離心泵實驗報告[圖表相關]

1、北 京 化 工 大 學化 工 原 理 實 驗 報 告實驗名稱： 離心泵實驗班 級： 化工* 姓 名： *學 號： 20110111* 序 號： *同 組 人： * * *設備型號： 流體阻力-泵聯(lián)合實驗裝置UPRS型-第1套實驗日期： 2013-*-*圖表一、實驗摘要 本實驗使用FFRS型第1套實驗設備,通過測量離心泵進出口截面的流量、壓強、電機輸入功率等量，根據(jù)He=p2g-p1g+Z+u22-u122g+hf、Pa=0.9P電 、=PePa得到 Heqv、Paqv、qv關系曲線，即離心泵特性曲線；同理得管路的特性曲線；通過渦輪流量計測得的管路流量，根據(jù)Co=qvA02p 和Re=du得到孔

2、板流量計的孔流系數(shù)Co與雷諾數(shù)Re，從而繪制Co和Re曲線圖。該實驗提供了一種測量泵和管路的特性曲線以及標定孔板流量計孔流系數(shù)的的方法，其結(jié)果可為泵、管路和孔板流量計的實際應用與工藝設計提供重要參考。關鍵詞：離心泵，特性曲線，孔板流量計 二、實驗目的1. 了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法。2. 測定離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的特性曲線，并確定泵的最佳工作范圍。3. 了解孔板流量計的構(gòu)造和原理，測定其孔流系數(shù)。4. 測定管路特性曲線。5. 測定相同轉(zhuǎn)速下雙泵并聯(lián)特性曲線三、實驗原理 1. 離心泵特性曲線的測定 離心泵的性能參數(shù)取決于泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉輪形式及轉(zhuǎn)速。離心泵性能是指在葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速

3、等固定的情況下，泵輸送液體具有的特性。其中Heqv、Paqv、qv關系曲線稱為離心泵特性曲線。根據(jù)此曲線可以求出最佳操作范圍，作為選泵的依據(jù)。（1） 泵的揚程He揚程是離心泵對單位牛頓流體作的有效功。在泵的進出管路取兩個截面，忽略流體阻力，列機械能衡算可知揚程為：He=p2g-p1g+Z+u22-u122g+hf=H2-H1+Z+u22-u122g m 式中，H2出口截面靜壓能，mH20； H1進口截面靜壓能，mH20；（2）泵的有效功率和效率軸功率取輸入電機功率Pa的90%，即：Pa=0.9P電 kW 有效功率：Pe=p2-p1qv1000=gqvHe1000 kW泵的效率：=PePa總效率

4、：總=PeP電通過儀器儀表直接測量電功率、進出口截面靜壓能、液體流量、溫度等。即可確定該泵性能。2管路特性曲線的測定管路特性是指在流體輸送管路不變的情況下，管路需要的能量H=流體損失的能量+流體增加的能量。其中Hqv關系曲線稱為管路特性曲線，與泵無關，只受管路與流體影響。在管路的起點和終點取兩個截面，當管徑相同時，且管徑流動達到阻力平方區(qū)時，根據(jù)機械能衡算式可知管路需要的能量為： H=Z+pg+u22g+ hf=A+Bqv2 m在任何一個實際流量點，離心泵傳遞給液體的有效能量He，等于管路在該流量qv下運送流體所需要的能量H，即H=He，所以H的測量原理同He，即可得到管路特性曲線Hqv曲線3

5、. 孔板流量計孔流系數(shù)的測定根據(jù)伯努利方程，在孔板前后平行流線處取兩個截面，然后用孔口截面代替后一個截面并修正，最后得到孔板流量計算式為qv=C0A02p m3s由此得孔流系數(shù)Co=qvA02p，式中，A0孔口的面積，m2。其中qv可由渦輪 流量計測得。孔流系數(shù)的大小由孔板銳孔的形狀、測壓口的位置、孔徑d0與管徑d1比和雷諾數(shù)Re共同決定，具體數(shù)值由實驗確定。當d0d1一定，雷諾數(shù)Re超出某個值后，C0就接近于定值。通常工業(yè)上選用孔板流量計時應盡量使C0為常數(shù)的Re下使用。連接管道的雷諾數(shù)Re=du4. 離心泵并聯(lián)特性曲線當單臺泵的輸液能力達不到目標流量時，有時可以選擇雙泵并聯(lián)或串聯(lián)。對于低阻

6、輸送管路，并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)組合；對于高阻輸送管路，則采用串聯(lián)組合更為適合。本套設備可通過切換閥門，測定雙泵并聯(lián)的性能。理想情況下，雙泵性能可以由單泵性能合成得到：單泵擬合：He=A-Bqv2 m并聯(lián)組合：He并=A-B（2qv)2 m串聯(lián)組合：He串=A/2-Bqv2 /2 m四、實驗流程和設備圖 離心泵實驗帶控制點工藝流程1、水箱 2、離心泵 3、渦輪流量計 4、管路切換閥 5、孔板流量計 6、流量調(diào)節(jié)閥7、變頻儀TI01水溫度/ ；QI02水流量/m3h-1；PI03壓降/kPaNI04電功率/kW；PI05出口表壓/ mH20；PI06入口表壓/ mH20實驗介質(zhì)：水（循環(huán)使用）。研究對象：

7、粵華WB70055型單級離心泵； 孔板流量計，銳孔直徑d0=18.0mm，管道直徑d1=27.0mm儀器儀表：渦輪流量計，LWGY-25型，0.610m3h-1,精確度等級0.5；溫度計，Pt100,0200，精度等級0.2；壓差傳感器，WNK3051型，-20100kPa，精確度等級0.2，測勢能差p；顯示儀表：AI-708等，精度等級0.1；變頻儀：西門子MM420型；天平，0.01g；量筒等?？刂葡到y(tǒng)：控制電柜+電腦+數(shù)據(jù)采集軟件，需380VAC+220VAC五、實驗操作1. 關流量調(diào)節(jié)閥，打開除層流管以外的主管路切換閥，按電柜和變頻儀綠色按鈕啟動水泵（本實驗泵處于水槽下方，故無需灌泵）

8、；2. 固定轉(zhuǎn)速（50或40Hz），通過調(diào)節(jié)閥改變水量從0到最大（流量梯度參照老師所給預習材料，以下同），記錄數(shù)據(jù)完成泵性能實驗；3. 固定調(diào)節(jié)閥開度（全開、0.75開度、0.5開度），通過變頻儀調(diào)節(jié)水流量從較大（變頻儀50Hz）到0.15m3/h左右，完成管路實驗；4. 調(diào)變頻儀為50Hz，關閉流量調(diào)節(jié)閥，關閉孔板管路以外的主管路切換閥，開孔板引壓閥和壓差傳感閥排氣，排氣完畢在關閉壓差傳感器排氣閥，手工記錄零點P0，最后通過調(diào)節(jié)閥改變水流量從0.6m3/h到最大，記錄數(shù)據(jù)完成孔板實驗；5. 切換閥門形成泵并聯(lián)組合，頻率均為50Hz，通過閥門調(diào)節(jié)水流量從0到最大，兩組共同記錄相關數(shù)據(jù)（功率等于

9、兩者之和，流量取平均值），完成并聯(lián)實驗（性能與管路無關，可打開層流管外單的主管路切換閥，實際操作打開比較好）；6. 實驗結(jié)束，按變頻儀紅色按鈕停泵，關閉流量調(diào)節(jié)閥、壓差傳感器排氣閥，做好衛(wèi)生工作。注意事項：（1） 泵實驗通過閥門改變流量，管路實驗通過變頻儀改變流量；（2） 泵并聯(lián)實驗時需借用臨組水泵，同時需關閉其流量調(diào)節(jié)閥；（3） 孔板壓降波動到平均值時記錄六、實驗數(shù)據(jù)表格及計算舉例（注：黑色數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，藍色數(shù)據(jù)為過程量，紅色數(shù)據(jù)為結(jié)果值）1 離心泵特性實驗數(shù)據(jù)表（50Hz,2850r/min）:Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序號水流量 qv/m3h-1出口表壓

10、 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O電機功率P電/kW水溫度t/揚 程 He/mH2O軸功率 Pa/kW效 率10.00 21.9 0.4 0.43 20.0 21.7 0.39 0.0%20.62 21.5 0.4 0.44 19.9 21.3 0.40 9.1%30.60 21.5 0.4 0.44 19.9 21.3 0.40 8.8%40.98 21.1 0.3 0.46 19.8 21.0 0.41 13.5%52.07 19.9 0.2 0.53 19.8 19.9 0.48 23.5%62.97 18.8 0.0 0.59 19.8 19.1 0.53 29.0%74.13

11、17.5 -0.3 0.65 19.9 18.2 0.59 34.8%84.98 16.1 -0.6 0.70 20.0 17.1 0.63 36.8%95.96 14.4 -1.0 0.74 20.0 16.0 0.67 38.8%106.97 12.4 -1.5 0.78 20.1 14.6 0.70 39.3%117.97 10.4 -2.0 0.81 20.2 13.2 0.73 39.3%129.19 7.4 -2.7 0.83 20.3 11.1 0.75 37.2%以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：qv=0.60m3h,p2=21.5mH2O,p1=0.4mH2O,P電=0.44kW,T

12、=19.9當T=19.9 時，查表得，水的密度=996.3kg/m3進口流速u1=4qvd12=40.6036000.0422=0.12 m/s，進口流速u2=4qvd22=40.6036000.0272=0.29 m/s揚程He=H2-H1+Z+u22-u122g=21.5-0.4+0.2+0.292-0.12229.81=21.3m軸功率Pa=0.9P電 =0.90.44=0.40kW 有效功率Pe=gqvHe1000=996.39.810.6021.3/(36001000)=0.035kW泵的效率=PePa=0.0350.40=8.8%同理求出其余各組的揚程He、軸功率Pa和泵的效率2.

13、 WB70/055型離心泵2850rpm最高效率點附近性能：測試介質(zhì)-水，測試水溫-202850rpm/50hz80%max90%max100%max90%max80%max流量/(m3/h-1)3.744.686.949.20 10.13揚程/mH2O19.1113.0514.9313.058.28效率32.54%36.61%40.68%36.61%32.54%電功率/W608653761870914無效功率/W410414451551617序號水流量 qv/m3h-1出口表壓 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O電機功率P電/kW水溫度t/揚 程 He/mH2O軸功率 Pa/kW效 率1

14、0.00 13.8 0.4 0.26 20.6 13.6 0.23 0.0%20.54 13.4 0.4 0.27 21.2 13.2 0.24 8.0%31.02 13.1 0.3 0.29 20.8 13.0 0.26 13.8%42.09 12.5 0.2 0.33 20.8 12.5 0.30 24.0%52.97 11.7 0.0 0.37 20.9 12.0 0.33 29.0%63.99 10.6 -0.3 0.40 20.9 11.3 0.36 33.9%74.97 9.2 -0.6 0.43 21.0 10.2 0.39 35.7%85.97 7.5 -1.0 0.45 21

15、.0 9.1 0.41 36.2%96.93 5.8 -1.5 0.47 21.2 8.0 0.42 35.5%107.72 4.3 -1.8 0.47 21.2 6.9 0.42 34.1%3 離心泵特性實驗數(shù)據(jù)表（40Hz,2850r/min）:Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：qv=1.02m3h,p2=13.1mH2O,p1=0.3mH2O,P電=0.29W,T=20.8當T=20.8 時，查表得，水的密度=996.1kg/m3進口流速u1=4qvd12=41.0236000.0422=0.20 m/s，進口流速u2=4qvd22=41

16、.0236000.0272=0.49 m/s揚程He=H2-H1+Z+u22-u122g=13.1-0.3+0.2+0.492-0.20229.81=13.0m軸功率Pa=0.9P電 =0.90.29=0.26kW 有效功率：Pe=gqvHe1000=996.19.811.0213.0(36001000)=0.036kW 泵的效率：=PePa=0.0360.26=13.8%同理求出其余各組的揚程He、軸功率Pa和泵的效率4. WB70/055型離心泵2850rpm最高效率點附近性能：測試介質(zhì)-水，測試水溫-212850rpm/50hz80%max90%max100%max90%max80%ma

17、x流量/(m3/h-1)3.384.216.208.19 9.02揚程/mH2O11.8911.218.965.854.30效率31.79%35.77%39.74%35.77%31.79%電功率/W364388446504528無效功率/W2482492693243605. 管路特性數(shù)據(jù)表（流量調(diào)節(jié)閥固定1/4開度）：Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序號頻 率 /Hz水流量 qv/m3h-1出口表壓 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O水溫度t/出口流速u2/ms-1入口流速u1/ms-1需要能量H/mH2O150 2.39 19.5 0.1 21.5 1.16 0

18、.48 19.7 246 2.23 16.6 0.1 21.6 1.08 0.45 16.7 342 2.05 13.9 0.2 21.6 0.99 0.41 13.9 438 1.88 11.4 0.2 21.6 0.91 0.38 11.4 534 1.69 9.2 0.2 21.6 0.82 0.34 9.2 630 1.49 7.3 0.3 21.6 0.72 0.30 7.2 726 1.28 5.5 0.3 21.6 0.62 0.26 5.4 822 1.07 4.0 0.3 21.6 0.52 0.21 3.9 918 0.87 2.8 0.3 21.6 0.42 0.17 2

19、.7 1014 0.69 1.8 0.3 21.7 0.33 0.14 1.7 1110 0.63 1.0 0.4 21.7 0.31 0.13 0.8 128 0.22 0.8 0.4 21.7 0.11 0.04 0.6 以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：頻率為42Hz，qv=2.05m3h, p2=13.9mH2O, p1=0.2mH2O, T=21.6進口流速u1=4qvd12=42.0536000.0422=0.41 m/s，進口流速u2=4qvd22=42.0536000.0272=0.99 m/s揚程He=H2-H1+Z+u22-u122g=13.9-0.2+0.2+0.992-0.41

20、229.81=13.9m同理求出其余各組需要能量H6. 管路特性數(shù)據(jù)表（流量調(diào)節(jié)閥固定2/4開度）：Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序號頻 率 /Hz水流量 /m3h-1出口表壓 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O水溫度t/出口流速u2/ms-1入口流速u1/ms-1需要能量H/mH2O150 4.78 16.4 -0.6 21.8 2.32 0.96 17.4 246 4.43 13.9 -0.4 21.8 2.15 0.89 14.7 342 4.08 11.7 -0.3 21.8 1.98 0.82 12.4 438 3.72 9.7 -0.2 21.9 1

21、.80 0.75 10.2 534 3.34 7.8 -0.1 21.9 1.62 0.67 8.2 630 2.95 6.2 0.0 21.9 1.43 0.59 6.5 726 2.55 4.7 0.1 21.9 1.24 0.51 4.9 822 2.16 3.4 0.2 21.9 1.05 0.43 3.4 918 1.75 2.4 0.2 21.8 0.85 0.35 2.4 1014 1.35 1.6 0.3 21.8 0.65 0.27 1.5 1110 0.95 0.9 0.3 21.8 0.46 0.19 0.8 126 0.63 0.5 0.4 21.8 0.31 0.13

22、 0.3 135 0.27 0.4 0.4 21.8 0.13 0.05 0.2 以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：頻率為42Hz，qv=4.08m3h, p2=11.7mH2O, p1=-0.3mH2O, T=21.8進口流速u1=4qvd12=44.0836000.0422=0.82m/s，進口流速u2=4qvd22=44.0836000.0272=1.98 m/s揚程He=H2-H1+Z+u22-u122g=11.7-(-0.3)+0.2+1.982-0.82229.81=12.4m同理求出其余各組需要能量H7. 管路特性數(shù)據(jù)表（流量調(diào)節(jié)閥固定3/4開度）：Z=0.2mH2O,d1=0.042m

23、,d2=0.027m序號頻 率 /Hz水流量 /m3h-1出口表壓 p2/mH2O入口表壓 p1/mH2O水溫度t/出口流速u2/ms-1入口流速u1/ms-1需要能量H/mH2O150 7.16 12.0 -1.6 22.1 3.47 1.44 14.3 246 6.61 10.3 -1.3 22.2 3.21 1.33 12.2 342 6.05 8.7 -1.0 22.2 2.94 1.21 10.3 438 5.47 7.2 -0.8 22.2 2.65 1.10 8.5 534 4.90 5.9 -0.6 22.2 2.38 0.98 6.9 630 4.32 4.6 -0.4 22

24、.2 2.10 0.87 5.4 726 3.74 3.5 -0.2 22.2 1.81 0.75 4.0 822 3.15 2.6 0.0 22.2 1.53 0.63 2.9 918 2.56 1.9 0.1 22.2 1.24 0.51 2.1 1014 1.96 1.2 0.2 22.2 0.95 0.39 1.2 1110 1.34 0.8 0.3 22.2 0.65 0.27 0.7 127 0.90 0.5 0.3 22.2 0.44 0.18 0.4 135 0.68 0.4 0.3 22.2 0.33 0.14 0.3 以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：頻率為42Hz，qv=6.05

25、m3h, p2=8.7mH2O, p1=-1.0mH2O, T=22.2進口流速u1=4qvd12=46.0536000.0422=2.94m/s，進口流速u2=4qvd22=46.0536000.0272=1.21 m/s需要能量H=H2-H1+Z+u22-u122g=11.7-(-0.3)+0.2+2.94-1.21229.81=10.3m同理求出其余各組需要能量H8. 孔流系數(shù)校正數(shù)據(jù)表:d0=0.018m,d=0.027m, P0=0.05mH2O,A=5.7310-4m2,A0=2.5410-4m2序號水流量 qv/m3h-1孔板壓降P/kPa水溫度t/水流速ud/ms-1Red孔流

26、系數(shù)C0孔流系數(shù)經(jīng)驗值10.62 0.23 23.2 0.30 8513 1.00 0.7220.85 0.80 23.1 0.41 11645 0.73 0.7131.01 1.16 23.1 0.49 13837 0.72 0.7141.31 1.92 23.1 0.64 17947 0.73 0.7051.60 2.87 23.2 0.78 21968 0.73 0.7062.02 4.55 23.3 0.98 27797 0.73 0.6972.48 6.90 23.3 1.20 34127 0.73 0.6983.02 10.32 23.5 1.47 41741 0.73 0.689

27、4.03 18.48 23.6 1.96 55824 0.72 0.68105.01 28.76 23.8 2.43 69705 0.72 0.68116.00 41.63 24.0 2.91 83847 0.72 0.67126.99 56.48 24.3 3.39 98326 0.72 0.67137.49 64.44 24.5 3.63 105822 0.72 0.67以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：qv=1.01m3h, P=1.16kPa, T=23.1當T=23.1 時，查表得，水的密度=995.5kg/m3,粘度=951.85Pa/s水流速u=4qvd02=41.0136000.027

28、2=0.49m/s雷諾數(shù)Re=du=0.0270.49995.5951.8510-6=13837孔流系數(shù)Co=qvA02p=1.0136002.5410-4995.521160=0.72面積比m=A0A=2.545.73=0.44，由m=0.44和Re=13837查圖（見化工原理圖1-52）可得：孔流系數(shù)經(jīng)驗值為0.71同理求出其余各組的雷諾數(shù)Re、孔流系數(shù)Co與孔流系數(shù)經(jīng)驗值9 雙泵并聯(lián)特性實驗數(shù)據(jù)表（50Hz+50Hz）:Z=0.2mH2O,d1=0.042m,d2=0.027m序號水流量 qv/m3h-1出口 平均表壓p2/mH2O入口 平均表壓 p1/mH2O電機 功率和P電/kW水溫

29、度t/并聯(lián) 揚程 He/mH2O并聯(lián) 軸功率 Pa/kW并聯(lián) 效率10.00 21.8 0.4 0.83 24.9 21.6 0.75 0.0%20.99 21.2 0.3 0.86 25.3 21.1 0.77 7.3%32.02 20.8 0.3 0.91 25.2 20.8 0.82 13.9%42.99 20.4 0.2 0.98 25.2 20.5 0.88 18.8%54.00 19.7 0.1 1.05 25.3 20.0 0.95 23.0%65.00 19.1 -0.1 1.13 25.3 19.6 1.02 26.2%76.04 18.5 -0.3 1.20 25.4 19

30、.3 1.08 29.3%86.99 17.9 -0.5 1.25 25.5 19.1 1.13 32.1%98.03 17.2 -0.8 1.27 25.6 18.7 1.14 35.7%108.97 16.5 -1.0 1.33 25.7 18.4 1.20 37.4%1110.01 15.5 -1.2 1.39 25.8 17.9 1.25 38.8%1210.98 14.6 -1.5 1.44 25.9 17.5 1.30 40.2%1312.02 13.6 -1.8 1.47 26.1 17.0 1.32 41.8%1413.04 12.4 -2.2 1.50 26.3 16.5 1

31、.35 43.2%以第三組數(shù)據(jù)為例進行計算：qv=2.02m3h, p2=20.8mH2O, p1=0.3mH2O,P電=0.91， T=25.2查表得，當T=25.2 時，水的密度=995.0kg/m3進口流速u1=4qvd12=42.0236000.0422=0.41 m/s，進口流速u2=4qvd22=42.0236000.0272=0.98 m/s揚程He=H2-H1+Z+u22-u122g=20.8-0.3+0.2+0.982-0.41229.81=20.8m軸功率Pa=0.9P電 =0.90.91=0.82kW 有效功率Pe=gqvHe1000=995.09.812.0220.8(

32、36001000)=0.11kW 泵的效率=PePa=0.110.82=13.9%同理求出其余各組的揚程He、軸功率Pa和泵的效率七、實驗結(jié)果作圖及分析1. 分別在同一坐標系內(nèi)做出50Hz和40Hz時單泵的特性曲線，并擬合關系式。泵的特性曲線50Hz,2880r/min: He=20.82334-0.12228qv2 式中，He為泵的揚程，m；qv為流量，m3/h泵的特性曲線40Hz, 2280r/min: He=13.13206-0.1086qv2 式中，He為泵的揚程，m；qv為流量，m3/h結(jié)果分析：（1） 由擬合得到的泵的特性曲線可知，揚程He隨著流量的增大而減小，且呈2次方的關系；（

33、2） 分析效率曲線可知，50Hz時，該泵的最大效率為40.68%，此時的流量為6.94m3/h；40Hz時，該泵的最大效率為39.74%，此時的流量為6.20m3/h.可規(guī)定該泵在50Hz和40Hz的額定流量分別為6.94m3/h、6.20m3/h。2. 做出Co-Re等關系曲線，確定孔板流量計1-8m3/h范圍內(nèi)的精度等級。結(jié)果分析：當Re50000時，C0基本為定值，不再隨Re而變，約為0.72該孔板流量計應在流量為37m3/h內(nèi)測量，精確度為0.01。3. 在同一坐標系中做出多條管路特性曲線，分別擬合關系式。管路特性曲線圖管路特性曲線I： H=-0.0587+3.3649qv2管路特性曲線II: H