离心泵化工原理实验

北京化工大学化工原理实验报告实验名称：离心泵性能实验班级：环工1301姓名：王一平学号：2013011289序号：1同组人：王娜王羲威王柏雄毛健实验日期：2015-12-16摘要：本实验以水为介质，使用UPRSⅢ型离心泵性能实验装置，测定了不同流速下，离心泵的性能、孔板流量计的孔流系数以及管路的性能曲线。实验验证了离心泵的扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；有效效率有一最大值，实际操作生产中可根据该值选取合适的工作范围；泵的轴功率随流量的增大而增大；当Re大于某值时，C0为一定值，使用该孔板流量计时，应使其在C0为定值的条件下。关键词：性能参数（NHQ,,,）离心泵特性曲线管路特性曲线C0一、实验目的及任务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、离心泵特性曲线的测定离心泵性能参数主要包括流量q，扬程He，轴功率N轴，效率η。在叶轮结构、尺寸、转速等固定的情况下，He~q、N轴~q、η~q关系曲线。小型离心泵直接装有电动机，运行时电机损失电能一般小于10%，泵损失机械能一般大于30%，如果操作不当甚至达90%以上，根据泵特性曲线可以确定合理的操作条件，使工作点位于最高效率点附近，减少机械能损失。目前泵特性曲线无法用数学模型、因次分析等方法获得、需由实验测定。图2-1-1离心泵的理论压与实际压头扬程是离心泵对单位牛顿流体做的有效功，在泵的进、出口管路取两个距离较近的截面，忽略流体阻力，根据机械能衡算方程可知：𝐻𝑒=𝑝2𝜌𝑔−𝑝1𝜌𝑔+𝑍2−𝑍1+𝑢22−𝑢122𝑔+∑ℎ𝑓=𝐻2−𝐻1+Δ𝑍+𝑢22−𝑢122𝑔𝑚(2-1)式中，𝐻2—出口截面静压头，m；𝐻1—进口截面静压头，m；轴功率取输入“输入电机”功率𝑁电的90%，即：𝑁轴=0.9𝑁电𝑘𝑊(2-2)有效功率：𝑁𝑒=𝜌∗𝑔∗𝑞𝑣∗𝐻𝑒1000⁄=𝜌∗𝑞𝑣∗𝐻𝑒102𝑘𝑊⁄(2-3)泵的效率：𝜂=𝑃𝑒𝑃轴⁄(2-4)总效率：𝜂总=𝑃𝑒𝑃电⁄(2-5)通过仪器仪表直接测量电功率、进出口截面静压头、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固定的情况下，管路需要的能量H=流体损失的能量+流体增加的能量。其中𝐻~𝑞𝑣关系曲线称为管路特性曲线，该曲线与泵性能无关，在管路的起点和终点取两个截面，当管径相同，且管内流动达到阻力平方区时，根据机械能衡算方程可知管路需要的能量为：𝐻=𝛥𝑍+Δ𝑝𝜌𝑔+Δ𝑢22𝑔+∑ℎ𝑓=Δ𝑝𝜌𝑔+∑ℎ𝑓=𝐴+𝐵𝑞𝑣2𝑚(2-6)在任何一个实际工作点，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=𝐻𝑒𝑚(2-7)所以，H的测量原理同𝐻𝑒3、孔板流量计孔流系数的测定孔板流量计的构造原理如下图所示。图2-3-1孔板流量计的构造原理图孔板流量计根据“恒截面，变压差”原理，可测量含杂质较多的气体或液体流量，根据伯努力方程，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=𝐶√1−𝑚2𝐴0√2Δ𝑝𝜌=𝐶𝑜𝐴0√2Δ𝑝𝜌𝑚3𝑠⁄(2-8)式中C—截面替换修正系数；m—孔口面积与管道面积的比值，𝐴0𝐴1⁄；𝐶𝑜—孔流系数；𝐴0—孔口面积，𝑚2；Δ𝑝—孔板压降，Pa；𝜌—液体密度，𝑘𝑔𝑚3⁄；连接管道的雷诺数：𝑅𝑒=𝑑𝜌𝑢𝜇⁄(2-9)式中d—管径，m；u—管内平均流速，𝑚𝑠⁄；𝜌—液体密度，𝑘𝑔𝑚3⁄；𝜇—液体黏度，𝑃𝑎∙𝑠三、实验流程和设备图3-1-1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/m3·h-1；ΔP03—压降/PaNI04——电功率/W；PI05——出口表压/m（𝐻2𝑂）；PI06——入口表压/m（𝐻2𝑂）实验介质：水（循环使用）。研究对象：粤华型WB70/055型单级离心泵；孔板流量计：锐孔直径d=18.0mm，管道直径d=27.0mm。仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，0.6～10m3·h-1,精确度等级0.5；温度计，Pt100,0～200℃，精度等级0.2；压差传感器，WNK3051型，-20～100kPa，精确度等级0.2，测势能差Δ；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四、实验步骤1、打开主管路的切换阀门，关闭流量调节阀门6，按变频仪7绿色按钮启动泵，固定转速（频率在50Hz），5274163TI01QI02ΔPI03PI05PI06NI04观察泵出口压力表读数在0.2MPa左右时，即可开始实验。2、通过流量调节阀6，调节水流量，从0到最大（流量由涡轮流量计3测得），记录相关数据，完成离心泵特性曲线和孔板孔流系数实验。3、打开全部支路阀门，流量调节阀6使流量固定在6，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验一。4、将频率调回50Hz，流量调节阀6使流量固定在4，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验二。5、将频率调回50Hz，流量调节阀6使流量固定在2，通过改变变频仪频率，实现调节水流量，完成管路特性曲线实验三。6、每个实验均测10-12组数据，实验完后再测几组验证数据，若基本吻合，则可停泵（按变频仪红色按钮停泵），关闭流量调节阀6，做好卫生工作，同时记录设备的相关数据（如离心泵型号、额定流量、扬程、功率等）。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.泵实验流量最小值等于0，管路实验两最小值大于0；3.任何时刻，流量调节阀全关或全开后，反向旋转1/4圈；4.两组泵实验和多组管路实验各记入软件同一表格，孔板压降波动到平均时记录；5.以上实验用计算机采集数据可以多做一些点，便于找到最高效值。五、实验数据表及举例计算因实验中水温一直变化，查得粘度计算公式；查表得水的密度。密度：查表；黏度：查表，内差法；一．离心泵特性实验数据处理：表一离心泵特性曲线原始数据表参数：ΔZ=0.2mH2Od1=0.042m,d2=0.027m，50Hz,2850r/min序号水流量qv/(m3/h)出口表压p2/m入口表压p1/m电机功率P电/kW水温度t/℃10.0021.90.400.4527.220.7221.30.400.4825.231.4820.60.300.5125.142.1819.90.300.5725.352.8919.00.200.6225.463.5918.30.000.6625.674.2817.4-0.100.7025.984.9616.4-0.300.7326.195.6015.4-0.500.7526.3106.2514.2-0.700.7926.5116.8013.2-0.900.8126.7127.4212.0-1.100.8226.8表二实验数据处理表序号密度ρ/kg•m-3扬程He/m轴功率N轴Pa/kW有效功率Ne/kw效率η出口流速u2（ρ/m•s-1）入口流速u1（ρ/m•s-1）1996.4621.70.40500002996.9921.10516220.4320.04125829.5505073710.3494880.1444313997.0220.52181180.4590.082466517.966565120.7183930.2968874996.9719.84732390.5130.117472522.899118251.0581730.4373065996.6419.08316920.5580.14968726.825621151.4028080.5797326996.8918.62833820.5940.181556730.565099481.7425880.7201517996.8117.88241250.630.207768232.979085342.0775150.8585658996.7617.14497990.6570.230836535.134925542.4075870.9949729996.7016.41227930.6750.249470736.958625342.7182431.12335610996.6515.48897990.7110.262749536.954927883.0337541.25374511996.5914.76045260.7290.272410737.367724653.3007241.36407512996.5713.84824530.7380.278870237.787284583.6016721.488446计算示例（第七组数据）：:查表可得；mguuPH17.88241252.081.9*2858565.02.07751528.44.17ΔZ*2P12222122e63KW.00.19.07.0N转电电轴NKWHNee.20776323801023600/4.2817.88141256.8199102q%54.0207763238.0轴NNe%32.9790853作图得：图一离心泵的特性曲线图中结果分析：1、由泵的特性曲线得，扬程He随着流量的增大而减小，且呈2次方的关系；2、分析效率曲线可知，该泵的最大效率为37%左右，此时的流量为7.42m3/h。3、由泵的轴功率曲线看出，在流量为0时，仍有功率存在，并且随着流量的增加迅速增加。所以在启动泵时，应该关闭出口阀，避免启动时轴功率过大对电机造成损伤。4、泵的效率提高时，相应的扬程会减小，这是设备的固有矛盾，根据不同的工艺需求和生产任务，应选择合适的工作区间保证泵的高效运作，必要时可以调节泵的工作曲线或更换离心泵。二．管路特性曲线测定表三管路特性曲线（1）实验数据处理表1）流量调节阀固定1/5开度序号水流量qv/(m3/h)出口压力H出/m入口压力H入/m出口流速u2入口流速u1压头H12.0220.00.30.98050.4052104419.940632221.9117.70.30.92710.3831445317.636327431.8115.60.30.87860.3630846115.53262341.6913.60.30.82030.339012713.528440751.5811.80.30.76690.3169467811.724858961.4610.10.30.70870.2928748810.021226271.328.50.30.64070.264790988.4173506281.207.00.40.58250.240719086.8143393591.075.70.40.51940.214641185.51140078100.944.50.40.45630.188563284.30879879表四管路特性曲线（2）实验数据处理表2）流量调节阀固定2/5开度序号水流量qv/(m3/h)出口压力H出p2/m入口压力H入p1/m出口流速u2/m•s-1入口流速u1/m•s-1压头H/mH2O14.0017.8-0.11.94160.8023969218.259326223.8015.80.01.84450.7622770716.143791933.5813.90.01.73770.7181452414.227624243.3512.10.11.62610.672