​离心泵特性曲线测定实验_离心泵特性曲线图

离心泵特性曲线测定实验_离心泵特性曲线图

离心泵特性曲线测定实验装置。本发明采用高压静电纺丝技术制备了纳米纤维复合材料，通过对纳米纤维复合材料进行表面改性处理，使其具有良好的导电性能，同时保持了纳米纤维复合材料的物理机械性能。本发明的优点是：可以大大提高纳米纤维复合材料的电导率，从而提高其在电子器件中的应用价价值。

一：离心泵特性曲线测定实验

实验一 离心泵特性测定实验

一、实验目的

1．熟悉离心泵的工作原理和操作 *** ；

2. 掌握离心泵特性曲线的测定和表示 *** ，加深对离心泵的了解。

二、基本原理

离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量Q 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵

内部流动情况复杂，不能用理论 *** 推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。

三、实验步骤及注意事项

1．实验步骤：

（1）灌泵：清理水箱中的杂质，然后加装实验用水。通过灌泵漏斗给离心泵灌水，直到排出泵内气体。

（2）开泵：检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口流量调节闸阀V2关闭（如果调节阀全开，可能会导致泵启动功率过大，从而可能引发烧泵），当泵达到额定转速后方可逐步打开此出口阀。

（3）实验时，通过调节闸阀V2以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取10组相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量Q 、泵进口压力p 1、泵出口压力p 2、电机功率N 电、泵转速n ，。 及流体温度t 和两测压点间高度差H 0（H 0＝0.1m ）

（4）关闭泵的出口阀，再关闭泵开关及仪表电源，最后关闭电源开关，停机；同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等）。

2．注意事项：

（1）一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

（2）泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。 （3）不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。

四、原始数据记录

离心泵型号＝ 额定流量＝ 额定扬程＝ 额定功率＝ 泵进出口测压点高度差H 0= 流体温度t ＝

实验次数

2．分别绘制一定转速下的H ～Q 、N ～Q 、η～Q 曲线。 3．分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。

流量Q m 3/h

泵入口真空度p 1 kPa

泵出口表压强p 2 kPa

电机功率N 电

kW

泵转速r/m

五、数据处理结果 转速n=______r/min

序号

流量Q(m3/h)

扬程H(m)

轴功率N(kW)

泵效率η(%)

六、 计算举例（并绘出图形）

[1**********]00

4

8

12

Q(m/h)

3

H (m )

1620

10.80.6η

0.40.200

4

8

12

Q(m/h)

3

1620

1.51.20.90.60.300

4

8

12

Q(m/h)

3

N (k W )

1620

五、思考题

1．试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？

2．启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？ 3．为什么流量越大，入口真空表读数愈大而出口压力表读数愈小？

实验二 流体流动阻力测定实验

一、实验目的

1．掌握流体流动阻力的测定 *** 。

2．测定流体流过直管时的摩擦阻力，并确定摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线。

3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。 4．学会倒U 形压差计的使用 *** 。

二、基本原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。这种机械能消耗包括直管阻力和局部阻力。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 在工程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位等，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。

三、实验步骤

1．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀V2，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待

电机转动平稳后，把出口阀V2缓缓开到最大。

2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀f1、f2、f3打开（f1是粗糙管管路的阀门，f2

是光滑管管路的阀门，f3是局部阻力管路的阀门），在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min 。

3．排气：打开，进行排气操作至管内无气泡存在。

3．流量调节：调节出口流量调节闸阀V2, 然后开启相应管路的选择阀f1、f2、f3，调节流量，让

流量从1到4m 3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m 3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应流量下的的压差值。

4．计算：装置确定时，根据ΔP 和u 的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数

Re=duρ/μ=Au，其中A 为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re 的实验点，从而绘出λ～Re 曲线。

5．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。

四、原始数据记录

表1

管内径（mm ）

名称 局部阻力 光滑管 粗糙管

材质

管路号

闸阀 不锈钢管 镀锌铁管

管内径

（cm ） 测量段长度

95 100 100

表2直管阻力

实水温t=_____℃，ρ= _____kg/m3，μ=______Pa ·s ， 光滑管、粗糙管测压点间距L=_____m ，管内径d=_____mm

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量V h (m3/h)

光滑管压降(mm液柱) 左

右

净值

流量V (m3/h)

粗糙管压降(mm液柱) 左

右

净值

表3 局部阻力

序号

流量V h (m3/h)

截止阀压降(mmHg)

左

右

净值

五、 数据整理表

1． 直管阻力

序号

光滑管阻力

V s (m3/s)

u (m/s)

h f (J/kg)

R e

λ

V s (m3/s)

u (m/s)

粗糙管阻力 h f (J/kg)

R e

λ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2． 局部阻力

六、 计算举例（并绘出图形）

0.1

λ

0.01

1000

10000

Re

100000

1000000

七、思考题

1. 如何检验测试系统内的空气已被排除干净？U 型管压差计的零位应如何校正？

2. 在λ-Re 曲线中，本实验所测Re 在一定范围内变化，如何增大或减小Re 的变化范围？ 3. 根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程λ=

0.3164

，计算其误差。 0.25

Re

二：离心泵特性曲线包括____、____和____三条曲线

性能曲线一般包括：

1、流量

2、扬程、

3、泵效率

4、轴功率

5、转速

6、汽蚀余量

三：离心泵特性曲线有哪几条

离心泵装置工况点的求解有数解法和图解法两种。

一、图解法

图解法简明、直观，在工程中应用较广。

图1为离心泵装置的工况，画出水泵样本中提供的Q-H曲线。再按公式H=Hst+∑h，在沿Hst的高度上，画出管道损失特性曲线Q-∑h,两条曲线相交于M点。此M点表示将水输送至高度为Hst时，水泵供给水的总比能，与管道所要求的总比能相等的那个点，称它为该水泵装置的平衡工况点（也称工作点）。只要外界条件不发生变化，水泵装置将稳定地在这点工作，其出水量为Qm,扬程为Hm。

图1 离心泵装置的工况

假设工况点不在M点，而在K点，有图1可见，当流量为Qk时，水泵能够供给水的总比能Hk1将大于所要求的总比能Hk2，也即［供给］＞［需要］，能量富裕了△h值，此富裕的能量将以动能的形式，使管道中水流加速，流量加大，由此，使水泵的工况点将自动向流量增大的一侧移动，直到移至M点为止。反之，假设水泵装置的工况点不在M点，在D点，那么结果水泵供给的总比能Hd1将小于管道所要求的总比能Hd2,也即［供给］＞［需要］，管道中水流能量不足，管流减缓，水泵装置的工况点将向流量减小的一侧移动，直到退回M点才达到平衡。所以，M点就是该水泵装置的工况点。如果水泵装置在M点工作时，管道上的所有闸阀是全开的，那么，M点就称为该装置的极限工况点。也就是说，在这个装置中，要保证水泵的静扬程为Hst时，管道中通过的大流量为Qm。在工程中，我们总是希望水泵装置的工况点能够经常落在该水泵的设计参数值上，这样，水泵的工作效率高，泵张工作也经济。

也可以利用折引的 *** （也称“折引特性曲线法”）来求该水泵装置的工况点。如图2所示，先沿Q坐标轴的下面画出该管道损失特性曲线Q-∑h，再在水泵的Q-H特性曲线上减去相应流量下的水头损失，得到（Q-H）´曲线。此（Q-H）´曲线称为折引特性曲线。此曲线上各点的纵坐标值表示水泵在扣除了管道中相应流量时的水头损失以后尚剩的能量。这能量仅用来改变被抽升水的位能，即它把水提升到Hst的高度上去。因此，沿水塔水位作一水平线，与（Q-H）´曲线相交于M1点，此M1点纵坐标代表了该装置的静扬程，由M1点向上作垂线引申于Q-H曲线相交于M点，则M点的纵坐标值Hm，即为该水泵的工作扬程Hm=Hst+∑h。它就是管道需要的总比能与水泵供给的总比能正好相等的一点，M点称为该离心泵装置的工况点，其相应的流量为Qm。

图2 折引特性曲线法求工况点

若水泵的性能曲线上有驼峰形状，则它与管路性能曲线的交点可能出现两个，如图3所示，其中在水泵性能曲线下降段的交点为稳定工作点，其上升段的交点则是不稳定工作点。假若水泵在K点工作，由于某种原因使工作点离开K向右移动，则能量供大于求，流量增加，直到越过顶峰，在下降段某一点（如M点）才稳定下来；反之工作点向左移动，则能量供不应求，使流量减小，直到流量等于零为止。由上述可知，一旦有外界干扰，工作点离开K之后再也不会回到K点。不仅K点，而且整个上升曲线段都是这种情况。因此，水泵性能曲线的上升段是不稳定工作区，泵运行时应避开此区，只有下降段才是稳定工作区。

图3 水泵不稳定工作区

二、数解法

离心泵装置工况点的数解，其数学依据是如何从水泵及管道系统特性曲线方程中解出Q和H值，即有下列两个方程求解Q、H值：H=f(Q) （4） H=Hst+∑KQ² （5）

由式（4），式（5）可见，两个方程求两个未知数是完全可能的，关键在于如何来确定水泵的H=f(Q)函数关系。

现假设水泵厂样本中所提供的Q-H曲线上的高效段，可利用下列方程的形式来表示：H=Hx-hx (6)

式中：H为水泵的实际扬程（m）：

Hx为水泵在Q=0时所产生的虚总扬程（m），

；

hx为相应于流量为Q时，泵内的虚水头损失之和；

Sx为泵体内虚阻耗系数；

m为指数。对给水管道一般m=2或m=1.84。

现采用m=2，则得H=Hx-SxQ² （7）

图4为式（7）的图示形式，它将水泵的高效段视为SxQ²曲线的一个组成部分，并延长与纵轴相交得Hx值。然后，在高效段内任意选择两点的坐标，代入式（7），此两点一定能满足此方程式，即

对于一台水泵而言

（8）

因H1、H2，Q1、Q2均已知值，故可以求出Sx值。将式（8）代入式（7）可得：Hx=H1+SxQ² (9)

由式（9）可以求出Hx值。表1列出了SA型号离心泵的Hx、Sx值。根据这些数据，就可以写出水泵的Q-H特性曲线方程式：H=Hx-SxQ² （10）

表1 SA型号离心泵的Hx及Sx值

水泵型号

转速（r/min）

叶轮直径（mm）

m=2

Hx/m

Sx(s/L) ²/m

6SA-8

2950

270

112.76

0.00715

6SA-12

2950

205

61.67

0.00407

8SA-10

2950

272

107.40

0.00233

8SA-14

2950

235

79.41

0.00288

10SA-6

1450

530

100.43

0.000286

14SA-10

1450

466

76.25

0.0001

16SA-9

1450

535

105.19

0.000075

20SA-22

960

466

29.54

0.000028

24SA-10

960

765

92.13

0.0000234

28SA-10

960

840

115.67

0.0000151

32SA-10

585

990

59.29

0.00000529

湘江56-23

375

1200

30.29

0.00000042

12Hдc

1450

460

76.50

0.0001

14Hдc

1450

529

102.90

0.000088

20Hдc

960

765

92.90

0.000024

当离心泵工作时，由式（5）及式（10）可得：Hx-SxQ²=Hst+∑KQ²

也即

式中Hx、Sx及∑K均为已知值，当Hst一定时，即可求出水泵相应工况点的流量和扬程。

上述方程式（10）的建立，是把水泵的高效段视为二次抛物线上的一段。采用这种方式来建立Q-H特性曲线方程，称为抛物法。但是，实际上并不是每台水泵的高效段均能满足假设条件的。这样，在实际采用中就会存在一定的误差。

拟合离心泵Q-H曲线方程的另一途径是采用小二乘法来进行。我们将高等数学中的小二乘法引用与离心泵Q、H的双变量关系中，其正方程组可写成：

（12a）

拟合离心泵的Q-H特性曲线方程可按下式求得：H=H0+S1Q+S2Q² （12b）或H=H0+S1Q+S2Q²+S3Q³ （12c）

方程式（12b）一般用于手算，式（12c）精度较高，可用于电算。

例1 现有14SA-10型离心泵一台，转速n=1450r/min，叶轮直径D=466mm，其Q-H特性曲线如图5所示。试拟合Q-H特性曲线方程。

图4 14SA型离心泵的特性曲线

解 在14SA-10型的Q-H特性曲线上，取包括（Qo、Ho）在内的任意四点，其值如表2所示。上表中H值单位为m；Q值单位为L/s。

表2 四个工况点的（Q、H） 值

型号

已知各点的坐标值

代数计算值

Ho

Qo

H1

Q1

H2

Q2

H3

Q3

S1

S2

14SA-10

72

0

70

240

65

340

60

380

0.0168

-0.000117

将已知的各坐标值代入式（12a），可得：

将上式简化后，解得：S1=0.0168; S2=-0.000117

将结果S1、S2值代入式（12b），得该水泵的Q-H特性曲线方程为

H=72+0.0168Q-0.000117Q²

将上式与该水泵装置的管道特性曲线方程式（5）联立，即可求得其工况点的Q、H）值。

说明：本文不涉及商用，文章