化工0903黄翔离心泵特性曲线实验报告.docx
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化工0903黄翔离心泵特性曲线实验报告
北京化工大学
实验报告
课程名称:
化工原理实验实验日期:
2011.11.12
班级:
化工0903姓名:
黄翔
同组人:
惠晓飞丁雅强王昊王睿博装置型号:
IHG32-125
离心泵性能实验
一,摘要
本实验以水为介质,使用IHG32-125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(
)离心泵特性曲线管路特性曲线C0
二,实验目的
1、了解离心泵的构造,掌握其操作过程和调节方法。
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、性能和安装方法。
4、测定孔板流量计的孔流系数。
5、测定管路特性曲线。
三,实验原理
1,离心泵特性曲线测定
由于流体流经泵时,不可避免的会遇到种种损失,产生能量损失和摩擦损失、环流损失等,因此,实际压头比理论压头小,且难以通过计算求得,因此通常采用实验直接测定其参数间的关系,并将测出的He—Q,N—Q,和η—Q三条曲线称为离心泵的特性曲线,根据此曲线也可求出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。
(1)泵的扬程He
He=H压力表+H真空表+H0
H压力表——泵出口处的压力,mH2o;H真空表——泵入口处的真空度,mH2o;H0——压力表和真空表测压口之间的垂直距离,H0=0.85m
(2)泵的有效功率和效率
由于泵在运转过程中存在能量损失,使泵的实际压头和流量较理论值低,而输入功率又比理论值高,所以泵的总效率为
η=
=
Ne—泵的有效功率,Kw;Q—流量,m3/s;He—扬程,m;ρ—液体密度,kg/m3
由泵轴输入离心泵的功率为
N轴=N电*η电*η转
N电—电机的输入功率,Kw;η电—电机效率,取0.9;η—传动装置的传动效率;一般取1.0
2,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。
孔板流量计的构造原理图
在水平管路上装有一块孔板,其两侧接测压管,分别与压差传感器的两端连接。
孔板流量计利用流体通过锐孔的节流作用,使流速增大,压强减小,造成孔板前后压强差,作为测量依据。
若管路直径d1,孔板锐孔直径d0,流体流经孔板后所形成缩脉的直径d2,流体密度ρ,孔板前测压导管截面处和缩脉截面处速度和压强分别为u1,u2和p1,p2,不考虑能量损失,由伯努利方程得:
或
由于缩脉位置随流速变化而变化,缩脉处截面积S2难以知道,孔口的面积已知,且测压口的位置在设备制成后不再改变,因此可用以孔板孔径处u0代替u2,考虑到流体因局部阻力造成的能量损失,用校正系数C校正后,有:
对不可压缩流体,根据连续性方程有:
整理得
令
,则可简化为
根据u0和S2,即可算出流体的体积流量VS为:
或
式中VS—流体的体积流量,m3/s;Δp—孔板压差,Pa;S0—孔口面积,m2;
ρ—流体的密度,kg/m3;C0—孔流系数。
孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压头的位置、孔径与管径比和雷诺数共同决定,具体数值由实验测定。
当d0/d1一定时,雷诺数Re超过某个数值后,C0就接近于定值。
通常工业上定型的孔板流量计都在C0为常数的流动条件下使用。
3,管路的特性曲线
离心泵工作在工作点上时,有
又
测定不同频率下,H与
的值,即可求得k及
的值。
四,装置和流程
离心泵性能实验装置与流程图
1—蓄水池;2—底阀;3—真空表;4—离心泵;5—灌泵阀;6—压力表;7—流量调节阀;
8—孔板流量计;9—活动接口;10—液位计;11—计量水槽(495×495)mm;12—回流水槽;13—计量槽排水阀
五,实验步骤
本实验通过调节阀门改变流量,测得不同流量下离心泵的各项性能参数。
流量可通过计量槽和秒表测量。
检查电机和离心泵是否正常运转。
打开电机电源开关,观察电机和电源泵的运转情况,如无异常,则可切断电源,准备在实验时使用。
灌泵。
打开灌泵阀,排出泵内气体。
当有连续液体流出时,灌泵结束,关闭排气阀和灌泵阀。
关闭流量调节阀,点击电源绿色按钮启动,开始实验。
从小到大依次调节流量调节阀,待稳定后,读取压力表、真空表、功率表以及孔流计压降示数,而后用计量槽计量液体流量,记录读数前、读数后的标尺刻度以及所用时间。
共测10组。
为防止因水面波动而引起的误差,测量时液面计高度差应不小于200mm。
调节流量至使压力表示数为0.16MPa左右固定不动,改变频率,分别记录压力表、真空表及孔流计压降示数。
共测7组。
调节流量至使压力表示数为0.09MPa左右固定不动,改变频率,分别记录压力表、真空表及孔流计压降示数。
共测10组。
关闭流量调节阀,停泵,记录相关数据,整理现场。
六,实验数据记录及处理
1,离心泵性能曲线测定及孔板流量计孔流系数测定原始数据表(频率f=50Hz)
序号
水流量L/h
水流量m3/s
水温℃
出口压力m
入口压力m
电机功率
1
5860
0.00162778
25.3
7.9
-0.4
0.4
2
5580
0.00155
25.3
8.3
-0.4
0.39
3
5240
0.00145556
25.3
8.9
-0.3
0.39
4
4450
0.00123611
25.4
10
-0.1
0.36
5
3530
0.00098056
25.5
11.2
0.1
0.34
6
2970
0.000825
25.7
11.7
0.2
0.32
7
2660
0.00073889
25.7
12
0.2
0.31
8
2410
0.00066944
25.7
12.2
0.2
0.3
9
2260
0.00062778
25.7
12.3
0.2
0.3
10
1860
0.00051667
25.7
12.6
0.3
0.28
11
1570
0.00043611
25.7
12.9
0.3
0.28
12
1350
0.000375
25.7
13.1
0.3
0.27
13
1010
0.00028056
25.7
13.4
0.4
0.26
14
840
0.00023333
25.7
13.5
0.4
0.25
15
640
0.00017778
25.7
13.6
0.4
0.24
16
460
0.00012778
25.7
13.7
0.4
0.24
17
0
0
25.7
14.2
0.4
0.23
扬程
有效功率
轴功率
效率η
7.290851905
0.115956
0.36
0.322101
7.729017264
0.117052
0.351
0.33348
8.472849284
0.120498
0.351
0.343299
9.864057964
0.119134
0.324
0.367696
11.35153137
0.108755
0.306
0.355407
11.99490109
0.096688
0.288
0.335722
12.31569592
0.088912
0.279
0.31868
12.53079788
0.081962
0.27
0.303564
12.63914417
0.077526
0.27
0.287132
13.0587797
0.065923
0.252
0.261598
13.37063131
0.056973
0.252
0.226084
13.57828535
0.04975
0.243
0.204735
13.98784575
0.038343
0.234
0.163861
14.09159295
0.032126
0.225
0.142783
14.19511971
0.024657
0.216
0.114152
14.29747884
0.01785
0.216
0.082638
14.8
0
0.207
0
以第一组数据为例,计算过程如下:
t=20oC时,ρ=998.2kg/m3,μ=1.305mPa.s
t=30oC时,ρ=995.7kg/m3,μ=1.005mPa.s
内插得:
t=25.5oC时,ρ=997kg/m3,μ=1.1111mPa.s
流量Q=A*Δh/t=5860/1000/3600=0.00163m3/s
扬程He=H压力表+H真空表+H0=(P压力表‐P真空表)/ρg+ΔZ+(U2^2-U1^2)/2/9.8=7.29
由泵轴输入离心泵的功率N轴=N电*η电*η转=0.4Kw
泵的有效功率Ne=Q*He*ρ/102=0.116Kw
泵的总效率η=Ne/N轴=0.116/0.36=32.3%
离心泵特性曲线
(2)
序号
水流量L/h
水流量m3/s
水温℃
出口压力m
入口压力m
电机功率
1
7500
0.00208333
21.7
11.6
-1
0.68
2
7290
0.002025
22.1
12
-0.9
0.67
3
6220
0.00172778
22.3
14
-0.5
0.62
4
5730
0.00159167
22.5
15
-0.4
0.61
5
5340
0.00148333
22.6
15.6
-0.4
0.59
6
4570
0.00126944
22.9
16.8
-0.1
0.56
7
4210
0.00116944
23
17.3
-0.1
0.54
8
3750
0.00104167
23.2
17.9
0
0.52
9
3270
0.00090833
23.2
18.5
0.1
0.49
10
2780
0.00077222
23.4
18.9
0.2
0.47
11
2370
0.00065833
23.5
19.4
0.2
0.44
12
2220
0.00061667
233.5
19.6
0.2
0.44
13
2050
0.00056944
23.6
19.8
0.3
0.43
14
1840
0.00051111
23.7
20
0.3
0.42
15
1510
0.00041944
23.8
20.4
0.3
0.4
16
1210
0.00033611
23.8
21.7
0.3
0.39
17
820
0.00022778
23.8
21
0.4
0.37
18
390
0.00010833
23.8
21.4
0.4
0.36
19
0
0
23.8
21.9
0.4
0.35
扬程
有效功率
轴功率
效率η
10.12979475
0.206196
0.612
0.336922
10.6668008
0.211048
0.603
0.349996
13.239037
0.223494
0.558
0.400527
14.40880387
0.224079
0.549
0.408159
15.06024347
0.218269
0.531
0.411053
16.65116143
0.206528
0.504
0.409778
17.1888216
0.196402
0.486
0.40412
17.93244869
0.182511
0.468
0.389981
18.67259666
0.165719
0.441
0.375779
19.20791797
0.144925
0.423
0.342613
19.73307598
0.126929
0.396
0.320529
19.9412793
0.12015
0.396
0.30341
20.24992822
0.112667
0.387
0.291129
20.45966139
0.102173
0.378
0.270298
20.87283316
0.085542
0.36
0.237615
22.1825556
0.072848
0.351
0.207543
21.59198852
0.048054
0.333
0.144305
21.99818776
0.023285
0.324
0.071866
22.5
0
0.315
0
2,管路特性曲线测定数据处理表
(1)
序号
水流量L/h
水流量m3/s
水温℃
出口压力m
1
1870
0.00051944
24.1
19.9
2
1670
0.00046389
24.2
16.2
3
1490
0.00041389
24.2
12.9
4
1360
0.00037778
24.3
11.1
5
1280
0.00035556
24.3
10
6
1070
0.00029722
24.3
7.4
7
860
0.00023889
24.3
5.2
8
650
0.00018056
24.3
3.4
9
440
0.00012222
24.3
2
10
140
3.8889E-05
24.3
1
11
0
0
24.3
0.4
入口压力
电机频率
扬程
有效功率
0.3
50
20.35833528
0.103324
0.3
45
16.66677093
0.075542
0.3
40
13.37354804
0.054082
0.3
37
11.57796246
0.042736
0.3
35
10.48047886
0.036409
0.4
30
7.986358791
0.023193
0.4
25
5.791187843
0.013517
0.4
20
3.994966014
0.007048
0.4
15
2.597693302
0.003102
0.4
10
1.599766471
0.000608
5
0.6
0
以第一组数据为例,计算过程如下:
t=20oC时,ρ=998.2kg/m3,μ=1.305mPa.s
t=30oC时,ρ=995.7kg/m3,μ=1.005mPa.s
内插得:
t=25.5oC时,ρ=997kg/m3,μ=1.1111mPa.s
流量Q=A*Δh/t=1870/1000/3600=0.0052m3/s
H=He=H压力表+H真空表+H0=(P压力表‐P真空表)/ρg+0.85
=20.35
So=π*(0.0242/2)2=0.00046m2,Δp=7.6*103Pa
3,管路特性曲线测定数据处理表
序号
水流量L/h
水流量m3/s
水温℃
出口压力
1
3750
0.00104167
24.5
17.9
2
3360
0.00093333
24.6
14.6
3
2980
0.00082778
24.6
11.6
4
2590
0.00071944
24.6
9.1
5
2190
0.00060833
24.7
6.7
6
1800
0.0005
24.7
4.7
7
1410
0.00039167
24.8
3.1
8
870
0.00024167
24.8
1.9
9
560
0.00015556
24.7
1.3
10
330
9.1667E-05
24.8
0.9
11
0
0
24.8
0.4
入口压力m
电机频率
扬程
0
50
17.93244869
0.1
45
14.76548712
0.2
40
11.89419216
0.2
35
9.420074598
0.3
30
7.142855619
0.3
25
5.161396177
0.3
20
3.576312265
0.4
15
2.490981718
0.4
12
1.896263531
0.4
10
1.498702483
-0.4
5
0.2
空流系数校正:
序号
水流量L/h
水流量m3/s
水温℃
1
1260
0.00035
25.7
2
1610
0.00044722
25.7
3
1970
0.00054722
25.7
4
2210
0.00061389
25.7
5
2530
0.00070278
25.7
6
2820
0.00078333
25.7
7
2990
0.00083056
25.7
8
3200
0.00088889
25.7
9
3480
0.00096667
25.7
10
3750
0.00104167
25.7
孔板压降Kpa
孔流系数
流速m/s
雷诺数Re
1.36
0.817815
1.37541
27517.39751
2.26
0.816421
1.757468
35161.11904
3.5
0.805835
2.150442
43023.23261
4.47
0.801156
2.412425
48264.64166
5.82
0.804814
2.761736
55253.18706
7.38
0.79735
3.078298
61586.55633
8.19
0.80279
3.263869
65299.22107
9.5
0.798073
3.493104
69885.45399
11.26
0.797521
3.798751
76000.43121
13.09
0.797311
4.093482
81897.0164
以第一组数据计算为例:
Vs=Co*So*(2*Δp/ρ)^0.5
Co=Vs/So*(ρ/2/ΔP)^0.5=0.00035/(3.14/4*0.018^0.5)*(997/2/1360)^0.5=0.82
七,实验结果作图分析
1,离心泵特性曲线
离心泵特性曲线1
离心泵特新曲线2
结果分析:
1,由泵的特性曲线(红色)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0.00165m3/s,所以该泵的适宜工作范围为0.0012~0.0021m3/s。
2,CO-Re曲线
由图知,当Re大于61500时C0接近于一定值0.83,使用该孔板流量计时,应使其在C0在定值的条件下。
3,管路特性曲线
结果分析:
(蓝色为表2的曲线,红色为表3的曲线)
1,管路的特性曲线为
,由上图可知H与Q成二次方关系(曲线为抛物线),该式成立;
2,比较两条曲线,可得在同样的频率下,关小阀门,H增大;
3,H随流量的增加而增大,当流量为0时,H为一定值。
八,思考题
1,根据离心泵的工作原理,分析为什么离心泵启动前要灌泵?
在启动前为何要关闭调节阀?
这跟“气蚀”有关系吗?
离心泵是靠叶轮旋转产生的离心力把水排出,泵内的水排出后形成真空,又把水吸进泵中,依次循环工作。
由于管道内形不成真空,且离心泵精度低,需要将内部空气排出,所以启动前要灌泵。
这和气蚀没有关系,气蚀是因为离心泵的安装高度过高,是泵里面的压强小于流体的饱和蒸汽压。
启动前关闭调节阀可以避免启动电流过大,保护电机。
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?
当流量调节阀开度增大时,压力表读数减小,真空表读数增大。
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?
在用离心泵输送水和乙醇的时,根据泵的特性曲线方程:
He=A+BQ(A=ΔZ+ΔP/ρ/g,B=λ*8/π^2/g*(L+ξLe)/d^5可知,在流量相同的情况下,由于乙醇的密度小于水的密度,所以乙醇的He应该大于水的He,也就是说,在流量相同的情况下,输送乙醇的泵的特性曲线应该向上移动,在相同压力下,乙醇的饱和蒸汽压小于水的饱和蒸汽压,所以输送乙醇的离心泵的安装高度应该可以比输送水的离心泵的安装高度高一些。
管路特性曲线也会有变化,乙醇的粘度大于水的粘度(在相同条件下),水的密度大于乙醇的密度,所以在流量和管径相同时候,可以计算出,水的雷诺数大于乙醇的雷诺数,在相同的流量下,输送乙醇的管路特性曲线也应该较输送水的管路特性曲线上移。
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。
t=20oC时,ρ=998.2kg/m3,μ=1.005mPa.s
d=32-3×2=26mm=0.026m,
u=qv/A=qV/3600/[π×(0.026/2)2]=0.3139~3.139m/s
Re=duρ/μ=0.026×u×998.2/(1.005×10-3)=8106.2~81062
取m=0.20,则d0=
*d=0.201/2*0.026=0.01163m,
查《化工原理》教材图1-52,可知C0=0.612
由
得:
△p=(ρ/2)*[VS/(C0*S0)]2=998.2/2*[qv/0.612/π/(0.0263/2)2]2=131.3~13130Pa
则量程为0
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- 化工0903 黄翔离心泵特性曲线实验报告 化工 0903 离心泵 特性 曲线 实验 报告