化工原理實(shí)驗(yàn)1234.doc

化工原理實(shí)驗(yàn)離心泵串,并聯(lián)組合操作特性研究報(bào) 告 人： 羅泓 學(xué) 號(hào)： 080300115 班 級(jí)： 生物科學(xué)與工程學(xué)院生物工程（1）班 同 組 人： _陳玉書,陳潔,王茜,田麗娟_指 導(dǎo) 老 師： 李微 實(shí) 驗(yàn) 日 期： 2005年4月21日 實(shí)驗(yàn)任務(wù)書3離心泵串,并聯(lián)組合操作特性研究在實(shí)際生產(chǎn)中用一臺(tái)離心泵不能滿足流量的要求時(shí),或需要對(duì)離心泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制以達(dá)到節(jié)能的效果時(shí),常采用兩臺(tái)以上的泵組合操作.擬通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行離心泵串,并聯(lián)組合操作特性的研究.任務(wù)要求(1) 通過實(shí)驗(yàn)對(duì)IHG32-125管道泵的特性進(jìn)行分析(2) 通過IHG32-125管道泵的組合操作實(shí)驗(yàn),對(duì)其串并聯(lián)操作特性曲線進(jìn)行分析研究(包括特性曲線的特點(diǎn),與單泵特性曲線的聯(lián)系,對(duì)管路流量的影響等)(3) 現(xiàn)需將20的清水從貯水池送至水塔已知塔內(nèi)水面高于貯水池水面5m。水塔及貯水池水面恒定不變，均與大氣相同。輸送管為322mm的鋼管，總長為10m（100m）（包括局部阻力在內(nèi)）。1) 若采用IHG32-20管道泵進(jìn)行輸送，則流量為多少?泵在運(yùn)行時(shí)消耗的功率,效率為多少?從經(jīng)濟(jì)角度來考慮是否合理?2) 若要提高流量,采用那種方式更為合理?為什么?3) 通過實(shí)驗(yàn)研究和本實(shí)例的分析,可以得到什么結(jié)論?離心泵特性曲線的測(cè)定及串、并聯(lián)優(yōu)化組合的研究摘要：通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的離心泵特性數(shù)據(jù)，作出特性曲線圖。再利用最小二乘法一元線性回歸擬合曲線，比較離心泵串、并聯(lián)的工作特性，得出在不同管路特性曲線下，提高效率的最佳方法以及選擇泵流量調(diào)節(jié)的理論判據(jù)。關(guān)鍵詞：離心泵特性曲線、管路特定曲線、離心泵串、并聯(lián)組合操作前言: 離心泵是應(yīng)用最廣泛的液體輸送機(jī)械。它具有性能適應(yīng)范圍廣、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、操作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。其泵的主要性能包括流量、揚(yáng)程、軸功率、有效功率、效率、轉(zhuǎn)速等。每臺(tái)泵都有自己的特性曲線，而泵使用時(shí)，又總是安裝于某一特定的管路中，因此管路也有管路自己的特定曲線。通常所選離心泵的流量、壓頭可能會(huì)和管路的要求的不一致等原因而要對(duì)泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)是改變離心泵的工作點(diǎn)。離心泵的工作點(diǎn)是由泵的特性曲線和管路系統(tǒng)特性曲線共同決定的。掌握離心泵的工作原理、主要性能參數(shù)、特性曲線的測(cè)定及應(yīng)用，離心泵工作點(diǎn)的選擇，流量調(diào)節(jié)等都是非常重要的。由于各種調(diào)節(jié)方式的原理不同，為了提高效率我們必須選擇一種最佳的流量調(diào)節(jié)方式，需要一個(gè)特定的判據(jù)來指導(dǎo)我們的組合選擇。1.實(shí)驗(yàn)裝置及流程：離心泵實(shí)驗(yàn)裝置流程見圖1。水箱內(nèi)的清水，自泵的吸入口進(jìn)入離心泵，在泵殼內(nèi)獲得能量后，有出口排出，流經(jīng)孔板流量計(jì)和流量調(diào)節(jié)閥后，返回水箱，循環(huán)利用。 圖1 離心泵實(shí)驗(yàn)裝置i圖2 雙泵串聯(lián) 圖3 雙泵并聯(lián)2.實(shí)驗(yàn)基本原理及計(jì)算公式2.1基本原理離心泵特性曲線：離心泵的主要性能參數(shù)有流量Q（也叫送液能力）、揚(yáng)程H(也叫壓頭)、軸功率 N和效率。在一定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程H、軸功率N和效率均隨實(shí)際流速Q(mào)的大小而改變。通常用水經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)出Q-H、Q-N及Q-之間的關(guān)系，并以三條曲線分別表示出來，這三條曲線就稱之為離心泵的特性曲線。泵的揚(yáng)程可由進(jìn)、出口間的能量衡算求得： 揚(yáng)程 He=H壓力表H真空表+H0 H H2O m其中：分別為離心泵出口、進(jìn)口的壓力 m 為兩測(cè)壓口間的垂直距離， 功率 N軸=N電機(jī)*電機(jī)*傳動(dòng) kw式中 N軸離心泵的軸功率，kw; N電機(jī)電機(jī)的輸入功率，kw; 電機(jī)電機(jī)效率，取0.9； 傳動(dòng)連軸節(jié)傳動(dòng)裝置的效率，取0.1Ne=QHe/102 kw 式中 Ne離心泵的有效功率，kw;Q離心泵的流量，m3/s;流體的密度，kg/m3效率 =Ne/N軸管路特性曲線：離心泵的特性曲線只是泵本身的特性，與管路狀況無關(guān)。而離心泵使用時(shí)總是安裝于某一特定的管路中，它提供了液體在管路中流動(dòng)所需的機(jī)械能，因此離心泵的實(shí)際工作情況是由泵的特性和管路本身的特性共同決定的。管路特性曲線方程為：H=A+BQ2 A=Z+P/ 式中A管路兩端的總勢(shì)能差，m Z管路兩端的垂直距離，m P管路兩端壓差，Pa B管路特性曲線系數(shù)，s2/m5 Q管路流量，m3/sA由管路兩端實(shí)際條件決定。B由管路狀況決定，當(dāng)液體處于高度湍流時(shí)，B為常數(shù)。若把離心泵的特性曲線與管路特性曲線標(biāo)繪于同一坐標(biāo)中，則兩曲線的交點(diǎn)即為離心泵在管路中的工作點(diǎn)。如圖示，上式即為管路特性曲線方程式，式中反映出:QHfHe。流量的計(jì)算：計(jì)算公式： 采用孔板流量計(jì)，其換算公式為： V=C1RC2 其中：V-流量m3/h R-孔板壓差，kpa C1,C2- 孔板流量計(jì)參數(shù) C1=1。66,C2 =0。513、實(shí)驗(yàn)步驟：1、檢查水箱內(nèi)的水位，若先測(cè)定離心泵特性曲線，則先按下“離心泵”按鈕，再開啟離心泵。2、開啟流量調(diào)節(jié)閥，在恒定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)取11組數(shù)據(jù)，為了保證實(shí)驗(yàn)的完整性，應(yīng)測(cè)取流量為零時(shí)的數(shù)據(jù)。3、測(cè)定管路特性曲線，將流量調(diào)節(jié)閥固定在某一開度，通過改變離心泵的電機(jī)頻率來改變流量，測(cè)取11組數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，變頻儀的最大輸出頻率最好不要超過50Hz，最小輸出功率不要低于20HZ，以免損壞離心泵和電機(jī)。4、進(jìn)行泵的串聯(lián)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在恒定的轉(zhuǎn)速下，測(cè)取15組數(shù)據(jù)，為了保證實(shí)驗(yàn)的完整性，應(yīng)測(cè)取流量為零時(shí)的數(shù)據(jù)。5、水的密度計(jì)算公式密度：式中：水的平均溫度 三,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析：表1 單泵特性曲線實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)序號(hào)孔板壓降Kpa溫度出口壓力m入口真空m輸入功率Kw1026.514.600.14210.1526.63.1-0.30.5838.4726.76.3-0.30.546.7526.77.6-0.30.4854.4826.89.5-0.20.4263.3726.910.4-0.20.472.3126.911.3-0.20.3981.2226.912.3-0.10.3790.742712.8-0.10.33表1 單泵特性曲線實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)流量Q（m3/h）揚(yáng)程He（m）有效功率Ne(kw)軸功率N(kw)總效率(%)014.73800.12605.4125979612.9380.043158550.5228.267921424.935471266.1380.08221530.4518.2700674.3959527147.4380.088737320.43220.54104733.5666449229.4380.091353420.37824.1675723.08460343210.3380.086538350.3624.03843192.54419384611.2380.077591120.35122.10573091.83717954612.3380.061513320.33318.47246721.42369272312.8380.049599140.29716.7000481表2 單泵特性曲線處理數(shù)據(jù)計(jì)算舉例:(選取第八點(diǎn))(1) 流量 = 1.66*1.220.51 =1.837179546 m3/h(2) 揚(yáng)程He=出口壓力-入口真空+0.6-0.462=12.3-(-0.1)+0.6=12.338m(3) =-0.003589285t2-0.0872501t+1001.44 =996.4957298 kg/m3(4) 有效功率Ne=QH/102=1.837179546*12.338*996.4957298/102/3600=0.06151332kw(5) 軸功率N=輸入功率*電機(jī)*傳動(dòng) =0.37*0.9*1 =0.333kw(6) 總效率=Ne/N*100% =0.06151332/0.333*100% =18.4724672%圖1：?jiǎn)伪脫P(yáng)程與流量的關(guān)系圖QHe的關(guān)系 y=-0.2707Q2-0.4942Q+14.432、對(duì)兩個(gè)串聯(lián)泵的數(shù)據(jù)分析和處理孔板壓降水溫密度出口壓力入口真空電機(jī)頻率流量Q揚(yáng)程He028996.18344.5050044.63822.9828.1996.15415.4-0.7508.6561864.83820.9528.6996.008811.3-0.6508.25737310.83819.0628.8995.950114.7-0.6507.86865914.23817.3229995.891218.1-0.5507.4937217.73814.7929.2995.831921.8-0.4506.9138821.53812.7429.4995.772425.1-0.4506.40729124.83810.8829.7995.682627.3-0.4505.91178727.0389.0429.8995.652528.9-0.3505.37878228.7386.4929.9995.622431.8-0.3504.54237431.6384.9330.2995.531534-0.2503.94811733.9383.430.3995.50136.3-0.2503.26657236.2382.1130.6995.409338.9-0.1502.56107438.9381.0630.6995.409340.4-0.1501.80278540.4380.5430.7995.378641.2-0.01501.27808241.328計(jì)算舉例：選取第二點(diǎn)(1)揚(yáng)程He=出口壓力-入口真空+0.6-0.462 =5.4+0.7+0.6-0.462 =4.838m(2) 流量 =1.66*22.980.51 =8.656186 m3/h3、對(duì)兩個(gè)并聯(lián)泵的數(shù)據(jù)分析和處理孔板壓降水溫密度出口壓力電機(jī)頻率流量Q揚(yáng)程He0.0430.2995.531521.6500.30792721.72562.8230.4995.470511.75013.1349111.82557.1630.6995.409312.55012.517412.62552.0830.7995.378613.35011.9371113.42547.4330.9995.316913.85011.381113.92537.131995.285914.75010.0410214.82537.1131.1995.254915.45010.042415.52532.1531.2995.223816509.3338216.12527.0631.3995.192716.7508.54838916.82521.3631.4995.161517.3507.57693817.42517.2431.5995.130218506.79252318.12511.7731.6995.098818.9505.59104719.0259.8931.7995.067319.2505.11619719.3257.9231.8995.035819.7504.5682219.8256.0331.9995.004220503.975220.1254.0231.9995.004220.4503.23260320.5252.0232994.972620.8502.27575920.925計(jì)算舉例：（選取第二點(diǎn)）(1)揚(yáng)程He=出口壓力-入口真空+0.6-0.475 =11.7+0.6-0.475 =11.825m(2) 流量 =1.59*62.820.51 =8.656186 m3/h QHe的關(guān)系 單泵：y=-0.2707Q2-0.4942Q+14.43 并聯(lián)泵：y=-0.0343Q2-0.300065Q+21.839 串聯(lián)泵：y=-0.4274 Q2-0.3641Q+43.057四,操作要點(diǎn)：1、 檢查水箱內(nèi)的水位，然后開啟離心泵；2、 開啟流量調(diào)節(jié)閥，在恒定的轉(zhuǎn)速下測(cè)10組數(shù)據(jù)。3、 進(jìn)行串、并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)孔板壓降，出口壓力，水溫，電機(jī)頻率等五、注意事項(xiàng)：1、 泵應(yīng)當(dāng)在流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時(shí)開啟；2、 系統(tǒng)先排凈氣體，以使流體能夠連續(xù)流動(dòng)；3、 為了避免傳感器進(jìn)水而損壞，應(yīng)緩慢打開流量調(diào)節(jié)閥。六誤差分析a) 雖然四組數(shù)據(jù)是同一型號(hào)的泵測(cè)得的，但是它們不是用同一套設(shè)備，所以其管路條件使其的誤差很大。b) 由于每個(gè)人在操作時(shí)的控制分寸不一樣，所以難免有很大的出入，使誤差增大。c) 另外還有在讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間不夠，造成讀出的數(shù)值不準(zhǔn)確，同樣也可以對(duì)揚(yáng)程造成很大的影響。七,結(jié)果討論：(1) 通過實(shí)驗(yàn)對(duì)IHG32-20管道泵的特性進(jìn)行分析l、HeQ曲線表示泵的壓頭H在較大流量范圍內(nèi)是隨流量增大而減小。離心泵都有這一重要特性，有的曲線形狀比較平坦，適用于流量變動(dòng)范圍較大的場(chǎng)合；而比較陡峭的，說明流量稍有一點(diǎn)變化即會(huì)引起揚(yáng)程的急劇變化。由實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)圖可知IHG32-20管道泵的HeQ曲線比較陡峭，所適用與壓頭變動(dòng)大而流量變動(dòng)較小的場(chǎng)合。2、N軸Q曲線表示泵的軸功率N軸，由曲線看出，泵的軸功率N軸隨流量增大而增大，在流量為零時(shí)，軸功率最小。所以，泵在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將出口閥關(guān)閉，使泵在最低功率下啟動(dòng)，以防止電機(jī)過載。4、 Q曲線表示泵的效率，當(dāng)Q=0時(shí)，其值最小為0;隨著流量的增加，泵的效率也隨著增加，達(dá)到峰值后，流量增加泵的效率反而下降。這一最高點(diǎn)，稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。流量過大或過小，效率都將降低。最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H及P值稱為最佳工況參數(shù)。一般高效區(qū)為不低于最高效率的92的范圍。選用離心泵時(shí)，應(yīng)盡可能使泵在高效區(qū)內(nèi)工作。(3) 通過IHG32-20管道泵的組合操作實(shí)驗(yàn)對(duì)其串、并聯(lián)操作特性曲線進(jìn)行分析研究 由實(shí)驗(yàn)所得的單泵和雙泵串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可得出：串聯(lián)特性方程為串聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的總壓頭和總流量是由工作點(diǎn)所決定的。因?yàn)榇?lián)后的總流量Q串必與串聯(lián)組合中的每一臺(tái)單泵的流量Q相等，所以總效率就是Q串所對(duì)應(yīng)的單泵效率。因而管路中的流量不會(huì)增加，揚(yáng)程則會(huì)提高。然而兩臺(tái)相同的泵串聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)后的壓頭雖較一臺(tái)單獨(dú)使用時(shí)高，可并不是增高一倍。并聯(lián)時(shí)，在揚(yáng)程相同的情況下，流量變成單泵的兩倍。因此，泵的并聯(lián)、串聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)都可以提高流量和壓頭。而實(shí)際運(yùn)用則要根據(jù)管路特性來選擇適宜的組合方式。組合方式的選擇(1) 若管路兩端的壓頭大于單臺(tái)泵所能提供的最大揚(yáng)程時(shí),則只能采用串聯(lián)操作(2) 若單泵輸液,只是流量達(dá)不到指定的要求.此時(shí)可針對(duì)管路的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)慕M合方式,以增大流量. 對(duì)于低阻輸送管路，并聯(lián)組合輸送的流量、提供的揚(yáng)程均比串聯(lián)組合的大；對(duì)于高阻輸送管路，串聯(lián)組合輸送的流量、提供的揚(yáng)程均比并聯(lián)組合的大；設(shè)將兩臺(tái)型號(hào)相同的離心泵并聯(lián)操作，各自的吸人管路相同，則兩泵的流量和壓頭必各自相同，且具有相同的管路特性曲線。在同一壓頭下，兩臺(tái)并聯(lián)泵的流量等于單臺(tái)泵的兩倍。于是，依據(jù)單臺(tái)泵特性曲線工上的一系列坐標(biāo)點(diǎn)，保持其縱坐標(biāo)(H)不變、使橫坐標(biāo)(Q)加倍，由此得到的一系列對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)即可繪得兩臺(tái)泵并聯(lián)操作的合成特性曲線，如圖2.4所示。并聯(lián)泵的操作流量和壓頭可由合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)來決定。由圖可見，由于流量增大使管路流動(dòng)阻力增加，因此兩臺(tái)泵并聯(lián)后的總流量必低于原單臺(tái)泵流量的兩倍。并聯(lián)泵的工作點(diǎn)(Q并,H并)由并聯(lián)泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)決定.由于并聯(lián)組合中兩臺(tái)泵的壓頭相等均等于H并,而H并為單泵在圖中黑圓點(diǎn)的壓頭,所以并聯(lián)泵的總效率與單泵在此點(diǎn)的效率相同.圖2.4 離心泵的并聯(lián)操作假若將兩臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)操作，則每臺(tái)泵的壓頭和流量也是各自相同的，因此在同一流量下，兩臺(tái)串聯(lián)泵的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍。于是，依據(jù)單臺(tái)泵特性曲線工上一系列坐標(biāo)點(diǎn)，保持其橫坐標(biāo)(Q)不變、使縱坐標(biāo)(H)加倍，由此得到的一系列對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)即可繪出兩臺(tái)串聯(lián)泵的合成特性曲線，如圖2.5所示。 同樣，串聯(lián)泵的工作點(diǎn)也由管路特性曲線與泵的合成特性曲線的交點(diǎn)來決定。由圖可見，兩臺(tái)泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺(tái)泵壓頭的兩倍。并且,由于串聯(lián)組合中兩臺(tái)泵的流量相等均等于Q串,故串聯(lián)泵的總效率為Q串時(shí)的單泵效率.圖2.5 離心泵的串聯(lián)操作生產(chǎn)中究竟采用何種組合方式比較經(jīng)濟(jì)合理，則決定于管路曲線的形狀。對(duì)于管路特性曲線較平坦的低阻管路(如圖2.6中曲線a所示)，采用并聯(lián)組合，可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；對(duì)于管路特性曲線較陡的高阻管路(圖中曲線b)，采用串聯(lián)組合，可獲得較并聯(lián)組合高的流量和壓頭。對(duì)于值高于單泵所能提供最大壓頭的特定管路，則必須采用串聯(lián)組合方式。圖2.6 離心泵串并聯(lián)組合方式的選擇從上述也可看出：性能相同的泵并聯(lián)工作時(shí)，所獲得的流量并不等于每臺(tái)泵在同一管路中單獨(dú)使用時(shí)的倍數(shù)，且并聯(lián)的臺(tái)數(shù)愈多；流量的增加率愈小。當(dāng)管路特性曲線較陡時(shí)，流量增加的百分?jǐn)?shù)也較小。對(duì)此種高阻管路，宜采用串聯(lián)組合操作。由此我們知道,我們選擇離心泵是用是串聯(lián)還是并聯(lián)，并不是提高流量就選并聯(lián)，加大揚(yáng)程