《流體輸配管網(wǎng)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、教學(xué)實(shí)驗(yàn) 2012-10流體輸配管網(wǎng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書湘潭大學(xué)土木工程工程與力學(xué)學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)2012年10月內(nèi)部使用目 錄實(shí)驗(yàn)一 離心泵綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 離心泵綜合實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针x心泵主要工作運(yùn)行特性；通過對(duì)水泵汽蝕現(xiàn)象的觀察，加深對(duì)水泵汽蝕產(chǎn)生原因的理解；通過對(duì)水泵串并聯(lián)運(yùn)行時(shí)相互之間的關(guān)系及其特性曲線的測(cè)定方法，進(jìn)而加深對(duì)多臺(tái)離心水泵聯(lián)合運(yùn)行性能的理解。二、 實(shí)驗(yàn)原理離心泵的重要特性參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率和效率。這些參數(shù)不僅表征泵的性能，也是選擇和使用泵的主要依據(jù)。1、泵的流量泵的流量即泵的輸送液體的能力，是指單位時(shí)間內(nèi)泵所排出的液體體積。泵的流量可直接有一定時(shí)間內(nèi)排出液體的體

2、積V或m來測(cè)定。 （1）若泵的輸送系統(tǒng)中安裝有流量計(jì)時(shí)，泵的流量可由流量計(jì)直接測(cè)出。2、泵的揚(yáng)程泵的揚(yáng)程即總壓頭，表示單位重量液體從泵中所獲得的機(jī)械能。若以泵的壓出管路中裝有壓力表處為1截面，以吸入管路中裝有真空壓力表處為2截面，在離心泵的入口和出口壓力表處分別取11和22過水?dāng)嗝?，列伯諾里方程如下： （2） 式中，H為離心泵的揚(yáng)程，z2z1z為離心泵進(jìn)、出口的高差，即位置水頭； 為離心泵出口的測(cè)壓管高度； 為離心泵入口的真空度，即泵入口真空表讀數(shù)；由于泵的進(jìn)出口管徑相同，由連續(xù)性方程可知v1=v2，為11和22過水?dāng)嗝嬷g的沿程阻力，因很小可忽略。于是式中：由壓力表讀值P1直接求得，由真空壓

3、力表讀值P2直接求得，z為儀器常數(shù)，當(dāng)進(jìn)出口表安裝位置等高時(shí)，z=0。 （3）3、泵的功率在單位時(shí)間內(nèi)液體從泵中實(shí)際所獲得的功，為泵的有效功率。即 （4）式中： 液體從泵中實(shí)際所獲得的功，W；泵的流量，m3/s； 泵的揚(yáng)程，m； 所輸送液體的密度，Kg/m3； g 重力加速度。泵軸所作的實(shí)際功率不可能全部為被輸送的液體所獲得，其中部分消耗于泵內(nèi)的各種能量損失。而電動(dòng)機(jī)所消耗的功率又大于泵軸所作的實(shí)際功率。電動(dòng)機(jī)所消耗的功率可由輸入的電壓和電流測(cè)得，或直接由功率表測(cè)得：=W W （5）式中：I電流， A； U電壓，V。 4、泵的總效率泵的總效率可由測(cè)得的泵有效功率和電機(jī)實(shí)際消耗功率計(jì)算得出：即

4、（6）5、泵的汽蝕離心泵的葉輪旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，在入口處的壓強(qiáng)會(huì)低于大氣壓，于是后續(xù)液體才不斷的導(dǎo)入泵內(nèi)。如果泵內(nèi)某處壓強(qiáng)低至該處液體溫度下的氣化壓力，部分液體就開始?xì)饣?，形成氣泡；與此同時(shí)由于壓強(qiáng)的降低，原來溶解于液體的某些活潑氣體，如水中的氧也會(huì)逸出而成為氣泡。這些氣泡隨液流進(jìn)入泵內(nèi)高壓區(qū)，由于該處壓強(qiáng)高，氣泡迅即破滅。于是在局部地區(qū)產(chǎn)生高頻率、高沖擊力的水擊，不斷打擊泵內(nèi)部件，使其表面部位蜂窩狀或海綿狀。此外，在凝結(jié)熱的助長(zhǎng)下，活潑氣體還會(huì)對(duì)金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕，以致金屬表面逐漸脫落而破壞，這種現(xiàn)象就是氣蝕。氣蝕如持續(xù)發(fā)展，氣泡大量產(chǎn)生，就會(huì)影響正常流動(dòng)，噪聲和振動(dòng)劇增，甚至造成斷流現(xiàn)象。此時(shí)，泵

5、的揚(yáng)程、流量和效率都顯著下降。因此，泵在運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格防止氣蝕。7、泵的特性曲線上述各項(xiàng)泵的特性參數(shù)并不是孤立的，而是互相制約的。因此，為了準(zhǔn)確全面的表征離心泵性能，須在一定的轉(zhuǎn)速下，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各項(xiàng)參數(shù)即：、N、與Q之間的變化關(guān)系標(biāo)繪成一組曲線。這組關(guān)系曲線稱為離心泵特性曲線，如圖1所示。 圖1 離心泵特性曲線以同樣的方式測(cè)出離心式水泵聯(lián)合運(yùn)行工況下的工作特性曲線，對(duì)離心泵操作性能具有十分重要的意義，由此曲線可確定泵的最適宜操作狀況。8、泵的并聯(lián)特性曲線當(dāng)需要增加系統(tǒng)中的流量時(shí)，宜采用并聯(lián)方式運(yùn)行。見圖2。圖2 離心泵并聯(lián)特性曲線兩臺(tái)水泵分別單獨(dú)運(yùn)行時(shí)所提供的的流量及都小于兩機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的流量

6、，說明聯(lián)合運(yùn)行可以滿足增加流量的要求。同時(shí)，單機(jī)運(yùn)行的壓頭均低于聯(lián)合運(yùn)行的壓頭值。所以聯(lián)合運(yùn)行一般不能充分發(fā)揮兩泵的能力。并聯(lián)運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)合理，要研究各機(jī)的效率才能決定 。9、泵的串聯(lián)特性曲線當(dāng)管路系統(tǒng)的性能曲線較陡，單機(jī)不能提供所需揚(yáng)程時(shí)，應(yīng)當(dāng)按串聯(lián)方式運(yùn)行。見圖3。圖3 離心泵并聯(lián)特性曲線這時(shí)第一臺(tái)泵的出口與第二臺(tái)泵的吸入口相連。兩臺(tái)水泵串聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)是通過兩臺(tái)泵的流量相等，而揚(yáng)程或壓頭等于兩臺(tái)設(shè)備的揚(yáng)程或壓頭之和。三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)、離心泵汽蝕實(shí)驗(yàn)和離心泵串并聯(lián)實(shí)驗(yàn)的一種多功能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)如圖4所示。 圖4實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖Zs轉(zhuǎn)速傳感器； M1、

7、M2水泵電機(jī)（1）、水泵電機(jī)（2）；B1 、B2水泵（1）、水泵（2）；F1水泵（1）入口閥門；F2水泵（2）串、并聯(lián)管路切換閥閥門；F3水泵串聯(lián)管路切換閥門；F4水泵（1）出口閥門；F5流量工況調(diào)節(jié)閥門；F7方水箱與圓水箱之間的聯(lián)通閥門；F8排氣閥；P1水泵（1）入口真空壓力表；P2水泵（1）出口壓力表；P3水泵（2）入口真空壓力表；P4水泵（2）出口壓力表； L1、L2泵1流量計(jì)、泵2流量計(jì)。方水箱僅起到接水的作用。方、圓水箱之間設(shè)聯(lián)通閥門，分別界至兩個(gè)計(jì)量水箱上；圓水箱上設(shè)有調(diào)試排空閥及放水閥。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由水泵1（用以測(cè)泵特性及串并聯(lián)實(shí)驗(yàn)）、水泵2（用以測(cè)泵的汽蝕余量和串并聯(lián)實(shí)驗(yàn)）。實(shí)驗(yàn)

8、時(shí)，利用各閥門的開、關(guān)和調(diào)節(jié)，形成泵1的單臺(tái)泵工作回路，在不同流量下，測(cè)定一組相應(yīng)的壓力表、真空表、和流量計(jì)的讀數(shù)，以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速n,電功率，即可得出一組泵的流量Q、揚(yáng)程H,實(shí)用功率N等數(shù)據(jù)，可以繪出泵的H-Q,N-Q和-Q等特征曲線。進(jìn)行泵的汽蝕實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用相應(yīng)閥門的開、閉和調(diào)節(jié)，形成泵2的單泵工作回路，并使水箱成為的封閉的容器，水泵抽水時(shí)，使水箱由于水的抽出而產(chǎn)生真空，從而使泵的進(jìn)口壓力減少，直到發(fā)生汽蝕，測(cè)出泵的汽蝕余量H。再進(jìn)行泵的串聯(lián)或并聯(lián)回路，測(cè)定串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)運(yùn)行特性。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主要指標(biāo)和參數(shù)離心泵參數(shù)： 型號(hào)： 設(shè)計(jì)揚(yáng)程： m 最大流量： m3/h 泵進(jìn)口管徑： mm 電機(jī)額定功

9、率： W 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)/分 電測(cè)用戶渦輪流量計(jì)參數(shù)：渦輪流量計(jì)流量范圍：常規(guī)體積法測(cè)流量水箱參數(shù)：方計(jì)量水箱截面尺寸： × m2四、實(shí)驗(yàn)要求1、學(xué)生根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，依?jù)基本原理和實(shí)驗(yàn)條件，確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。2、確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，以獲得必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。3、擬定實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法，經(jīng)試驗(yàn)指導(dǎo)老師同意后開始試驗(yàn)操作。4、按擬定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，在測(cè)得必要的數(shù)據(jù)后，經(jīng)試驗(yàn)指導(dǎo)老師同意，停止試驗(yàn)操作。5、整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫試驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)基本操作步驟1.泵的特性實(shí)驗(yàn)（1）試驗(yàn)前準(zhǔn)備將水箱注滿水?dāng)Q開圓水箱上排氣閥F7，向方水箱充水，直到圓水箱內(nèi)充滿水且方水箱內(nèi)有2/3水為止。關(guān)閉閥門F2、F

10、3、；打開閥門F1、F4、F5、F7、F8。（2）進(jìn)行試驗(yàn)啟動(dòng)泵B1。泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，即打開閥門F1，再關(guān)閉閥門F4。此時(shí)，流量為0，為空載狀態(tài)。測(cè)量壓力表P2，真空壓力表P1的讀數(shù)，并測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速n和電機(jī)功率。打開閥門F4至一定開度，水泵開始給水，再測(cè)讀壓力表P2、真空壓力表P1、流量計(jì)L的讀數(shù)，并測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電機(jī)功率。泵的流量可以用流量計(jì)（特殊訂購(gòu)）也可用計(jì)量水箱和秒表（用戶自備）來測(cè)量。逐步開大閥門F1，改變泵的流量（一般改變10-15次），在每一流量下，測(cè)量并記錄上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣，可以測(cè)得相應(yīng)于不同流量下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而就可以繪出泵的特性曲線。 2.水泵的汽蝕試驗(yàn)臨界汽蝕余量(NPS

11、H)。通過汽蝕試驗(yàn)測(cè)得的NPSH臨界值。該臨界值是在給定的流量下，在第一級(jí)內(nèi)引起第一級(jí)揚(yáng)程或效率下降(2+k/2)%時(shí)的NPSH值（k-型式系數(shù)）；或者在給定的揚(yáng)程下，在第一級(jí)內(nèi)引起流量或效率下降(2+k/2)%時(shí)的NPSH值。每一吸入口的流量；泵的單機(jī)揚(yáng)程。（1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備將水箱注滿水后，用排氣閥F8排氣后關(guān)閉排氣閥。打開F1、F2、F4、向兩個(gè)水泵充水。關(guān)閉閥門F1、F2、F5、F8，打開閥門F3、F4。（2）進(jìn)行試驗(yàn)啟動(dòng)水泵B1、B2，泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，即打開閥門F5。調(diào)節(jié)閥門F5，調(diào)至某一流量。在此流量下，將閥門F7由開啟向關(guān)閉方向逐步調(diào)節(jié)，使水箱內(nèi)的真空度逐步增大，每調(diào)節(jié)一次，同時(shí)測(cè)讀流量

12、計(jì)讀數(shù)、真空壓力表P3的讀數(shù)Hs和壓力表P4讀數(shù)H（揚(yáng)程）。繼續(xù)調(diào)節(jié)閥門F7，直至真空壓力表P3的指針發(fā)生劇烈顫動(dòng)或急劇下降為止（即發(fā)生汽蝕）。這樣，可以讀出一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并確定在此流量下的汽蝕余量h。（4）將閥門F5調(diào)至另一開度，重復(fù)上述步驟，測(cè)定此流量Q2下的汽蝕余量hc。如此，進(jìn)行3-5個(gè)流量下的試驗(yàn)，測(cè)得3-5組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可測(cè)定泵的汽蝕特性曲線。3、兩臺(tái)泵的串聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)（1）在相同流量下，測(cè)出單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)的泵B1和泵B2的揚(yáng)程H1和H2。其試驗(yàn)步驟和方法可參照泵的特性試驗(yàn)方法。（2）在與單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)的相同的流量下，測(cè)出兩臺(tái)泵的串聯(lián)時(shí)的揚(yáng)程 H串可以得出H串= H1+ H2。具體步驟如

13、下：打開閥門F3、F4；關(guān)閉閥門F1、F2、。接通電源，首先啟動(dòng)泵B2，再啟動(dòng)泵B1，待運(yùn)行正常后，然后打開閥門F5。調(diào)節(jié)閥門F5，使流量指示與單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)相同。在壓力表P3、P4、P1和P2上進(jìn)行揚(yáng)程H串讀值。4.兩臺(tái)泵的并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)（1）在相同的揚(yáng)程下，測(cè)出單臺(tái)水泵進(jìn)行時(shí)泵B1和泵B2的流量Q1和Q2。（2）在與單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)的相同的揚(yáng)程下，測(cè)出兩臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)的流量Q并，得出：Q并 = Q1+ Q2。具體步驟如下： 開閥門F1、F4、F2、F5、F7、F8；關(guān)閉閥門F3。 首先啟動(dòng)泵B2，再啟動(dòng)泵B1，待運(yùn)行正常后，然后打開閥門F5。 調(diào)節(jié)閥F2、F4，使壓力表P4和P2的揚(yáng)程一致，并與單臺(tái)泵

14、運(yùn)行使相同。 用流量計(jì)或計(jì)量水箱進(jìn)行流量Q并測(cè)量。六、試驗(yàn)臺(tái)的保養(yǎng)和維護(hù)1. 在接電運(yùn)轉(zhuǎn)前，必須做好下列準(zhǔn)備工作：仔細(xì)檢查各閥門、接頭和表頭等有無松動(dòng)，如有松動(dòng)，應(yīng)加以緊固；用橡膠管將文丘里的測(cè)壓口與壓差計(jì)相連接；將水箱注滿水，并使泵內(nèi)全部充滿水。完成上述安裝工作以后，即可接電試運(yùn)轉(zhuǎn)。啟動(dòng)水泵，觀察有無漏水現(xiàn)象，如漏水，應(yīng)設(shè)法處理。2. 量水箱應(yīng)保持清潔明亮；3. 流量計(jì)的差壓計(jì)，應(yīng)注意防塵，以免影響測(cè)量精度。不用時(shí)，應(yīng)蓋上塑料布或特制小蓋；將測(cè)力矩力臂用限位裝置鎖?。?. 易銹零部件，應(yīng)注意防銹；5. 實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真考慮試驗(yàn)內(nèi)容，確保其正確，確定各個(gè)閥門開、關(guān)到位；6. 泵要封閉啟動(dòng)，即關(guān)閉F

15、5后啟動(dòng)電機(jī)；7. 觀察泵氣蝕現(xiàn)象時(shí)，要快速操作，防止泵損壞；8. 泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要注意安全，防止觸電。要特別注意防止袖角、衣角及長(zhǎng)發(fā)卷入泵電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件內(nèi)，防止發(fā)生事故。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)如有不正?，F(xiàn)象，要立即停車，與指導(dǎo)教師討論愿因，及時(shí)處理后方可繼續(xù)作試驗(yàn)。說明：1、做HQ曲線時(shí)，應(yīng)注意 泵進(jìn)口流速，一般進(jìn)口和出口管徑相同， 所以2Q曲線利用HQ和NQ曲線，任取一個(gè)值可以得出相應(yīng)的和值，由此可得該流量下得相應(yīng)效率值：取若干個(gè)值，并求得相應(yīng)和值，即可算出其相應(yīng)的值，在Q坐標(biāo)系中可光滑地連出泵的Q總效率曲線。3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格：NoM(Mpa)V(Mpa)N (W)n(轉(zhuǎn)/分)Q（m3/s）備注12345

16、6891011根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中點(diǎn)出測(cè)試點(diǎn)，最后光滑地繪制出HQ，NQ和Q曲線。（可以在一張圖上繪出）。 坐標(biāo)紙飽和水蒸氣壓力表（按壓力排列）壓力P飽和溫度ts比容飽和水/飽和蒸汽“（M Pa）()（m3/kg）（m3/kg）0.00106.9820.0010001129.2080.002017.5110.001001267.0060.003024.0980.001002745.6680.004028.9810.001004034.8030.005032.900.001005228.1960.006036.180.001006423.7420.007039.020.001007420.5320.008041.530.001008418.1060.009043.790.001009416.2060.010045.830.001010214.6760.015054.000.00101401