失、容积损失与机械损失的大小。
泵的有效功率 Ne 可用下式计算: N e =HQ g
(1-4) η= 100％
(1-5) 2、4 转速改变时各参数的换算 泵的特性曲线就是在定转速下的实验测定所得。但就是,实际上感应电动机在转矩改变时,其转速会有变化,这样随着流量Q的变化,多个实验点的转速n将有所差异,因此在绘制特性曲线之前,须将实测数据换算为某一定转速n′(可取离心泵的额定转速 2900rpm)的数据。换算关系如下:
流量
(1-6)
杨程
H’ =H
(1-7)
轴功率
N’ =N
(1-8)
效率
η= =
(1-9) 2、5 管路特性曲线 H-Q
当离心泵安装在特定的管路系统时,实际的工作压头与流量不仅与离心泵
身的特性有关,海域管路特性有关,也就就是说,在液体输送的过程中,泵与管路二者就是相互制约的。
在一定的管路上,泵所提供的压头与流量必然与管路所需的压头与流量一致。将泵的特性曲线与管路的特性曲线绘在同一坐标图上。两曲线交点即为泵在该管路上的工作点。因此。可通过改变泵转速来改变泵的特征曲线,从而得出管路特性曲线。泵的压头 H 计算同上 H=△z+ + + =A+BQ2
(1-10)
其中
BQ2 =+ = +
当 H=H 时,调节流量,即可得到管路特性曲线 H-Q。
2、6 孔板流量计孔流系数的测定 孔板流量计的结构如图所示 hd 1d 0d 2 孔板流量计就是利用流体通过锐孔的节流作用,造成孔板前后压强差,作为测
量的依据。根据波努利方程,暂不考虑能量损失,可得 = =gh
(1-11)
观景为 ,孔板锐孔直径为 ,流体流经孔板后所形成缩脉的直径为 流体密度为 ,孔板前测压导管截面处与缩脉截面处的速度与压强分别由于缩脉位置随流速的变化而变化,故缩脉处截面积 难以知道,
而孔口的面积为已知,可用孔板孔径处的 ,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: -C
(1-12) 对于不可压缩流体,更具连续性方程可知:
(1-13) 经过整理:
(1-14)
令 则又简化为
根据 与 即可算出流体体积流量:
/s
(1-15)
式中
Q—流体的体积流量,
△P—孔板压差 —孔口面积
— 流体密度
—孔流系数 孔流系数的大小由孔板锐孔的形状,测压口的位置,孔径与管径比与雷诺准数共同决定的,具体数值由实验确定。当
一定时雷诺数超过某一值后, 就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在 为常数的流动条件下使用 三. 实验装置与流程
3、 1 实验装置与流程
离心泵特性曲线测定装置流程如图
3、2 装置参数
离心泵特性曲线装置参数如表所示 装置参数 名称 规格 参数 备注 入管口 DN40
不锈钢管 出管口 DN40
不锈钢管 水泵 磁力驱动泵 32CQ-15 流量:100L/min,杨程:15m 驱动功率:1、1kw,电压:380v 转速:2900r/min 上海凯达自动化给水设备有限公司 孔板流量计
=0、73, =0、021m
涡转流量计 LWGY-25AOD3T/K 公称压力:03MPa,
精确度 0、5 级 上海自仪九仪有限公司 水箱 0、60m×0、40m×0、60m
不锈钢 高位槽 φ0、11m×0、25m
不锈钢 流量调节阀 1000WOG 球阀 DN40 不锈钢 变频调节器 MICRMASTER420 1、5KW,380V SIEMENS 装置控制点 仪表序号 名称 传感元件及仪表参数 显示仪表 PI01 泵入口压力 压阻式 AI-708ES NI02 泵电机功率 功率传感器 AI-708ES PI03 泵出口压力 压阻式 AI-708ES PI04 涡轮流量 涡轮流量计 AI-708EYS △PI05 孔板压差 WNK1151 传感器 AI-708ES TI06 水温差 PT100 AI-708ES 四.实验步骤与注意事项 4、1 实验步骤
1、水箱加水。给离心泵灌水,排出泵内气体。
2、检查电源与信号线就是否与控制柜连接正确,检查各阀门开度与仪表自检情况,试开状态下检查点击与离心泵就是否运转正常。
3、实验时,逐渐打开阀门以增大流量,待各仪表读数显示稳定后,读取相应的数据。
4、测定管路特征曲线时,固定阀门开度,改变离心泵电机频率,测定液体的流量、离心泵进、出口压力以及电机频率。
5、记录流量及孔板两端压降,测定孔板流量计的 ～R e 之间的关系,并计算孔流系数。
6、测十组数据后,可以停泵,同时记下设备的相关数据。
4、2 注意事项
1、一般每次实验前,均需对泵进行灌泵操作,以防离心泵气缚。同时注意定期对泵保养,以防叶轮被固体颗粒损坏。
2、泵运转过程中,勿碰泵的主轴部分,因其高速运转,可能会缠绕并伤害身体接触部位。
五.实验数据记录与处理
1、记录实验原始数据 表 表 4
离心泵特性曲线数据记录表
表一
管路特性曲线测定数据记录表(固定阀门中等) 表二
孔板压差数据记录表 表三
离心泵性能测定数据记录表 ( 用 阀 门改变流量) 表 2、数据处理 表四
离心泵性能测定数据处理表 序号 转 速/Hz 功 率/KW 水 流 量V/(m 3 ▪h -1 ) 进口压力/10 4 Pa 出口压力/10 4 Pa 水 温/℃ 压 降/10 4 Pa 1 10、 0、17 0、93 0、4 0、7 25、9 0、39 2 12 0、19 1、19 0、3 0、9 25、9 0、40 3 14 0、21 1、45 0、3 1、2 25、8 0、40 4 16 0、26 1、69 0、3 1、5 25、8 0、41 5 18 0、27 1、93 0、3 1、9 25、7 0、42 6 20 0、30 2、18 0、3 2、2 25、7 0、43 7 22 0、32 2、43 0、3 2、7 25、7 0、43 8 24 0、36 2、66 0、2 3、2 26、1 0、44 9 26 0、39 2、89 0、2 3、7 26、1 0、44 10 28 0、44 3、13 0、2 4、3 26、1 0、45 流量 V (m 3 ▪h -1 ) 1、56 1、70 1、86 2、00 2、14 2、29 2、44 2、58 2、72 左/mm
3
70 右/mm -720 -850 -1040 -1200 -1440 -1550 -1720 -1850 -2020 序号 转 速/Hz 功 率/KW 水 流 量V/(m 3 ▪h -1 ) 进口压力/10 4 Pa 出口压力/10 4 Pa 水 温/℃ 压 降/10 4 Pa 1 35、 0、57 0、51 0、4 8、4 25、9 -2、11 2 35 0、57 1、05 0、3 8、2 25、9 -2、06 3 35 0、60 1、50 0、3 8、0 26、0 -2、02 4 35 0、59 2、08 0、3 7、9 26、0 -1、97 5 35 0、57 2、49 0、3 7、8 26、1 -1、89 6 35、 0、58 3、14 0、1 7、3 26、1 -1、86 7 35 0、59 3、65 0、1 6、9 26、1 -1、82 8 35 0、60 4、11 0、1 6、4 26、1 -1、81 9 35 0、60 4、54 0 6、0 26、2 -1、79 10 35 0、60 5、06 -0、1 5、3 26、3 -1、77
序号 密度ρ(Kg▪m -3 ) 压头He/m 轴功率N/KW 有效功率Ne/W 效率η/% 1 996、76
8、48
0、513
11、749
2、3
2 996、76
8、38
0、513
23、897
4、7
3 996、74
8、17
0、54
33、306
6、2
4 996、74
8、07
0、531
45、606
8、6
表五
离心泵性能测定数据修正表 表六
管路特性曲线测定数据处理表 表七
孔流系数的处理表 3、作图 一定转速下的 H～Q、N～Q、η～Q 曲线 0 1 2 3 4 5 6 71011121314151617
He Ne η流 量Q/m 3 · s -1压头 He/m01020304050607080有效 功率Ne/W效 率η/% 图 图 1
离心泵特性曲线 分析实验结果,判断泵最佳工作范围
5 996、71
7、97
0、513
53、904
10、5
6 996、71
7、66
0、522
65、359
12、5
7 996、71
7、25
0、531
71、919
13、5
8 996、71
6、74
0、54
75、274
13、9
9 996、68
6、44
0、54
79、366
14、7
10 996、66
5、82
0、54
80、023
14、8
序号 流量 Q (m 3 ▪s -1 ) 压头He/m 轴功率N/KW 有效功率 Ne/W 效率η/% 1 0、85
16、17
1、35
11、749
2、3
2 1、45
15、98
1、35
23、897
4、7
3 2、07
15、59
1、42
33、306
6、2
4 2、87
15、39
1、40
45、606
8、6
5 3、44
15、20
1、35
53、904
10、5
6 4、34
14、61
1、37
65、359
12、5
7 5、04
13、83
1、40
71、919
13、5
8 5、68
12、86
1、42
75、274
13、9
9 6、27
12、27
1、42
79、366
14、7
10 6、99
11、10
1、42
80、023
14、8
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 流量 Q/(m 3 ▪s -1 ) 0、93 1、19 1、45 1、69 1、93 2、18 2、43 2、66 2、89 3、13 压头 He/m 0、61
0、91
1、22
1、53
1、94
2、24
2、75
3、37
3、88
4、49
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C 0
0、1778
0、1781
0、1778
0、1785
0、1761
0、1770
0、1778
0、1784
0、1786
R e /10 8
1、04
1、14
1、25
1、34
1、43
1、53
1、63
1、73
1、82
由泵的效率与流量关系图可得,在流量 0、70-7、00m3 /h 范围内,泵的效率逐渐升高,但在 5、0-7、0 区间内,泵的效率趋于平缓;而在电机功率与流量关系图中,电机的效率随着流量的升高而升高。由此在实验范围内我们可判定泵的最佳工作范围在流量控制在 5、0-7、0m3 /h 内。
管路特性曲线 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5012345
压头 He/m流 量Q/m 3 · s -1 B 图 图 2
管路特性曲线 六、 思考题
1、试从所测实验数据分析,离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？ 答:减小泵的启动功率,从而达到保护电机的目的。
2、启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来,您认为可能的原因就是什么？ 答:(1)防止气缚现象的发生
(2)水管中还有空气没有排除 3、为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？还有其她方法调节流量？ 答:优点:操作简单,但就是难以达到对流量的精细控制。
4、泵启动后,出口阀如果打不开,压力表读数就是否会逐渐上升？为什么？ 答:不会,因为水不能运输上去。
5、正常工作的离心泵,在其进口管路上安装阀门就是否合理？为什么？ 答:不合理。容易产生节流损失产生压损压力降低,易造成汽蚀的发生。