流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)-離心泵特性曲線測定

、水箱2、離心泵3、壓差傳感器4、溫度計(jì)5、渦輪流量計(jì)6、流量計(jì)7、轉(zhuǎn)子流量計(jì)8、轉(zhuǎn)子流量計(jì)9、壓差傳感器10、壓差傳感器11、壓差傳感器12、粗糙管實(shí)驗(yàn)段13、光滑管實(shí)驗(yàn)段14、層流管實(shí)驗(yàn)段15、壓差傳感器16、壓差傳感器17、局部阻力18、局部阻力三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率ηQUOTEη與泵流量Q之前的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)流動(dòng)復(fù)雜，不能使用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測定。⑴揚(yáng)程H的測定與計(jì)算取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程：⑴若泵進(jìn)出口速度相差不大，則速度平方差可忽略，則有⑵式中：QUOTEH0=z2-zρ——流體密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2； p1、p2——分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，m； H1、H2——分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對(duì)應(yīng)的壓頭，m； u1、u2——分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s；z1、z2——分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。 由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計(jì)算出泵的揚(yáng)程。⑵軸功率N的測量與計(jì)算⑶其中，為電功率表顯示值，W；k代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)效率，可取k=0.8。⑶效率ηQUOTEη的計(jì)算泵的效率η是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過泵時(shí)所獲得的實(shí)際功，軸功率N是單位時(shí)間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算：⑷故泵效率為⑸⑷轉(zhuǎn)速改變時(shí)的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會(huì)有變化，這話隨著流量Q的變化，多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測數(shù)據(jù)換算為某一定轉(zhuǎn)速n’下（可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量⑹揚(yáng)程⑺軸功率⑻效率⑼四、實(shí)驗(yàn)步驟㈠實(shí)驗(yàn)步驟⑴開啟儀表柜上的總電源、儀表電源開關(guān)。給離心泵灌水，然后關(guān)閉出口閥、灌泵口，啟動(dòng)水泵電機(jī)，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把泵的出口閥緩緩開到最大。⑵全開流量調(diào)節(jié)閥，排除管路內(nèi)空氣。從最大流量做起，待儀表度數(shù)穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)。主要獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：流量Q、泵進(jìn)出口壓差ΔP、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速n、兩測壓點(diǎn)高度差H0和流體溫度t。⑶逐漸關(guān)閉調(diào)節(jié)閥以減小流量，測量10組左右數(shù)據(jù)，包括流量為0的組。⑷記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號(hào)，額定流量、揚(yáng)程和功率等）。⑸實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉泵出口閥，停止水泵電機(jī)，關(guān)閉儀表電源。㈡注意事項(xiàng)⑴一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對(duì)泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時(shí)注意定期對(duì)泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。⑵泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)纏繞并傷害身體接觸部位。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理⑴分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的H~Q、N~Q、η~Q曲線實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄：離心泵型號(hào)YS8022，額定流量6m3/h，額定揚(yáng)程28.4m額定功率1.100kw，額定轉(zhuǎn)速2828rpm，泵進(jìn)出口測壓點(diǎn)高度差H00.1m水溫t：30.7℃，水的密度ρ=995.7kg/m3根據(jù)式⑵、⑶、⑸、⑹、⑺、⑻、⑼，計(jì)算結(jié)果如下表所示：序號(hào)流量Q/（m3/h)泵進(jìn)出口壓差△p/kPa電機(jī)功率N電/kW泵轉(zhuǎn)速n/rpm揚(yáng)程H/m軸功率N/W效率η19.98104.001.160286510.659280.31128.99145.001.174286514.849390.38638.06175.201.133286517.949060.43347.02198.471.082286520.328660.44755.95222.811.023288022.818180.45064.97242.580.936288024.837490.44774.04249.780.858289525.576860.40882.90249.780.741291025.575930.33991.95249.780.680291025.575440.249100.99249.780.550293025.574400.156110.00249.780.482294025.573860.000計(jì)算示例：取第1組數(shù)據(jù)104.00*1000/(995.7*9.81)+0.1=29.71m*0.8=1160*0.8=928W995.7*9.81*9.98*29.71/(928*3600)=0.311轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速后的數(shù)據(jù)：序號(hào)流量Q'/（m3/h)揚(yáng)程H'/m軸功率N'/w效率η'19.8510.378930.31128.8714.469030.38637.9617.488720.43346.9319.808320.44755.8421.997750.45064.8823.957090.44773.9524.406400.40882.8224.155440.33991.9024.154990.249100.9623.823960.156110.0023.663430.000計(jì)算示例：取第1組數(shù)據(jù)，Q'=Qn'n=9.98*H'=H(n'nN'=N(n'n)3=η’=η=0.196因此在轉(zhuǎn)速n=2828rpm下，作出泵的H-Q、N-Q、η-Q曲線：圖SEQ圖\*ARABIC2H-Q,N-Q曲線圖SEQ圖\*ARABIC3H-Q,η-Q曲線從以上三條曲線可以看出，在誤差允許的情況下，該離心泵的壓頭隨流量的增加而下降（此圖的開頭H略有上升，應(yīng)是誤差原因），軸功率隨流量的增加而增加，效率隨流量的增加先增加后下降，符合大部分離心泵的特點(diǎn)。⑵分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。效率曲線有一最高點(diǎn)，稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。由于管路輸送條件不同，離心泵不可能正好在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行。一般選用離心泵時(shí)，其工作區(qū)應(yīng)處于最高效率點(diǎn)的92%左右。由上圖得，當(dāng)Q=5.95m3/h時(shí)，泵效率最大，η值為0.450。因此，正常工作時(shí)泵的效率η應(yīng)為0.414～0.450，工作范圍約為4.50～8.40m3/h。七、討論、心得1、試從所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動(dòng)時(shí)為什么要關(guān)閉出口閥門？答：從圖中可以看出，軸功率隨流量的增大而增大，當(dāng)流量為零時(shí)，功率最小，若開機(jī)時(shí)閥門開大，則電機(jī)的瞬時(shí)功率很大，會(huì)對(duì)電機(jī)造成損害。因此，離心泵應(yīng)在出口閥關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)流量為零，電機(jī)功率也接近零，可以防止電機(jī)過載。2、啟動(dòng)離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動(dòng)不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？答：若泵內(nèi)無液體，則當(dāng)離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部的氣體經(jīng)離心力的作用所形成的吸入室內(nèi)的真空度很小，沒有足夠的壓差使液體進(jìn)入泵內(nèi)，使離心泵吸不上液體。如果依然啟動(dòng)不了，可能是引水好后未將引水閥門關(guān)閉，泵啟動(dòng)之后，吸入口處產(chǎn)生負(fù)壓，將引水漏斗處的水吸完后即吸入空氣，產(chǎn)生氣縛，從而不能將水打出；或者是泵出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。3、為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？答：如果在泵的進(jìn)口側(cè)調(diào)節(jié)流量，當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)液體不能充滿管路的現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，因此要用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，可以連續(xù)操作，缺點(diǎn)是節(jié)流閥消耗能量。另外可以使用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，或者切削葉輪的半徑，但這種方法的破壞性大?；蛘卟捎枚嗯_(tái)泵的串并聯(lián)以改變流量。4、正常工作的離心泵，在進(jìn)口管路上安裝閥門是否合理？不合理。進(jìn)口處安裝閥門會(huì)降低流體的靜壓能，