实验1.水泵性能实验

 

一、实验目的

1、绘制泵的工作性能曲线，了解泵的性能曲线的用途。

2、掌握泵的基本实验方法及其各参数的测试技术。

3、了解实验装置的整体结构，掌握主要设备和仪器仪表的性能及使用方法。

二、实验原理

泵的性能曲线是指泵在一定转速n下的扬程H、轴功率Pa、效率η与流量Q间的关系曲线。理论和实践表明，水泵在某工况下工作时，其扬程、轴功率、效率和流量之间有内在联系。当流量变化时，其他参数会随之而变。因此水泵性能实验可通过调节流量（即改变管路阻力）来调节工况，从而得到不同工况点的参数。然后，再把它们换算到规定转速下的参数，在同一幅曲线图上绘制H-Q、Pa-Q、η-Q关系曲线。

三、实验装置

实验台采用开式倒灌式实验机组，它由水箱、管路、马达天平测功机、泵、流量表、压力表、阀门等组成。

四、实验参数的测量

泵性能参数有H、Q、Pa、η。

1、流量Q的测量

本实验台采用LWZY型智能流量一体化流量仪13直接测量流量，流量参数可从表中直接读出。流量大小通过调节阀12进行调节。

2、扬程H测量

扬程为流体通过泵所获得的能量。实验中水泵扬程是在测得泵的进、出口压力和流速后经计算得出。进口压力通过真空压力表15测得，出口压力通过压力表16测得。

计算如下：

    (m)

其中：

P1：入口处压力（负压），Pa(即N/㎡)。

P2：出口处压力, Pa。

Z2、Z1：压力表中心到基准面的垂直距离，m。

V2、V1：水泵进出口流体流速，m/s。

H2、H1：水泵进出口能量，m。

ρ：水的密度，kg/m3。

g：重力加速度，m/s2。

由于水泵进出口管径相同且两压力表中心高一致，则V2=V1；Z2=Z1

因此，扬程计算简化为

H=H2-H1=（p2-p1）/ρg   （m）

3、转速n测量

转速采用手持式电子转速表测量，当转速表光束照射准粘有反光片的旋转联轴器时，即可直接读取泵轴的实时转速。注意光束必须垂直照射反光片，否则没有读数或读数不准。

4、轴功率测量

本实验台采用转矩法测量轴功率，测量装置俗称马达天平。

      （kW）

         (Nm)

其中

M：扭矩， Nm。

W：砝码质量，Kg。

L：力臂长， L=0.974，m。

n：转速， r/min。

五、实验数据及处理

表1：实验原始数据

序号

P1

(MPa)

P2

(MPa)

n

(r/min)

W

(kg)

Q

(t/h)

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

表2：数据处理

序号

实测值

额定工况（nsp=2860 r/min）值

Q

(L/s)

H

(m)

Pa

(kW)

n

(r/min)

Q0

(L/s)

H0

(m)

Pa0

(kW)

η

（％）

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

换算公式:

、 、 、

根据表2数据，在同一坐标纸上绘出H0-Q0、Pa0-Q0、η-Q0关系曲线图。

六、分析及讨论

实验2.水泵汽蚀实验

 

一、实验目的

  1. 确定泵在工作范围内，流量Q与NPSHc、扬程H与NPSHa的关系，并绘制其关系曲线NPSHc-Q、H-NPSHa。
  2. 掌握泵汽蚀原理、方法和技巧。
  3. 学会使用实验设备、仪器仪表，掌握处理实验数据，得到正确的实验结果。

二、实验原理

由泵的汽蚀理论可知，在一定转速和流量下，泵的必需汽蚀余量NPSHr为定值，但其值却无法确定，而泵的有效汽蚀余量NPSHa却随吸入装置情况的变化而变化。因此，可通过改变（减小）吸入装置情况来改变水泵的NPSHa。当NPSHa=NPSHr时，水泵将发生汽蚀，此时的NPSHa定义为NPSHc，即临界汽蚀余量。

NPSHc的寻找方法如下：持续配合调节水平进出口阀门保持流量不变（进口阀门调小，出口阀门调大），该过程使得水泵有效汽蚀余量NPSHa持续降低，水泵工作状态随之向发生汽蚀的方向发展，当实验扬程（或效率）下降（2+K/2）%时，规定此时的NPSHa值为该流量下的NPSHc值。其中，K为型式数。型式数是一个无因次量，由下式定义：

式中：n——额定转速，r/min;

Q——泵设计工况点流量（额定流量），m3/s；

H——泵设计工况点扬程（额定扬程），m；

g——重力加速度，9.806m/s2。

注：型式数按水泵设计工况参数计算。

在开式实验台上，改变泵进口节流阀的开度，实际上是改变吸入管路阻力，使NPSHa改变，为了流量保持不变，同时也须调节出口阀门的开度。

三、实验装置及操作

实验装置见下图。汽蚀实验具体操作就是操作进、出管路上的两只球阀，操作时须配合同时调节，阀门的开闭切不可幅度大，因为汽蚀试验时，压力表、真空压力表非常灵敏。

四、实验数据的测量

汽蚀实验要测取的参数有Q、H、n和NPSHa，其中Q、H、n的测量与性能实验相同，主要是NPSHa的测量。

      

（注：上式表示入口能量比饱和压力能高出的能量值，即有效汽蚀余量）

式中NPSHa——有效汽蚀余量，m；

    Pamb——环境大气压力，Pa （可查表）；

    Pv—— 实验温度下的饱和压力，Pa （可查表）；

    H1——入口真空度读数，m；

    ρ——液体密度，kg/m3 （可查表）；

V1——入口液体平均流速，m/s。

注：水泵进口内径为Dn=40mm。

五、实验步骤及操作要点

  1. 在泵的工作范围内选定3个流量。
  2. 在流量1下进行实验数据测量。具体方法为：在保证流量不变的前提下，进行阀门9渐关、阀门12渐开的配合调节，使得NPSHa顺序变小。在阀门9、阀门12每个配对组合（即工况点）下，进行NPSHa、H、n测量。至少进行8个工况点的测量，其中又须作出至少3~4个H保持稳定的点，以便可以作出一条水平连线，得到一个第一平台HⅠ。
  3. 实验中判断汽蚀是否出现很重要，可从两个角度判断，①当扬程（出口压力）明显下降，噪音和振动明显增大时，汽蚀已出现。②当H比平台值下降大于20%时，汽蚀相当程度地发生。建议采用后一种方法。
  4. 因为每个流量下需要作不少于8个的有效工况点，为顺利完成实验，建议实验时前3~4个工况点调节幅度小些，以便得到稳定的H的第一平台。后4~5个工况点可适当加大调节幅度，以便快速找到H下降大于20%的节点，若因为调节幅度大很快出现节点，可以以该点为基点反向调节进出口阀门，以适当加密测点数量，便于作出较完整清晰的H-NPSHa曲线，在H-NPSHa曲线上做一条从第一平台的HⅠ下降的水平辅助线，该线与H-NPSHa曲线的交点即为汽蚀临界点，对应的有效汽蚀余量即为临界汽蚀余量NPSHc。
  5. 同理作出流量2、流量3的临界汽蚀余量，然后按下面的转换公式将上述临界汽蚀余量及流量转换为额定转速下的临界汽蚀余量和流量，见表3，再用表3的数据作出Q0-NPSHc0曲线图。

六、实验数据及处理

表1：原始数据表

Q(t/h)

点

P1(MPa)

P2（MPa）

︱P1︱+︱P1︱

%

n(r/min)

流量1

1*

 

 

 

建议以1*、2*、3*的平均值为基准，作为后续各点百分数计算时的分母：

 

2*

 

 

 

 

3*

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

流量2

1*

 

 

 

建议以1*、2*、3*的平均值为基准，作为后续各点百分数计算时的分母：

 

2*

 

 

 

 

3*

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

流量3

1*

 

 

 

建议以1*、2*、3*的平均值为基准，作为后续各点百分数计算时的分母：

 

2*

 

 

 

 

3*

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

注：大气压力Pamb(kPa)：         ；大气温度t1(℃)：         ；nsp=2680r/min

 

计算步骤：

  1. 计算Q、H、NPSHa，并换算至额定转速下的对应值，列于表2。

表2：实验结果（一）

Q(L/s)

点

实测结果

H(m)

NPSHa(m)

n(r/min)

Q1

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

6

 

 

 

7

 

 

 

8

 

 

 

Q2

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

6

 

 

 

7

 

 

 

8

 

 

 

Q3

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

6

 

 

 

7

 

 

 

8

 

 

 

 

  1. 根据表2数据作出每个流量的H-NPSHa曲线。
  2. 根据确定NPSHc的条件，在每个流量的H-NPSHa曲线上作出NPSHc值。
  3. 换算出相应的Q0、NPSHc0列于表3，并作出Q0-NPSHc0曲线图。

 

换算关系

Q0=Q(nsp/n)、   H0=H(nsp/n)2、   NPSHc0=NPSHc(nsp/n)2 

表3：实验结果（二）

序号

Q0(L/s)

NPSHc0(m)

1

 

 

2

 

 

3

 

 

 

七、分析及讨论