离心泵性能实验实验报告

北 京 化 工 大 学

实 验 报 告

课程名称： 化工原理实验 实验日期： 班 级： 姓 名： 同 组 人：

离心泵性能试验 一、 摘要

本实验利用孔板流量计测量离心泵的特性曲线和管路曲线，并且用实验结果也测出了孔

板流量计的Co与雷诺数的一一对应关系，验证了孔板流量计的性质，并且后续实验的继续进行是在利用了第一次试验数据的基础上完成的。

关键词：孔板流量计 Co 特性曲线 管路曲线

二、实验目的：

1、熟悉离心泵的结构、性能铭牌及配套电机情况 2、了解孔板流量计的结构、使用及变频器的作用 3学会测绘离心泵的特性曲线和管路特性曲线。

4、掌握最小二乘法回归管路特性方程、扬程方程中的参数A、B

三、实验原理：

1. 离心泵的特性曲线

通常采用试验的方法，直接测定离心泵的性能参数，并且绘成He-Q,H-Q,η-Q三条曲线，称为离心泵的特性曲线。 （1）.泵的扬程

2p2p1u2?u12 He????Z???hf?H2?H1?H0?g?g2g上式忽略能量损失，u1=u2， ΔZ=H0=0.85 mH2O (2) 泵的效率 ??Pe PePa??gqvHe/1000 [kW]

（3）轴功 Pa [kW] ?0.9P电2.孔板流量计的Co测定

p1?1p212?p?u1^2??u2^2 变形得：u2^2?u1^2? 2?2?A0 A1对于不可压缩流体 u1?u0C0?u0Cqv ==/2?p/?

A02?p/?A01?()^2A13.管路特性曲线 H?He?A?B?q2

v四、实验流程

仪表箱装有泵开关按钮及功率表、流量计数字显示仪表。

图1、离心泵实验流程

五、实验操作

1、灌泵。先开灌泵阀，再开排气阀至有水流出，最后关闭两阀门；

2、启动水泵。先关闭流量调节阀门，再按控制电柜绿色按钮，最后按变频器绿色按钮启动泵，频率自动升到50 Hz；

3、测泵特性。固定频率(50Hz≈2900r/min），改变阀门开度，调节水流量从0到最大，记录孔板压降（液位、时间）等相关数据，本组数据可同时测定孔流系数。

4、测管路特性。固定阀门开度，按变频器“△”或“▽”键改变电源频率，调节水流量从小到大，只记录孔板压降、进出口表压即可；

5、实验范围，最小值可能是零点，也可能大于零，最大值可能受设备等所限，结合目标与实际做好规划；

6、实验布点，一般小流量比大流量密集，最高效率点和曲线拐点附近密集，曲线点一般不少于10组；

六、实验数据处理 1）离心泵特性I（2800r/min)；Ho=0.85m s=0.495×0.495㎡ 水温度=17.5℃序号12345678910111213孔板压降/kPa0.00.81.62.43.24.04.87.410.212.915.618.322.5水箱液位差△h/m0.0000.1110.1550.1900.2050.2310.1300.1590.1850.2050.2210.2450.268时间/s0606060606030303030303030出口表压/MPa0.2100.2000.1950.1900.1840.1800.1750.1600.1420.1210.1030.0860.072入口表压/MPa-0.005-0.006-0.006-0.006-0.006-0.006-0.006-0.009-0.010-0.011-0.013-0.014-0.016电机功率/kW0.420.500.520.570.590.610.640.680.740.780.810.810.87水流量/m3?h-10.001.632.282.793.013.403.824.685.446.036.507.207.88扬程/mH2O22.8021.8821.3720.8620.2519.8419.3318.1016.3714.3212.6911.069.83轴功率/kW0.3780.4500.4680.5130.5310.5490.5760.6120.6660.7020.7290.7290.783 有效功率/kw0.0000.0970.1320.1590.1660.1830.2010.2300.2420.2350.2240.2170.211效率0.0000.2160.2830.3090.3130.3340.3490.3760.3640.3350.3080.2970.269 以第二组数据为例，计算过程如下： t水=10℃，查表得ρ= 999.7kg/m3 t水=20℃，查表得ρ= 998.2kg/m3

用内插法可得t水=17.5℃，ρ=998.6kg/m3

2?u12扬程H?p2?p1??Z?u2 ??hf?H2?H1?H0e?g?g2gHe=0.85+（0.200+0.006）*1000000/(998.6*9.81)=21.88m

水流量Q=0.495*0.495*0.111/60*3600=1.63m3/h 轴功率N轴=0.9*0.50=0.450

有效功率=HQρg/1000=21.88*1.63*998.6*9.81/(1000*3600)=0.097 效率=0.097/0.450=0.216

2)孔流系数标定（根据表1数据计算）：d0=24.2（18.0）mm d=42（26.0）mm孔板压降/kPa0.81.62.43.24.004.87.43-1水流量/m?h1.632.28水流速度/m/s0.330.46Red12570175820.981.38uo10.25.441.09419513.2912.96.031.21465013.6415.66.501.30501263.9318.37.201.44555244.352.790.56215151.693.010.60232121.823.400.68262192.053.820.77294582.314.680.94360902.8322.57.881.58607684.76孔流系数C00.7780.7700.7690.7180.7260.7440.7350.7270.7170.7030.7190.709 以第一组数据为例，计算过程如下：

t水=10℃，查表得ρ= 999.7kg/m3 μ=1.350mPa.s t水=20℃，查表得ρ= 998.2kg/m3 μ=1.005mPa.s

用内插法可得t水=17.5℃，ρ=998.6kg/m3 μ=1.091mPa.s 水流速度v=1.63/3600/(0.785*0.042^2)=0.33m/s 雷诺数Re=0.042*998.2*0.33*1000/1.091=12570

孔板速度uo=1.63/3600/(0.785*0.0242^2)= 0.98m/s; Co=0.98/(2*0.8*1000/998.2)^0.5=0.78

3)离心泵特性Ⅱ（30Hz）： H0=0.85m 水温度=17.5℃孔板序号123456789101112压降/kPa0.00.81.62.43.24.04.85.66.47.28.08.8出口表压/MPa0.0750.0620.0580.0520.0480.0430.0380.0300.0260.0210.0210.016入口表压/MPa-0.005-0.005-0.005-0.005-0.005-0.005-0.006-0.008-0.009-0.009-0.009-0.009电机功率/kW0.200.220.230.240.250.250.260.260.270.270.270.28水流量/m?h3-1扬程/mH2O9.027.697.286.676.265.755.344.734.423.913.913.40轴功率/kW0.1800.1980.2070.2160.2250.2250.2340.2340.2430.2430.2430.252有效效率/kW0.0000.0310.0420.0470.0510.0520.0530.0510.0510.0480.0500.046效率0.0000.1570.2010.2160.2250.2310.2260.2160.2080.1950.2060.1810.001.492.102.582.973.333.643.944.214.464.704.93 以第二组数据为例，计算过程如下： t水=10℃，查表得ρ= 999.7kg/m3 t水=20℃，查表得ρ= 998.2kg/m3

用内插法可得t水=17.5℃，ρ=998.6kg/m3

2?u12扬程H?p2?p1??Z?u2 ??hf?H2?H1?H0e?g?g2gHe=0.85+（0.062+0.005）*1000000/(998.6*9.81)=7.69m

水流量Q=0.71*0.785*0.0242^2*(2*0.8*1000/998.6)^0.5=1.49m3?h-1 轴功率N轴=0.9*0.20=0.180

有效功率=HQρg/1000=7.69*1.43*998.6*9.81/(1000*3600)=0.097 效率=0.097/0.180=0.157

4)管路特性Ⅰ（固定阀门1/4开度）：水温度=17.5℃序号1234567891011频 率/Hz5058454240383431292420孔板压降/kPa1.601.501.301.100.900.800.600.500.400.200.00出口表压/MPa0.1950.1800.1570.1350.1210.1100.0850.0700.0600.0400.021入口表压/MPa-0.006-0.006-0.006-0.006-0.005-0.005-0.005-0.005-0.005-0.005-0.005水流量/m?h3-1需要能量2OH/mH21.3719.8417.4915.2413.7112.5910.048.517.495.443.502.672.582.402.212.001.891.631.491.330.940.00 以第一组数据为例，计算过程如下： t水=10℃，查表得ρ= 999.7kg/m3 t水=20℃，查表得ρ= 998.2kg/m3

用内插法可得t水=17.5℃，ρ=998.6kg/m3 以第一组数据为例：

水流量Q=0.785*0.0242^2*0.9*(2*1.6*1000/998.2)^0.5*3600=2.67m3/h 需要的能量H=0.85+(0.195+0.006)*1000000/998.6/9.81=21.37m

5)管路特性Ⅱ（4/4开度）：水温度=17.5℃频 率序号12345678910111213/Hz50484643403734312724211815孔板压降/kPa25.923.722.018.716.313.811.49.36.95.12.91.70.6出口表压/MPa0.0460.0420.0380.0350.0300.0250.0220.0180.0130.0100.0050.0000.000入口表压/MPa-0.019-0.017-0.016-0.016-0.015-0.014-0.012-0.011-0.010-0.010-0.009-0.006-0.002水流量/m?h3-1需要能量2OH/mH7.496.876.366.065.444.834.323.813.202.892.281.461.0510.7310.269.899.128.517.837.126.435.544.763.592.751.63 以第一组数据为例，计算过程如下： t水=10℃，查表得ρ= 999.7kg/m3 t水=20℃，查表得ρ= 998.2kg/m3

用内插法可得t水=17.5℃，ρ=998.6kg/m3 以第一组数据为例：

水流量Q=0.785*0.0242^2*0.9*(2*25.9*1000/998.6)^0.5*3600=10.73m3/h 需要的能量H=0.85+(0.046+0.019)*1000000/998.6/9.81=7.49m

七、实验结果作图及分析：

离心泵特性曲线1

离心泵特性曲线2

Co-Re曲线

管路特性曲线

结果分析：

1.从图中可以看出，随着流体流量的增加，扬程呈现下降的趋势；而轴功率呈现上升的趋势。 2.随着流体流量的增加，泵的总效率呈现先增大后减小的趋势，存在着最大功率。由效率曲线得知，在流量约为4.8时，达到了最大效率。 3.查阅资料得知，离心泵的优先工作范围在最佳效率点流量的70﹪~120﹪，所以由此确定离心泵的最佳工作范围是3.4~5.8 。

4. 孔流系数C0随雷诺数 的变化逐渐减小，但是依然有幅度，依据理论当雷诺数达到一定程度后后孔板系数会趋于定值，因为达到了完全湍流。实验可能因为出现误差而使得结果和理论有偏差，考虑到我们做实验的过程，我们在测量流量时，选取的时间范围过小，容易产生误差。

5. ①由管路特性曲线可看出，随着流体流量的增加，管路的压头呈现递增的趋势。

②管路特性方程表明，管路中流体的流量与所需补加能量的关系。由图可分析，第四个开度对应的曲线阻力损失较大，第一个开度对应的曲线阻力损失较小。由此，可得出结论：低阻管路系统的特性曲线较为平坦，高阻管路的特性曲线较为陡峭。所以，可判断，为减少能量损失，在管路中，应尽量减少不必要的阀门等器件。

八、思考题

1、离心泵启动前为何要灌泵，且要关闭流量调节阀？这跟“气蚀”有关系吗？

答：离心泵启动前未冲液，则泵内存有空气，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽然启动了离心泵但是不能输送液体。这是气缚现象，和气蚀无关。 2、通过阀门由小到大改变流量时，泵出口压力表和入口压力表的读数有什么变化规律？ 答：当阀门由小到大改变流量时，出口表压逐渐减小，入口则逐渐变大。

3、用实验中的离心泵分别输送20℃下的水和乙醇，泵的特性曲线和安装高度有什么变化？

管路特性曲线是否有变化？

答：当输送液体变化时，离心泵的特性曲线H-Q曲线不变，因此两者泵的特性曲线不变。

对于管路特性曲线有H=A+BQ2,由于ρ水>ρ乙醇，A=△Z+△P/ρg 而对于特定的管路系统B相同，因此乙醇相对应的管路的特性曲线可由水相对应曲线向上平移一段距离后得到。又Pv水

4、在流体阻力实验中，想用孔板流量计代替涡轮流量计测流量。已知不锈钢管道尺寸Ф32

×3mm，流量范围0.6～6m3/h，使用的离心泵与本实验相同。请设计一款孔板流量计，确定孔口尺寸和压差范围。 答：u=q/(0.785*0.026^2),Re=0.026*998.2*u/105.34*100000=7738~77380由书本上的图可以差

得，在这个雷诺数范围内，要使得孔板系数趋于一个定值，应该控制A0/A1=0.1,从而可以求出孔板直径为10mm左右。

5、用最小二乘法回归阀门1/4开度条件下，管路特性方程H=A+Bqv2中的参数A、B，检验

相关性。要求手工计算并写出过程。

最小二乘法：B=[(n*Σq2*He-Σq2ΣHe)]/[(n*ΣQ4-(ΣQ2)2)]；A=He平均-B*Q2平均

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 平均值 流量q 2.67 2.58 2.40 2.21 2.00 1.89 1.63 1.49 1.33 0.94 0.00 1.74 流量q2 7.13 6.66 5.76 4.88 4.00 3.57 2.66 2.22 1.77 0.88 0.00 3.59 H 21.37 19.84 17.49 15.24 13.71 12.59 10.04 8.51 7.49 5.44 3.50 12.29 H*q2 152.34 132.06 100.74 74.43 54.84 44.97 26.68 18.89 13.25 4.81 0.00 56.64 q4 50.82 44.31 33.18 23.85 16.00 12.76 7.06 4.93 3.13 0.78 0.00 17.89 带入公式可得：B=2.5034 A=3.2935 得管路特性方程H=3.2935+2.5034 qv2 相关性检验：r=[Σ(q^2-q^2品均)(H-H品均)]/[Σ(q^2-q^2品均)^2Σ(H-H品均)^2]^0.5=0.99897 由于相关系数r接近于1，证明相关性良好，且将q^2带入公式得到H也于实验结果相符。 6、借助软件确定50Hz条件下（1）泵的近似扬程方程He=A+Bqv2中的参数，（2）双泵并联、串联操作，用1/4阀门开度的管路输送常温水，流量分别是多少？泵的效率如何？

答:（1）计算同第5题，拟合结果为He=-0.2148qv2+22.4633,且由第5题知管路特性方程H=3.2935+2.5034 qv2

（2并联时He=-0.2148*(qv/2)2+22.4633,联立求解得到流量qv=2.74； 串联时He=2*(-0.2148* qv2+22.4633),联立求解得到流量qv=3.77。

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