实验2 离心泵性能特性曲线测定实验

1.2离心泵性能特性曲线测定实验 1.2.1实验目的

1）．了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。 2）．测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与有效流量(V)之间的曲线关系。

3）．测定改变转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与有效流量(V)之间的曲线关系。

4）．测定串联、并联条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与有效流量(V)之间的曲线关系。

5）．掌握离心泵流量调节的方法（阀门、转速和泵组合方式）和涡轮流量传感器及智能流量积算仪的工作原理和使用方法。

6）．学会轴功率的两种测量方法：马达天平法和扭矩法。 7）．了解电动调节阀、压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。 8）．学会化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。

1.2.2基本原理

离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下扬程H、轴功率N及效率η与流量V之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。 1 ) 流量V的测定与计算

采用涡轮流量计测量流量，智能流量积算仪显示流量值V m3/h。

2) 扬程H的测定与计算

在泵进、出口取截面列柏努利方程：

22u2?u1p2?p1 (1—9) H??Z2?Z1??g2gp1,p2：分别为泵进、出口的压强 N/m2 ρ：液体密度 kg/m3

u1,u2：分别为泵进、出口的流量m/s g：重力加速度 m/s2 当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为： H?p2?p1?g (1—10)

由式（1-10）可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。 本实验中，还采用压力传感器来测量泵进口、出口的真空度和压力，由16路巡检仪显示真空度和压力值。

3) 轴功率N的测量与计算 轴功率可按下式计算：

N=Mω=M．2?n2?n?9.81PL． （1—11） 6060式中，N—泵的轴功率，W

M—泵的转矩，N.m

ω—泵的旋转角速度，1/s

n—泵的转速，r/min

P—测功臂上所加砝码的质量,Kg

L—测功臂长，m； L=0.4867m（马达天平法）；L’=0.3867m（扭矩法）

由式（3—11）可知：要测定泵的轴功率，需要同时测定泵轴的转矩M和转速n，泵轴的转矩采用马达天平法或扭矩法测量，泵轴的转速由XJP-20A数值式转速表直接读出。

4）效率η的计算

泵的效率η为泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是流体单位时间内自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。

泵的有效功率Ne可用下式计算：

Ne=HVρg （1—12）

故 η=Ne/N=HVρg/N （1—13）

5) 转速改变时的换算

泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：

n???n?n?2?扬程H??H()?n? （1—14）

n?2?轴功率H??H()?n?V?H??gVH?g效率???????N?N?流量V??V 此外，本实验装置安装了变频器，以改变离心泵的转速，实现测定变转速时离心泵的性能特性曲线的目的。本实验装置还设计安装了用于两台离心泵的串联和并联操作的阀门，以实现离心泵的串联和并联操作。

1.2.3实验装置流程图

离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图和离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图如图1-2和图1-3所示：

图1-2 离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图

图1-3离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图

1.2.4实验步骤及注意事项

1．实验步骤：

1）仪表上电：打开总电源开关，打开仪表电源开关；打开三相空气开关，把离心泵电

源转换开关旋到直接位置，即为由电源直接启动，这时离心泵停止按钮灯亮。 2) 打开离心泵出口阀门，打开离心泵灌水阀，对水泵进行灌水，注意在打开灌水阀时

要慢慢打开，不要开的太大，否则会损坏真空表的。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。

3) 检查扭矩传感器的挂绳有没有脱离水泵（如没有脱离，一定要让挂绳脱离水泵否则

会拉坏扭矩传感器的。）

4) 实验软件的开启：打开“离心泵性能特性曲线测定实验.MCG”组态文件，出现提示

输入工程密码对话框，输入密码1121后，进入组态环境，按“F5”键进入软件运行环境。按提示输入班级、姓名、学号、装置号后按“确定”进入“离心泵性能特性测定实验软件”界面，点击“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”按钮，进入实验界面。

5) 当一切准备就绪后，按下离心泵启动按钮，启动离心泵，这时离心泵启动按钮绿灯

亮。启动离心泵后把出水阀开到最大，开始进行离心泵实验。

6) 流量调节：（1）手动调节：通过泵出口闸阀调节流量；（2）自动调节：通过图1-3

所示仪控柜面板中流量自动调节仪表来调节电动调节阀的开度，以实现流量的手自

动控制：①仪表手动调节：在仪表面板上进行，按照万迅仪表说明书第20页的操作方式将仪表调到手动操作模式，按上下键（^、v）进行调节，输出信号的增大或减小来控制调节阀开度的增大或减小，达到调节流量的目的；②仪表自动调节：在“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”实验界面中，单击手动调节中按钮，则进入自动调节状态，直接单击设定输出按钮，输入调节阀开度值即可自动由调节阀控制流量。

7) 手动调节实验方法：调节出口闸阀开度，使阀门全开。等流量稳定时，在马达天平

上添加砝码使平衡臂与准星对准读取砝码重量p。在仪表台上读出电机转速n，流量v，水温t，真空表读数p1和出口压力表读数p2并记录；关小阀门减小流量，重复以上操作，测得另一流量下对应的各个数据，一般重复8~9个点为宜。 8) 自动调节实验做法：关闭流量手动调节阀门，打开电动调节阀前面的阀门，打开电

动调节阀电源开关，给电动调节阀上电；流量自动调节仪的使用：①仪表手动调节：在仪表手动状态下按向上键（^）增大输出到最大，使调节阀开到最大。然后等流量稳定时，把扭矩传感器的挂钩挂在电机力臂上，旋转下面的圆盘，使平衡臂对准准星。等数据稳定后，按下软件的“数据采集”按钮采集数据。采集完数据，把扭矩传感器的挂钩御下。用向下键（v）减小流量，在不同流量下分别按下“数据采集”按钮采集数据；②仪表自动调节：在软件界面中单击“手动调节中”按钮，则进入自动调节状态（“自动调节中”），单击“设置输出”按钮，输入100，把调节阀开到最大。等流量稳定后，把扭矩传感器的挂钩挂在电机平衡臂上，旋转下面的圆盘，使平衡臂对准准星。等数据稳定后，按下软件的“数据采集”按钮采集数据。采集完数据，把扭矩传感器的挂钩取下。改变设置输出的大小，改变不同的流量，采集不同流量下的数据。

9) 实验完毕，一定先把扭矩传感器的挂钩取下，让挂钩与力臂脱离，按下仪表台上的

水泵停止按钮，停止水泵的运转。关闭水泵出口阀。单击“退出实验”。回到“离心泵性能特性测定实验软件”界面，再单击“退出实验”按钮退出实验系统。 10) 如果要改变离心泵的转速，测定另一转速下的性能特性曲线，则可以用变频器来调

节离心泵的转速，变频器的使用方法见4.10.2，其余步骤同前步骤2-9。 11) 如果要测定离心泵的串联或并联的组合性能特性曲线，则可以通过管路上的阀门把

两台泵组合为串联或并联，其余步骤同前2-9。 12) 关闭以前打开的所有设备电源。

2．注意事项

1）实验开始时，灌泵用的进水阀门开度要小，以防进水压力过大损坏真空表。 2）在实验开始时扭矩传感仪钩子要取下，在测数据时再装上，每测量一组数据后立刻取下，当测下一组数据时再装上。

1.2.5实验报告

1）在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H～V、N～V、η～V曲线 2）分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。

1.2.6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？

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，你认为可能的原因是什么？

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？十分还有其他方法调节流量？

4) 泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？ 5) 正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？

6) 试分析，用清水泵输送密度为１２００kｇ／ｍ的盐水（忽略密度的影响），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？

31.2.7实验数据记录及数据处理结果示例

原始数据记录

装置号：1# 水温：15.0℃ 实验次数 流量（m3/h） P真空表 1 2 3 4 5 6 7 8 15.65 14.40 13.44 12.48 11.52 10.56 9.6 8.64 P压力表 转速（r.p.m） 扭矩重量（Kg） 0.792 0.771 0.745 0.723 0.710 0.679 0.643 0.615 0.0396 0.110 2925 0.0344 0.136 2930 0.0310 0.145 2931 0.0280 0.159 2933 0.0262 0.170 2934 0.0240 0.179 2938 0.0220 0.186 2940 0.0218 0.194 2942 9 10 11 图形

7.68 6.72 5.76 0.0191 0.201 2946 0.0180 0.204 2949 0.0146 0.209 2954 0.585 0.552 0.517

计算结果： 流量V(m/h) 3扬程H（m） 轴功率（W） 效率η

13.84 11.73 8.88 13.47 15.71 17.24 18.87 19.38 935.58 879.64 829.26 761.49 667.04 550.52 0.358 0.489 0.511 0.487 0.438 0.296 9.91 7.90 5.69 3.09

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