1、过程流体机械实验指导书安徽工程大学机械与汽车工程学院过程装备教研室实验 离心泵综合性能测定图 1 所示离心泵综合试验台是一种多功能实验装置，其结构示意如图示。主要由泵 1（泵特性曲线测定和串、并联实验） 、泵 2（泵串、并联和气蚀现象演示实验） 、水箱、孔板流量计、计量水箱真空表、真空压力表、压力表、电功率表、管道和阀门组成。该实验台可用作下列教学试验：1.离心泵特性曲线测定试验；2.离心泵串、并联试验；3.离心泵气蚀现象演示试验。 1、离心泵特性曲线测定1.试验目的1）了解和掌握离心泵特性曲线（H-Q 曲线，N-Q 曲线和 -Q 曲线）的测定方法。2）观察离心泵实际运行过程3）分析泵的工作性
2、能2.试验装置泵的特性曲线测定试验涉及到的装置为实验台中泵 1 及相应管道系统。3.试验原理和方法利用泵 1 相应阀门的开、闭和调节，形成泵 1 的单泵工作回路，在泵 1 出阀门11 的一定开度下，测量一组相应的压力表 12、真空表 9 和孔板流量计 7 的压差计的读数（或利用计量水箱和秒表来测量相应的流量） ，由此测得某一工况下泵的扬程 H 和流量 Q；并利用表 15 读出电机输入功率 Nm,由此可得出泵的相应轴功率 N。在多个工况（阀门 11 的不同开度）下可分别测得每个工况的流量Q、扬程 H，和轴功率 N 等数据，从而可经计算并绘制出泵的 Q-H、Q-N、和Q- 等特性曲线。1）扬程 H
3、 的测试和计算： 21vMIZgm式中：M- 以水柱高度表示的压力表读数 2p， 【m 】I-以水柱高度表示的真空表读数 1g， 【m】Z-压力表距真空压力表接出点之间的高度， 【m】p1-真空表读数【MPa】 ，p 2-压力表读数【MPa】-水的密度【kg/m 3】, g-重力加速度v1-泵的进口流速， v2-泵的出口流速一般，进口和出口的管径相同，所以 210g由此： H=M+I+Z m2）流量 Q 的测试和计算）利用孔板流量计测量02pQA【M 3/S】式中： p-U 型管压差计压差读数 【Pa】A0 孔板开孔面积，204d【m 2】d2-孔板的孔径， m; d1-管道管径， m；-流量
4、系数； - 流体密度【Kg/m 3】本实验中孔板的孔径 0.035m，管道的管径 0.042m。流量系数 需要经过试验来标定。 值与直径比 d2/d1 有关，并与雷诺数有关。由试验知，当流过管子的雷诺数 Re 大于 5000 以后， 取值与雷诺数关系不大，本系统 值约等于 0.788.在这种情况下： 0Q.78pA【m 3/s】)利用计量水箱实测流量在工况的流量稳定时，利用计量水箱测定一定时间 t 间隔内泵出流的容积 V,即可算出泵的体积流量 VQt【m 3/s】3)泵的轴功率 N 和泵效率 的测试和计算离心泵 1 在运行时的轴功率 N 的测定，是通过电功率表测定泵的驱动电机的输入电功率Nm,
5、再将此 Nm 乘以电机效率 m,即得泵的轴功率 N;Kw而泵在一定得工况下的效率 ： 10gQHN式中，g-重力加速度Q-泵的体积流量 【m 3/s】H-泵的扬程 【m】N-轴功率 【Kw】4.实验步骤1）试验前准备记录下试验台的参数，将水箱充满水关闭阀门 3,10,14，打开阀门 4,11,162）进行试验1 开动泵 1，使泵 1 系统运转，此时关闭阀门 11，为空载状态，测读压力表 12 读数p2,真空压力表 9 读数 p1.2 略开阀门 11，水泵开始出水，再测读 p2、p 1 孔板流量计压差p(或利用计量水箱和秒表测出在此工况下的流量 Q)和电功率表读数 Nm3 逐次调节阀门 11，增
6、加出水开度，重复上述步骤测读各相应工况的 p1、p 2、p和 Nm。实验数据可记录在如下的记录表格中记录表 1No M(m)I(m)H(M+I+Z)(m)Nm(KW)N(KW)p(Pa)Q(m3/s)备注123456784 结束试验5.试验数据处理根据上表的试验记录和计算的数据，即可在坐标系中绘出各工况的实验点，最后可光滑地绘制出试验泵的 H-Q 曲线、N-Q 曲线，和 -Q 等特性曲线（可在一个图上绘出，如图2）图 2 泵特性曲线图2、离心泵串、并联试验1.试验目的1) 增进对离心泵串、并联运行工况及其特点的感性认识2) 绘制泵串、并联工作的串、并联总特性曲线。2.试验装置利用离心泵综合试验
7、台的全部设备。3.实验原理和方法1) 泵的并联工作当用单泵不能满足工作需要的流量时，可采用两台泵（或两台以上）的并联工作方式，如图 3 所示。离心泵 1 和泵 2 并联后，在同一扬程（压头）下，其流量 Q 并 是这两台泵流量之和，Q 并 =Q1+Q2 并联后的系统特性曲线，就是在各相同扬程下，将两台泵特性曲线（Q-H） 1和（Q-H ） 2 上的对应的流量相加，得到并联后的各相应合成流量 Q 并最后绘出（Q-H） 并 曲线。如图 4 所示。图中两根虚线为两台泵各自的特性曲线（Q-H ） 1和（Q-H） 2；实线为并联后的总特性曲线（Q-H） 并 ，根据以上所述，在（Q-H） 并 曲线上任一点
8、M,其相应流量 QM 是对应具有相同扬程的两台泵相应流量 QA 和 QB 之和，即QM=QA+QB上面所述的是两台性能不同的泵的并联。在工程实际中，普遍遇到的情况是用同型号、同性能泵的并联，如图 5 所示。 （Q-H） 1 和（Q-H） 2 特性曲线相同，在图上彼此重合，并联后的总特性曲线为（Q-H） 并 。本试验台就是两台相同性能的泵的并联。进行教学试验时，可以分别测绘处单台泵 1 和泵 2 工作时的特性曲线（Q-H） 1 和（Q-H ）2，把它们和成为两台泵并联的总性能曲线（Q-H） 并 。再将两台泵并联运行，测出并联工况下的某些实际工作点与总性能曲线上相应点相比较。2）泵的串联工作当单台
9、泵工作不能提供所需要的压头（扬程）时，可用两台泵（或两台以上）的串联方式工作。离心泵串联后，通过每台泵的流量 Q 是相同的，而合成压头是两台泵的压头之和。串联后的系统总特性曲线，是在同一流量下把两台单泵对应扬程叠加起来，就可以得出泵串联的相应合成压头，从而绘制出串联系统的总特性曲线（Q-H） 串 ，如图 6 所示。串联特性曲线（Q-H） 串 上的任一点 M 的压头 HM，为对应于相同流量 QM 的两台单泵 1 和 2的压头 HA 和 HB 之和，即 HM=HA+HB试验时，可以分别测绘出单台泵 1 和泵 2 的特性曲线（Q-H） 1 和（Q-H ） 2，并将它们合成为两台泵串联的总性能曲线（Q
10、-H） 串 ，再将两台泵串联运行，测出串联工况下的某些实际工作点与总性能曲线的相应点相比较。4.实验步骤1) 两台泵的并联试验 1 单台泵 1 特性曲线（Q-H） 1 的 测试。 （从略，可参看离心泵特性曲线测定试验的步骤）2 单台泵 2 特性曲线（Q-H） 2 的测试。 （从略，可参看离心泵特性曲线测定试验的步骤）3 两台泵并联工况下某些工作点的测定a. 开启阀门 3,4,11,14，关闭阀门 10b. 接通电源，启动泵 1 和泵 2c. 调节阀门 11 和 14，使压力表 12 和 13 都指示在某一相同的扬程 H1=H2=H 并,此时，记下孔板流量计的相应压差值，由此测得一个工况下的 Q
11、 并和 H 并d. 按上述 c 的方法，在测试出几个不同并联工况下的 Q 并和 H 并，即改变 H 并，测出相应的 Q 并。e. 试验结束，关闭电源。2) 两台泵的串联试验1 单泵 1 和泵 2 特性曲线（Q-H）1 和（Q-H）2 的测试（与上面相同，从略）2 两台泵串联工况下某些工作点的测定；a. 开启阀门 3，关闭阀门 10,11,4,14b. 接通电源，首先启动泵 2，待其运行正常后，打开串联阀门 10，再启动泵 1，待泵 1运行正常后，最后打开泵 1 的出口阀门 11c. 调节阀门 11 到一定开度，即调节到某一扬程 H 串和流量 Q 串 的工况，在此工况下，测读压力表 12 和 1
12、3 的扬程值，并测得孔板流量计的压制 h,计算出 Q 串 。d. 按照上述 c 的方法，在测试出几个不同串联工况下的 H 串 和 Q 串5. 试验数据记录和处理记录表 2次序 1 2 3 4 5 6 7 8H(MPa)泵 1Q(m3/h)H(MPa)泵 2Q(m3/h)H(MPa)并联Q(m3/h)H(MPa)串联Q(m3/h)将试验中测得的数据 H、Q 计入记录表 2 中，并以 Q 为横坐标，H 为纵坐标，由实验数据在坐标系中绘出一系列试验点，再将这些点光滑的分别连成单泵 1 和 2 的（Q-H） 1 和（Q-H ）2 特性曲线，再分别合成为并联和串联的总特性曲线（Q-H） 并 和（Q-H
13、） 串 ，如图 7 所示。最后，再把并联和串联工况下实际测出的一些工作点在合成的总特性曲线周围标出，以示比较。3、泵的气蚀现象演示试验1.试验目的泵在运行时可能发生的气蚀现象，增加学生对这方面知识的感性认识。2.试验装置利用离心泵综合试验台中的泵 1 运行系统来运行。3.实验原理对于泵的运行来说，在转速和流量为定值时，泵的气蚀余量是不变的，而利用本实验装置可以人为的使其汽蚀余量在固定的流量情况下改变。它是采用抽真空的办法来改变装置的气蚀余量（泵的蓄水箱可以使其成为密封的水箱，水箱中的水被泵抽出而产生真空，其真空度可以用阀门 21 调节回水量来改变） ，直到达到气蚀的临界状态而开始发生气蚀。4.
14、演示实验步骤1) 实验前准备i. 将水箱 5 注满水直至排气阀 18 溢出水为止；ii. 关闭阀门 4,10,14,16；打开阀门 11,212) 进行演示i. 启动泵 1，即打开阀门 4ii. 调节阀门 11 到一定的流量 Qiii. 在此流量下将阀门 21 由开启相关闭方向逐步调节，使水箱内的真空度逐渐增大，同时观察流量计读数，真空压力表 8 读数和压力表 13 读数。继续调节阀门 21，直至观察到压力表 13 的指针发生颤动或急剧下降为止，此时流量也急剧下降，甚至直到流量为零，即发生了汽蚀。实验三 离心泵综合性能测量成绩 指导教师日期第一部分 预习1. 综合性能测试试验测试离心泵的哪几项
15、参数？泵启动前要做哪些准备工作？2. 实验中泵的流量是采用什么方式测量的？扬程是如何测量的？3. 泵出口阀门关小或放大，气流量和扬程会怎么变化？4. 离心泵的有效功率和效率怎么得到的？第二部分 报告1. 实验目的2. 实验装置3. 简述实验过程4. 实验记录记录表 1No M(m)I(m)H(M+I+Z)(m)Nm(KW)N(KW)p(Pa)Q(m3/s)备注12345678Z= (m) 流量计系数 =图 2 泵特性曲线图记录表 2次序 1 2 3 4 5 6 7 8H(MPa)泵 1Q(m3/h)H(MPa)泵 2Q(m3/h)H(MPa)并联Q(m3/h)H(MPa)串联Q(m3/h)图 3 泵得并联图 图 4 泵的串联图5. 简述汽蚀实验所观察到的现象
