离心泵理论及特性曲线

离心泵特性曲线测定实验

一、实验目的

1． 了解离心泵的结构特性，掌握离心泵的操作方法；

2． 了解无纸记录仪及压力、流量等传感器的使用方法；

3． 测定离心泵在恒定转速下的运行特性，测定特性曲线。

二、实验装置与流程

实验装置如图1所示，由水箱、离心泵、涡轮流量计、电动调节阀、压力表、真空表、转速传感器、功率表和不锈钢进、出管道等组成。

1－底阀； 2－引水阀； 3－离心泵； 4－真空表前切断阀； 5－真空表； 6－负压传感器；7－压力表前切断阀； 8－压力表； 9－压力传感器； 10－温度传感器； 11－涡轮流量传感器；12－电动调节阀； 13－切断阀； 14－旁路阀； 15－转速表； 16－功率表 ； 17－水箱

图1 离心泵特性曲线测定实验装置流程示意图

水从水箱17经泵底阀1吸入，流过吸入管路到离心泵3，经离心泵增压后，流经涡轮流量计11、电动调节阀12返回水箱，循环使用。在泵的进、出口管线上分别装有真空表5、负压传感器6、压力表8和压力传感器9，在它们的进口管线上分别装有真空表前切断阀4和压力表前切断阀7。管路内流量由涡轮流量计11测量，并由出口电动调节阀12调节流量。所用离心泵型号为 IT-6，涡轮流量传感器型号为LWGY-40，电动调节阀的开度和流量均可在无纸记录仪上操作和读数。

三、原理和方法

在转速n固定不变的情况下，离心泵的实际扬程H、功率消耗N及总效率 与泵送液211

能力（即流量）Q之间的关系以曲线表示，称为离心泵的特性曲线，它能反映出泵的运行性能，可作为选择离心泵的依据。

离心泵的特性曲线可用下列三个函数关系表示：

H = f1 (Q) N = f2 (Q)  = f3 (Q) ( 1 )

这些函数关系均可由实验测得，其测定方法如下：

1．流量Q（l/s）

流体在管内的流量由涡轮流量计测量，并在无纸记录仪上读取。

Q= Q’×1000/3600 （l/s）

离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）

第 - 1 - 页 共 7 页 一． 根据数据绘制离心泵特性曲线（如图（2）所示）

目的：掌握离心泵特性曲线的绘制方法，实现离心泵的合理调节。

1．准备工作：

数据资料；坐标纸；直尺；曲线板；铅笔；橡皮

2. 操作步骤：

(1）按比例在坐标纸上绘制横、纵坐标，横坐标表示流量；纵坐标表示扬程H、轴功率N、泵功率。

(2）绘制特性Q-H曲线：

1)将流量和扬程对应的数据点画在坐标纸上

2）将各点用平滑曲线连接起来

（3）绘制绘制特性Q-N曲线：

1)将流量和功率对应的数据点画在坐标纸上

2）将各点用平滑曲线连接起来

（4）绘制绘制特性Q-曲线：

1)将流量和效率对应的数据点画在坐标纸上

2）将各点用平滑曲线连接起来

（5）绘制绘制特性Q- NPSHr曲线：

1)将流量和必需的气蚀余量对应的数据点画在坐标纸上

2）将各点用平滑曲线连接起来

（6）在曲线图上标注曲线名称：

Q-H曲线

Q-N曲线

Q-曲线

Q-NPSHr曲线

（7）在曲线图上标出最佳工况点（效率最大的点）

（8）完善图名，清洁图面（离心泵的特性曲线）

（9）回收工具，清理现场。

3．注意事项：

（1）坐标末端必须标出箭头 离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）

第 - 2 - 页 共 7 页 （2）连线必须是平滑曲线，不能是直线。

二．离心泵相关知识的介绍

1．主要部件：

1）包括叶轮和泵轴的旋转部件

2）由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件

2．工作原理：

液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。

·1· 第一节 离心泵

2-1-1 离心泵的工作原理

离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造大同小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳（图2-1）。叶轮是离心泵直接对液体做功的部件，其上有若干后弯叶片，一般为4~8片。离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动（1000~3000r/min），迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳内，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。 在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名离心泵。

离心泵若在启动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，此现象称为“气缚”。所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀，供调节流量时使用。

2-1-2 离心泵的理论压头

一、离心泵的理论压头

从离心泵工作原理知液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，可以从理论上来分析。由于液体在叶轮内的运动比较复杂，故作如下假设：

（1）叶轮内叶片的数目无限多，叶片的厚度为无限薄，液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动。无任何倒流现象；

（2）液体为粘度等于零的理想液体，没有流动阻力。

一、离心泵的特性曲线定义

当转速n为常量时，列出扬程（H）、轴功率（N）、效率（η）以及允许吸上真空高度（HS）等随流量（Q）变化的函数关系，即：H=f（Q）；N=F（Q）；Hs= Ψ（Q）；η = φ（Q），我们把这些方程关系用曲线来表示，就称这些曲线为离心泵的特性曲线。

离心泵的特性曲线是液体在泵内运动规律的外在表现形式，这三条曲线需要根据试验的方法（采用离心泵特性曲线的测定装置，逐渐开启水泵出口阀门改变其流量，测得一系列的流量及相应的扬程和轴功率，然后将H-Q、N-Q、η一Q曲线绘制在同一张坐标纸上，即为一定型式离心泵在一定转速下的特性曲线），不同的水泵特性曲线不同，水泵的特性曲线由设备生产厂家提供。严格意义上讲，每一台水泵都有特定的特性曲线。

在水泵特性曲线上，对应任意流量点都可以找到一组与其相对应的扬程、轴功率和效率值，通常把这一组相对应的参数称为工况，其对应最高效率点的一组工况称为最佳工况。

在生产实践中，水泵的运行工况点是通过管路的特性曲线与水泵的特性曲线确定的（M工况点，见下图）。在选择和使用泵时，使水泵在高效区运行，以保证运转的经济和安全。

二、影响离心泵特性曲线的因素

离心泵的特性曲线与很多因素有关，如液体的粘度与密度、叶轮出口宽度、叶片的出口安放角与叶片数及离心泵的压出室形状等均会对离心泵的特性曲线产生影响。

1、叶轮出口直径对性能曲线的影响

在叶轮其他几何形状相同的情况下，如果改变叶轮的出口直径，则离心泵的特性曲线平行移动，见下图。

根据这一特性，水泵制造厂和使用单位可采用车削离心泵叶轮外径的方法改变一台泵的性能范围，以使泵的性能更适合实际运行需要。例如，某厂的一台离心式循环泵，其运行压力偏高，为降低压力，将叶轮外径由270mm车削到250mm后，在流量相同的情况下，压力下降，给水泵的电机电流减小，满足了运行的要求。

2、转速与性能曲线的关系

同一台离心泵输送同一种液体，泵的各项性能参数与转速之间的关系式为：