CN1300461C - 自循环泵特性曲线实验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自循环台式泵特性曲线实验仪，它具有供水箱、在供水箱设有透明进水管，进水管上设有进水阀和压力真空表，进水管另一端与实验泵进口相接，实验泵与电动机相接，电动机与功率表相接，转速表用于测定电动机转速，实验泵出口处设有压力表，实验泵出口与稳水压力罐相接，稳水压力罐出口设有输水管道，输水管道另一端与供水箱相接，输水管道上设有流量调节阀、文透利流量计，文透利流量计上设有测压计。本发明一改以往结构庞大的作法，将其整个实验系统缩小简化；通过进水阀对进入进水管的水体压强控制，断裂工况现象一目了然，采用了独立自循环恒压供水系统，且只需220V市电支持，操作简便直观，且适合于现代教学要求，同时也节省了专门实验布置场地。

Description

自循环泵特性曲线实验仪

技术领域

本发明涉及实验量测仪器，尤其涉及一种自循环台式泵特性曲线实验仪。

背景技术

对应某一额定转速n，泵的实际扬程H，轴功率N，总效率η与泵的出水流量Q之间的关系以曲线表示，称为泵的特性曲线，它能反映出泵的工作性能，可作为选择泵的依据。

泵特性曲线实验是机械流体力学重要教学内容之一，然而传统的泵特性曲线实验仪存在着一定弊端：其一，设备庞大，往往需要建设专门水池及三相动力电源；其二，设备庞大由此带来的设备运行维护复杂，运行成本也较高；其三，进口水位调节困难，断裂工况现象不明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种自循环泵特性实验仪。它具有供水箱、在供水箱设有透明进水管，进水管上设有进水阀和压力真空表，进水管另一端与实验泵进口相接，实验泵与电动机相接，电动机与功率表相接，转速表用于测定电动机转速，实验泵出口处设有压力表，实验泵出口与稳水压力罐相接，稳水压力罐出口设有输水管道，输水管道另一端与供水箱相接，输水管道上设有流量调节阀、文透利流量计，文透利流量计上设有测压计。

本发明的优点：

1)一改以往结构庞大的作法，将其整个实验系统缩小简化到一个实验台面上，并实现独立自循环恒压供水系统，无须专门实验场地建设；

2)采用220V二相市电，功率小，节约资源，且操作简便直观，适合于现代教学要；

3)采用进水口调压，实现在常水头下的进水口压力控制，直至能明显出现空化气穴现象，断裂工况现象明显。

附图说明

附图是自循环泵特性实验仪结构示意图。

具体实施方式

自循环台式泵特性曲线实验仪它具有供水箱1、在供水箱1设有透明进水管2，进水管2上设有进水阀3和压力真空表12，进水管2另一端与实验泵4进口相接，实验泵4与电动机6相接，电动机6与功率表8相接，转速表7用于测定电动机6转速，实验泵4出口处设有压力表11，实验泵4出口与稳水压力罐5相接，稳水压力罐5出口设有输水管道9，输水管道9另一端与供水箱1相接，输水管道9上设有流量调节阀10、文透利流量计13，文透利流量计13上设有测压计14。本发明的工作过程是：通电启动电机，带动实验泵运转，供水箱内水体被抽入水泵内，提压后输入稳压管内，再经输水管道回到供水箱内。电机转速有专门转速表测得，电机功率由功率表测得，输水管道内设置文透利流量计可测得实验泵输水流量。变换多个工况，测得泵的特性曲线。

本发明的实验，泵的特性曲线可用下列三个函数关系表示

               H＝f₁(Q)；N＝f₂(Q)；η＝f₃(Q)

这些函数关系均可由实验测得，其测定方法如下：

1)流量Q(10^-6m³/s)

用文丘里流量计12、电测仪16测量，并据下式确定Q值

               Q＝A(Δh)^B                            (1)

式中：A、B-预先经标定得出的系数，随仪器提供；

      Δh-文丘里流量计的测压管水头差，由压差电测仪16读出

          (单位cm水柱)；

      Q-流量(10^-6m³/s)

2)实际扬程H(m水柱)

泵的实际扬程系指水泵出口断面与进口断面之间总能头差，是在测得泵进、出口压强，流速和测压表表位差后，经计算求得。由于本装置内各点流速较小，流速水头可忽略不记，故有：

                H＝102(h_d-h_s)                       (2)

式中：H-扬程(m水柱)；

      h_d-水泵出口压强(MPa)

      h_s-水泵进口压强(MPa)，真空值用“-”表示。

3)轴功率(泵的输入功率)N(W)

                  N＝P₀·η_电                        (3)

                  P₀＝K·P                            (4)

式中：K-功率表表头值转换成实际功率瓦特数的转换系数；

      P-功率表读数值(W)；

      η_电-电动机效率；

      a、b、c、d-电机效率拟合公式系数，预先标定提供。

4)总效率η

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ρgHQ}}{N}\×100\%---\left(6\right)$

式中：ρ-水的容重1000kg/m³；

      g-重力加速度(g＝9.8m/s²)。

5)实验结果按额定转速的换算

如果泵实验转速n与额定转速η_sp不同，且转速满足|(n-n_sp)/n_sp×100％|＜20％，则应将实验结果按下面各式进行换算；

$Q_0=Q\left(\frac{n_{\mathrm{sp}}}{n}\right)---\left(7\right)$

$H_0=H{\left(\frac{n_{\mathrm{sp}}}{n}\right)}^2---\left(8\right)$

$N_0=N{\left(\frac{n_{\mathrm{sp}}}{n}\right)}^3---\left(9\right)$

              η₀＝η                           (10)

式中带下标“0”的各参数都指额定转速下的值。

试验分析与讨论

1)对本试验装置而言，泵的实际扬程(总扬程)即为进出口压强差。

实际扬程H是指单位重量液体从泵进口到泵出口所增加的能量，也就是重量为1N(牛顿)的液体通过泵后所获得的能量总增量，并规定其单位用米水柱表示。H计算公式是：

$H=\frac{P_d-P_s}{\mathrm{\ρg}}+\frac{{\mathrm{\υ}}_d^2-{\mathrm{\υ}}_s^2}{2g}+(Z_d-Z_s)$

式中：P_d、P_s-出口和进口液体的相对压强；

      V_d、V_s-泵出口和进口处液体的流速；因其数值较小，在本装

             置中可忽略不记；

Z_d、Z_s-检测进口与出口处压强的测压表系任选基准面的高程。

按国际标准，测压表表值以“Pa”(帕)为压强单位，式(2)中的h_d、h_s分别表示本实验用测压表的读值(MPa)，换算成米水柱为单位时，即有：

                  1MPa＝102mH₂O

由于本实验表位差为零，且v_d＝v_s，故得(2)式，即：

                  H＝102(h_d-h_s)      (mH₂O)

根据实验标准规定，计算泵扬程的进、出口断面应指泵出口法兰和泵入口法兰处，同时又规定，实际测压点的位置应在离泵法兰2D以外(D为泵进口、出口管直径)的平顺段上，故由(2)式算得的H值应加上测点至泵法兰之间的水头损失H_f。但若H_j＜0.002H(B级精度)或H_f＜0.005H(C级精度)时，则可不予修正。对本实验系统，测点至泵进出口法兰的流程之和1约为40cm，若以H＝13m的工况点为例，有v²/2g＝0.063m，取阻力系数λ＝0.02，则由式

$H_f=\mathrm{\λ}\frac{l}{d}\frac{{\mathrm{\υ}}^2}{2g}$

可得H_f＝0.025m＜0.002H，故本实验系统H按(2)式计算即可。

2)当水泵入口处真空度达7～8mH₂O左右时，泵的性能明显恶化，试分析原因。

这种情况下，泵叶轮内的最低压强已接近或达到了水的饱和蒸汽压强，即水泵开始出现气化空穴现象，当空化造成的汽穴空间较大而阻碍过流时，即会影响泵的外特性而出现“断裂工况”，使性能迅速恶化。从本实验h_s＝-7.8m的测点情况看，它的试验值均偏离特性曲线较多，泵的工作效率明显下降，表明在该工况下，试验泵已出现了“断裂工况”，空化现象已十分严重，在本仪器的透明吸水管中可观察到空化现象。

3)由实验知泵的出水流量越大，泵进口处的真空度也越大。

原因有二。一是流速水头增大了，压能减小；二是由于流速水头增大，泵吸水管进口处到水泵进口处之间的水头损失也随之增大，压能即随之减少。因而泵的出水流量越大，则泵进口处的真空度也越大。

4)本实验泵装机高程能否高于吸水井水面8m？为什么？

若泵吸水管的垂直高度Z_s达到7～8m，那么它的实际吸程h_s为：

$H_s=Z_s+H_W+\frac{{\mathrm{\υ}}^2}{2g}$

上式中的H_W是吸水管的水头损失，υ²/2g是吸水管的流速水头。显然，h_s大于7～8m水柱。而根据试验结果看，该水泵h_s达到7～8m时，已明显发生空化现象，水泵已在非正常状态下运行，这种状态下运行，不仅效率很低，噪声与振动均很大，且长时间运行的结果势必将造成叶轮等部位的空蚀破坏。因此本试验泵的装机高程，最多只能6m左右。

Claims (1)

1、一种自循环台式泵特性曲线实验仪，其特征在于它具有供水箱(1)、在供水箱(1)设有透明进水管(2)，进水管(2)上设有进水阀(3)和压力真空表(12)，进水管(2)另一端与实验泵(4)进口相接，实验泵(4)与电动机(6)相接，电动机(6)与功率表(8)相接，转速表(7)用于测定电动机(6)转速，实验泵(4)出口处设有压力表(11)，实验泵(4)出口与稳水压力罐(5)相接，稳水压力罐(5)出口设有输水管道(9)，输水管道(9)另一端与供水箱(1)相接，输水管道(9)上设有流量调节阀(10)、文透利流量计(13)，文透利流量计(13)上设有测压计(14)。