泵與風(fēng)機實驗指導(dǎo)書

1、泵與風(fēng)機實驗實驗指導(dǎo)書及實驗報告 工程熱物理教研室編 泵與風(fēng)機實驗室華北電力大學(xué)（北京）二OO八年五月前 言 實驗總體目標通過學(xué)生親自實踐泵與風(fēng)機課程的三個實驗，增強學(xué)生綜合分析能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理及查閱資料能力，培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力。 適用專業(yè)熱能與動力工程專業(yè)、核能與動力工程專業(yè)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)。 先修課程泵與風(fēng)機、熱工測量、工程流體力學(xué)。 實驗課時分配實驗項目學(xué)時實驗一 離心風(fēng)機性能實驗1實驗二 軸流風(fēng)機性能實驗1實驗三 離心泵綜合實驗2 實驗環(huán)境（對實驗室、機房、服務(wù)器、打印機、投影機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等配置及數(shù)量要求）泵與風(fēng)機實驗對實驗環(huán)境有如下要求： 實驗室最好安排在一

2、層，要求實驗室離教室和辦公室有一定距離，以防止實驗時的噪聲影響正常的教學(xué)和辦公。 風(fēng)機實驗室安排在窗戶較多的屋子，做實驗時室外最好風(fēng)力不要太大。 離心泵實驗室要求有自來水或離取水位置較近。 實驗室內(nèi)要求有黑板。 實驗總體要求對于泵與風(fēng)機實驗，有以下幾點總體要求： 在做實驗前，要求學(xué)生認真學(xué)習(xí)實驗指導(dǎo)書，并復(fù)習(xí)所學(xué)泵與風(fēng)機、熱工測量、工程流體力學(xué)等課程的相關(guān)知識。 實驗前，要求實驗室向?qū)W生開放，以便學(xué)生了解實驗設(shè)備和測量設(shè)備，以及對整個實驗有感性認識。 對于驗證性實驗，要求學(xué)生在實驗前就已很好地掌握了測量設(shè)備的工作原理、使用方法以及實驗步驟。 對于綜合性、設(shè)計性實驗，應(yīng)適當(dāng)提前向?qū)W生布置任務(wù)。學(xué)

3、生應(yīng)根據(jù)實驗任務(wù)，查閱資料，進行理論分析和研究，確定實驗方案，或根據(jù)規(guī)定的實驗方案，確定實驗步驟。學(xué)生擬定的實驗方案或?qū)嶒灢襟E，應(yīng)經(jīng)過指導(dǎo)教師審查同意后方可進行實驗。實驗后，要求學(xué)生按要求整理實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告，并提出或回答相關(guān)問題。 本實驗的重點、難點及教學(xué)方法建議 本實驗的重點：是對教材所講科學(xué)規(guī)律進行驗證，掌握相關(guān)參數(shù)的測量方法。 本實驗的難點：綜合性設(shè)計性實驗的實驗方案確定、實驗步驟的確定。 教學(xué)方法建議：采用多媒體手段對實驗進行必要的講解和布置實驗任務(wù)；綜合性設(shè)計性實驗分組進行方案論證；實驗現(xiàn)場更多發(fā)揮學(xué)生的主動性，教師只做必要的輔導(dǎo)。實驗一 離心風(fēng)機性能實驗一、實驗?zāi)康?熟悉離

4、心風(fēng)機性能測定裝置的結(jié)構(gòu)與基本原理。2掌握利用實驗裝置測定風(fēng)機主要工作參數(shù)的實驗方法。3通過實驗得出被測風(fēng)機的氣動性能曲線（全壓-流量、軸功率-流量、效率-流量）。二、實驗類型本實驗為驗證型實驗。三、實驗裝置實驗裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示（圖中未標示出測壓管位置）。1-進口集流器 2-節(jié)流網(wǎng) 3-整流柵 4-風(fēng)管 5-被測風(fēng)機 6-電動機7-扭矩測量裝置圖1 離心風(fēng)機實驗裝置簡圖根據(jù)國家關(guān)于GB1236通風(fēng)機空氣動力性能實驗方法標準，設(shè)計并制造了本試驗裝置。本試驗裝置采用進氣試驗方法，風(fēng)量采用錐形進口集流器方法測量。在距集流器始端D/2處及距風(fēng)筒末端3D處分別裝設(shè)測壓管接頭。試驗風(fēng)管主要由測試管路、節(jié)

5、流網(wǎng)、整流柵等組成?？諝饬鬟^風(fēng)管時，利用集流器1可以獲得進入風(fēng)機的靜壓；整流柵3主要是使流入風(fēng)機的氣流均勻；節(jié)流網(wǎng)2起流量調(diào)節(jié)作用，在此節(jié)流網(wǎng)位置上加銅絲網(wǎng)或均勻地加一些小紙片可以改變進入風(fēng)機的流量。扭矩測量裝置7通過稱重傳感器檢測、傳輸被測扭力、計算扭矩，進而計算出輸入風(fēng)機的軸功率。本實驗臺配有一臺自動數(shù)字巡檢儀。所需測試的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)、由各自傳感器（壓力傳感器、稱重傳感器、溫度傳感器）傳送到數(shù)字巡檢儀顯示出來。四、實驗步驟1、將壓力計（傾斜管壓力計）通過聯(lián)通管與試驗風(fēng)管的測壓力孔相連接，在連接前檢查測壓管路有無漏氣現(xiàn)象，應(yīng)保證無漏氣。2、電動機啟動前，在測力矩力臂上配加砝碼，使力臂

6、保持水平。3、裝上被測風(fēng)機，卸下葉輪后，啟動測功電機，再加砝碼G´使測力矩力臂保持水平，記下空載力矩（一般由指導(dǎo)教師事先做好）。4裝上葉輪，接好進風(fēng)口與試驗風(fēng)管，轉(zhuǎn)動聯(lián)軸節(jié)，檢查葉輪是否與進風(fēng)口有刮碰磨擦現(xiàn)象。5、啟動電機，運行10分鐘后，在測力臂上加配砝碼使力臂保持水平，待工況穩(wěn)定后記下集流器壓力Pn、靜壓Pest1、平衡重量G（全部砝碼重量）和轉(zhuǎn)速n。6、在節(jié)流網(wǎng)前加銅絲網(wǎng)或小圓紙片，使流量逐漸減小直到零，來改變風(fēng)機的工況，一般取十個測量工況（包括全開和全閉工況），每一工況穩(wěn)定后記下讀數(shù)。7、試驗前后分別記錄大氣壓力和溫度。五、實驗原理（寫出風(fēng)機進出口截面能量方程式）六、實驗記錄

7、1風(fēng)機銘牌參數(shù)及相關(guān)尺寸2實驗數(shù)據(jù)序號出口擋板開度1路扭力（ ）2路靜壓（ ）3路靜壓（ ）4路溫度（ ）轉(zhuǎn)速n（）流量（ ）全壓（ ）軸功率（ ）12345678910空氣密度： 流量測量截面管徑：流量計算公式：全壓計算公式：軸功率計算公式：【注】 2路靜壓即進口風(fēng)管壓力； 3路靜壓即集流器負壓； 阻力損失；錐形集流器。七、實驗結(jié)果及討論1、繪制性能曲線圖2、問題討論1）用進氣裝置測繪風(fēng)機性能曲線的優(yōu)缺點。2）如何調(diào)節(jié)和控制風(fēng)機流量。3）繪制性能曲線應(yīng)注意哪些問題。- 12 -實驗二 軸流風(fēng)機性能實驗一、實驗?zāi)康?熟悉軸流風(fēng)機性能測定裝置的結(jié)構(gòu)與基本原理。2掌握利用實驗裝置測定風(fēng)機主要工作參

8、數(shù)的實驗方法。3通過實驗得出被測風(fēng)機的氣動性能曲線（全壓-流量、軸功率-流量、效率-流量）。二、實驗類型本實驗為驗證型實驗。三、實驗裝置實驗裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。在整流柵10后裝有畢托管及靜壓測點(圖中未標示出測壓管接頭位置，具體可見實驗臺裝置)。本實驗裝置中，電動機6為雙速(低速/高速)電機；尚配有一臺變頻器。 1-支架 2-風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 5-軸流式通風(fēng)機 6-電動機 10-整流柵板圖2 軸流風(fēng)機實驗裝置簡圖軸功率測量采用扭矩測量裝置（具體見實驗臺裝置本體）。所產(chǎn)生的平衡扭力通過稱重傳感器感應(yīng)、傳送。本實驗臺配有一臺自動數(shù)字巡檢儀。所需測試數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)、由各自傳感器（壓力傳感器、稱重

9、傳感器、溫度傳感器）傳送到數(shù)字巡檢儀顯示出來的。注為節(jié)省時間，2、3、4三個步驟，由指導(dǎo)老師事前準備好。四、實驗步驟1、按實驗裝置簡圖（見圖2）接好各個實驗設(shè)備和測試儀器。2、將調(diào)節(jié)閥門調(diào)至全開狀態(tài)，啟動電機，記錄各項實驗數(shù)據(jù)。3、逐漸關(guān)小閥門開度，每調(diào)節(jié)一次閥門稱為一個工況，記錄每個工況所有的實驗數(shù)據(jù)，至少要做78個工況。五、注意事項軸流式風(fēng)機的特點是風(fēng)量越小，軸功率越大，所以本實驗不做關(guān)閉閥門的工況點，更不要在關(guān)閉閥門時啟動電機，以防電機過載而燒壞。六、實驗原理（寫出風(fēng)機進出口截面能量方程式）七、實驗記錄1風(fēng)機銘牌參數(shù)2相關(guān)參數(shù)及計算公式空氣密度： 流量測量截面管徑：流量計算公式：全壓計算

10、公式：軸功率計算公式：3實驗數(shù)據(jù)記錄及計算1路扭力（ ）2路靜壓（ ）3路畢托管（ ）4路溫度（ ）轉(zhuǎn)速n（ ）流量（ ）全壓（ ）軸功率（ ）低轉(zhuǎn)速12345678910高轉(zhuǎn)速12345678910注：扭力：測扭矩用的平衡扭力，用于計算軸功率，由稱重傳感器傳送、通過數(shù)字巡檢儀顯示。風(fēng)機轉(zhuǎn)數(shù)n（r/min）：被檢測后通過數(shù)字巡檢儀進行顯示。靜壓測點至風(fēng)機進口處損失值，按標準規(guī)定取。4繪制性能曲線圖實驗三 離心泵綜合實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，使學(xué)生掌握離心泵基本性能參數(shù)的測量方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理以及查閱資料的能力；著重培養(yǎng)獨立解決實際問題的能力、創(chuàng)新能力和組織管理能

11、力。二、實驗類型本實驗為綜合型兼有設(shè)計型的特點。三、實驗裝置本實驗臺可以進行離心泵特性曲線測定實驗、離心泵汽蝕實驗和離心泵啟停及串并聯(lián)實驗，是一個多功能的、綜合性實驗臺，結(jié)構(gòu)如圖3所示。實驗臺主要由水泵一、水泵二、水箱、孔板流量計、計量水箱、真空壓力表、壓力表、管道及閥門等組成。泵一的驅(qū)動電機，其轉(zhuǎn)子的軸固定在軸承上，而其定子是懸浮的。1-平衡砝碼 2-水泵（泵一） 3-水泵一電機 4-泵二進水真空表 5-泵一進水真空表 6-泵二電開關(guān)7-泵一電開關(guān) 8-泵一轉(zhuǎn)速顯示表 9-泵一出水壓力表 10-泵二出水壓力表 11-泵一出水閥12-泵二進水閥 13-泵二和泵一串聯(lián)閥 14-泵二出水閥 15-

12、孔板流量計 16-U型管差壓計17-移動出水管 18-計量水箱 19-溢流閥 20-排水閥 21-排氣閥 22-水罐 23-活動輪24-水泵二電機 25-放水閥 26-水泵(泵二) 27-吸水管圖3 離心泵綜合實驗裝置結(jié)構(gòu)簡圖四、實驗原理和方法參考1曲線根據(jù)實驗內(nèi)容要求，在相應(yīng)位置建立能量方程。利用閥門調(diào)節(jié)流量，測定、的數(shù)值。用水箱和秒表測定或讀取差壓計讀數(shù)據(jù)計算而得；值可由下計算：式中：壓力表讀數(shù)，MPa，換算成水柱高，m；真空表讀數(shù)，MPa，換算成水柱高，m； 壓力表至真空表接出點之間的高度，m；泵進、出口流速，一般進口、出口管徑相同，即，則，所以。逐次改變閥門的開度，測得不同的值和其相應(yīng)

13、得水頭值（和值），在坐標系中得到相應(yīng)的若干測點，將這些點光滑地連接起來，即得水泵的曲線。2曲線測定泵在不同流量時的功率，繪制曲線。求泵功率的公式為： （W）式中：相應(yīng)工況下的感應(yīng)力矩，kg.m； 相應(yīng)工況下的電機（泵）旋轉(zhuǎn)角速度；相應(yīng)工況下的電機（泵）旋轉(zhuǎn)速度，r/min；相應(yīng)工況下的力臂上的作用力，N；力臂長度，m；砝碼力臂長度，m；游砣力臂長度，m； 游砣重量，N； 砝碼重量，N。逐次改變閥門的開度，測得不同的值和其相應(yīng)泵實用功率值，在坐標系中得到相應(yīng)的若干測點，將這些點光滑地連接起來，即得水泵的曲線。3曲線利用和曲線，任取一個值可以得出相應(yīng)的和值，由此可得該流量下的相應(yīng)效率值：取若干個值

14、，并求得相應(yīng)和值，即可算出其相應(yīng)的值，在坐標系中可光滑地繪制出泵的效率曲線。4汽蝕實驗泵的實驗標準（GB/T3216-89）中規(guī)定：臨界汽蝕余量點的選取，通常按揚程（或效率）與無汽蝕的揚程（多級泵為第一級揚程）相比，當(dāng)下降值達到（為型式數(shù)）時的值作為泵的臨界汽蝕余量值。實驗時可以通過壓力表讀數(shù)變化情況來判斷汽蝕是否發(fā)生，如壓力表指針發(fā)生劇烈顫動或急劇下降為止，即發(fā)生汽蝕。記錄汽蝕時泵入口壓力表讀數(shù)，即可計算值：式中：泵入口安裝真空表處速度，m/s； 實驗條件下的汽化壓力，Pa。如此，取若干個值，并求得相應(yīng)值，即可算出其相應(yīng)的值，在坐標系中光滑地繪制出泵的曲線。5串聯(lián)運行串聯(lián)泵所輸送的流量均相等

15、（忽略泄露流量），而串聯(lián)后的總揚程為串聯(lián)各泵所產(chǎn)生的揚程之和。即若有兩臺泵串聯(lián)，則：式中：、第一、二臺泵的揚程，m； 、第一、二臺泵的流量，m3/s。由此可見，泵串聯(lián)后的性能曲線的作法是：把串聯(lián)各泵的性能曲線上同一流量點的揚程值相加。6并聯(lián)運行并聯(lián)后的總流量應(yīng)等于并聯(lián)各泵流量之和，并聯(lián)后的揚程與并聯(lián)運行各泵的揚程相等。即若有兩臺泵并聯(lián)，則：式中：、第一、二臺泵的揚程，m； 、第一、二臺泵的流量，m3/s。由此可見，泵并聯(lián)后的性能曲線的作法是：把并聯(lián)各泵的性能曲線上同一揚程點的流量值相加。五、實驗內(nèi)容和要求1泵的性能實驗泵一和泵二為相同的泵，要測定泵的、曲線，要求學(xué)生：（1）確定測量參數(shù)，查找資

16、料掌握相關(guān)測量設(shè)備的工作原理，并會使用這些測量設(shè)備。（2）確定實驗路徑并論證其完成實驗?zāi)康牡目尚行?。?）確定實驗步驟及每步的具體操作。（4）為了完成上述實驗，實驗前應(yīng)做哪些準備工作？（5）自己擬訂實驗過程應(yīng)當(dāng)記錄的實驗數(shù)據(jù)，并設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。 實驗前，將由以上5部分組成的實驗方案交給老師審核，審核合格后方可進行實驗。2水泵的汽蝕試驗汽蝕實驗由于具有一定程度的破壞性，采取特殊的教學(xué)方式進行：學(xué)生按要求設(shè)計實驗方案、教師審查并進行實驗演示操作、學(xué)生整理分析數(shù)據(jù)并撰寫實驗報告。汽蝕實驗的目的在于確定泵在工作范圍內(nèi)臨界汽蝕余量與流量的關(guān)系，對學(xué)生的要求是：（1）查閱資料，掌握汽蝕的基礎(chǔ)理論，在此

17、基礎(chǔ)上確定該實驗的測量參數(shù)，這些參數(shù)如何測出？（2）確定實驗路徑并論證其完成實驗?zāi)康牡目尚行?。?）確定實驗步驟及每步的具體操作。（4）為了完成上述實驗，實驗前應(yīng)做哪些準備工作？（5）自己擬訂實驗過程應(yīng)當(dāng)記錄的實驗數(shù)據(jù)，并設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。實驗前，將由以上5部分組成的實驗方案交給老師審核。3兩臺泵的串聯(lián)運行試驗兩臺泵串聯(lián)實驗的目的就是為了驗證相同流量下串聯(lián)總揚程等于單臺泵揚程之和，對學(xué)生的要求是：（1）確定串聯(lián)布置方案。（2）確定測量參數(shù)。（3）確定實驗步驟及每步的具體操作。（4）自己擬訂實驗過程應(yīng)當(dāng)記錄的實驗數(shù)據(jù)，并設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。實驗前，將由以上4部分組成的實驗方案交給老師審核，審核

18、合格后方可進行實驗。4兩臺泵的并聯(lián)運行試驗兩臺泵并聯(lián)實驗的目的就是為了驗證相同揚程下并聯(lián)總流量等于單臺泵流量之和，對學(xué)生的要求是：（1）確定并聯(lián)布置方案。（2）確定測量參數(shù)。（3）確定實驗步驟及每步的具體操作。（4）自己擬訂實驗過程應(yīng)當(dāng)記錄的實驗數(shù)據(jù)，并設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。實驗前，將由以上4部分組成的實驗方案交給老師審核，審核合格后方可進行實驗。注 ：上述泵的串、并聯(lián)運行試驗，可以進行多個流量下的串聯(lián)運行試驗和多個揚程下的并聯(lián)運行試驗，以觀察和驗證泵的串、并聯(lián)運行時的基本規(guī)律。六、注意事項1. 進行泵的性能實驗時，注意檢查各閥門的開啟、關(guān)閉情況后再進行泵的啟動。2. 進行泵的串聯(lián)實驗時，注意檢

19、查各閥門的開啟、關(guān)閉情況以及泵的開啟順序，再進行泵的啟動。3. 進行泵的并聯(lián)實驗時，注意各閥門的開啟、關(guān)閉情況，再進行泵的啟動。七、實驗前準備工作1. 注意實驗臺的保養(yǎng)和維護（1）量水箱應(yīng)保持清潔明亮。（2）差壓計，應(yīng)注意防塵，以免影響測量精度。不用時，應(yīng)蓋上塑料布或特制小蓋。（3）易銹零部件，應(yīng)注意防銹。2. 在接電運轉(zhuǎn)前，必須做好下列準備工作（1）仔細檢查各閥門、接頭和表頭等有無松動，如有松動，應(yīng)加以緊固；（2）用橡膠管將孔板的測壓口與壓差計相連接；（3）將測力矩力臂裝置調(diào)到平衡狀態(tài)；（4）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，即可接電試運轉(zhuǎn)。啟動水泵，觀察有無漏水現(xiàn)象，

20、如漏水，應(yīng)設(shè)法處理。（5）試驗臺應(yīng)很好的接地，以保安全！八、簡要操作說明1. 泵的性能實驗試驗前準備：將水箱注滿水，向計量水箱內(nèi)注水，打開排水閥（20）使水流入水罐（22），注水到水全部沒過水泵為止；打開閥門（11）和閥門（12）；關(guān)閉閥門（13）和閥門（14）。進行試驗：啟動泵一。泵運轉(zhuǎn)后，關(guān)閉閥門（11）和（12），此時，流量為0，處于為空載狀態(tài)。觀察泵一進水真空表（5）、出水壓力表（9）的讀數(shù)，并測出電機轉(zhuǎn)速n和測力矩力臂所受的平衡力（或所加的平衡砝碼）G；打開閥門（12）至全開，調(diào)節(jié)閥門（11）至一定開度，水泵開始給水，待穩(wěn)定運行后再測讀泵一進水真空表（5）、出水壓力表（9）的讀數(shù)，U型壓差計（16）的讀數(shù)，并測定電機的轉(zhuǎn)速n和平衡力G。逐漸開大閥門（11），改變泵的流量（一般58次），在每一流量下，測量并記錄上述實驗數(shù)據(jù)。2. 泵的串聯(lián)運行試驗在與單臺泵運行時的相同的流量下，進行兩臺泵串聯(lián)時揚程的測量。3. 泵的并聯(lián)運行試驗在與單臺泵運行時的相同的揚程下，測出兩臺泵并聯(lián)時流量的測量。九、實驗記錄和數(shù)據(jù)處理1