离心泵特性曲线测定实验原理及步骤

泵是输送液体的机械。工业上选用泵时，一般是根据生产工艺要求的扬程和流量，考虑所输送液体的性质和泵的结构特点及工作特性，来决定泵的类型和型号。对一定类型的泵来说，泵的特性主要是指泵在一定转速下，其扬程、功率和效率与流量的关系。

离心泵是工业上最常用的液体输送机械之一，其结构特点可参阅《化工原理（第三版）》“流体输送机械”一章。离心泵的特性通常与泵的结构（如叶轮直径的大小、叶片数目及弯曲程度）、泵的转速以及所输送液体的性质有关，影响因素很多。在理论上，为了导出扬程的计算公式，假定液体为理想流体（无黏性），叶片无限多。对于后弯叶片的泵，理论上导出的流量和扬程He之间的关系如图6-1中a线所示。实际上，任何液体都是有黏性的，且泵的叶片数也是有限的。因此，液体在通过泵的过程中会产生一定的机械能损失，使离心泵的实际扬程与理论扬程差别很大。

图6-1 离心泵的理论扬程与实际扬程

如图6-1所示，由于离心泵叶片数并非无限多，液体在泵内叶片间会产生涡流，导致机械能损失，此损失只与叶片数、液体黏度、叶片表面的粗糙度等因素有关，考虑这些因素后的扬程为图中的b线。实际流体从泵的入口到出口存在阻力损失，其大小约与流速的平方的大小成正比，亦即约与流量的平方成正比，考虑到这项损失后的扬程为图中的c线。此外，进入泵中的液体在突然离开叶轮周边冲入沿泵涡壳流动的液流中，会产生冲击，也造成机械能的部分损失，该部分损失在泵的设计点处达到最小（如图6-1中点P所示），泵的实际流量偏离设计点越大，冲击损失便越大。在考虑到这项损失后，离心泵的实际扬程应为图中的曲线d。

显然，以上讨论的机械能损失在理论上是难以计算的。因此，离心泵的特性只能采用实验的方法实际测定。

如果在泵的进口和出口管处分别安装上真空表和压力表，则可根据伯努利方程得到扬程的计算公式：

式中　h0——两测压点截面之间的垂直距离，m；

p1——真空表所处截面的绝对压力，MPa；

p2——压力表所处截面的绝对压力，MPa；

u1——泵进口管流速，m/s；

u2——泵出口管流速，m/s；

He——泵的实际扬程，m。

由于压力表和真空表的读数均是表示两测压点处的表压，因此，式（6-1）可表示为

其中

式（6-3）、式（6-4）中的p2和p1分别是压力表和真空表的显示值。

要注意的是，工业上使用的真空表有的是以mmHg为单位的，计算时要进行单位换算。(www.xing528.com)

离心泵的进、出口管直径一般是相同的，因此，扬程He的最终计算式为

He＝H压＋H真＋h0 　（6-5）

离心泵的效率为泵的有效功率与轴功率之比：

式中　η——离心泵的效率；

Pe——离心泵的有效功率，kW；

P轴——离心泵的轴功率，kW。

有效功率可用下式计算：

Pe＝HeqVρg[W] 　（6-7）

或

轴功率可用马达天平仪实际测定。

泵的轴功率是由泵配置的电机提供的，而输入电机的电能在转变成机械能时亦存在一定的损失，因此，工程上有意义的是测定离心泵的总效率（包括电机效率和传动效率）。

实验时，使泵在一定转速下运转，测出对应于不同流量的扬程、电机输入功率、效率等参数值，将所得数据整理后用曲线表示，即得到泵的特性曲线。

要知道，离心泵的特性与泵的转速有关，转速不同，泵的流量、扬程、功率、效率等也将不同，亦即离心泵的特性曲线要相应发生改变。工业上，广泛利用出口阀门调节离心泵的流量，实际上是利用阀门的开度改变系统的阻力，从而达到调节的目的。从能量利用的角度看，这种方法并不合理。随着变频调速技术的完善，通过改变泵的转速来达到调节流量的方法在工业领域被越来越多地采用，这在经济上更为合理。

应指出的是，根据上述实验原理测定的结果只是反映了离心泵本身在一定转速下的特性。在工业应用中，液体的输送实际是由离心泵和管路系统共同完成的，泵的实际流量和扬程不仅与离心泵的特性有关，还取决于管路系统的特性（阻力与流量之间的关系）。以上所论及的阀门调节，实际上是在离心泵特性曲线不变的情况下通过改变管路特性曲线来达到流量调节的目的；而通过改变泵的转速调节流量的办法，实际上是在管路特性曲线不变的情况下改变泵的特性曲线来实现流量的调节。因此，脱离开特定的管路条件讲离心泵的流量或扬程是没有意义的。通常，生产厂家给出的泵特性曲线是在进、出口管路直径与泵的进、出口直径相同的情况下测定的，离心泵铭牌上给出的参数值只是指泵在最高效率点的流量和扬程。