泵与风机实验指导书

《泵与风机实验》

实验指导书及实验报告

工程热物理教研室 泵与风机实验室

华北电力大学（北京）

二OO 八年五月

编

前 言

⒈ 实验总体目标

通过学生亲自实践《泵与风机》课程的三个实验，增强学生综合分析能力、实验动手能力、数据处理及查阅资料能力，培养学生的实践与创新能力。 ⒉ 适用专业

热能与动力工程专业、核能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业。 ⒊ 先修课程

泵与风机、热工测量、工程流体力学。 ⒋ 实验课时分配

⒌ 实验环境（对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求）

泵与风机实验对实验环境有如下要求： ① 和办公。

② ③ ④

风机实验室安排在窗户较多的屋子，做实验时室外最好风力不要太大。 离心泵实验室要求有自来水或离取水位置较近。 实验室内要求有黑板。

实验室最好安排在一层，要求实验室离教室和办公室有一定距离，以防止实验时的噪声影响正常的教学

⒍ 实验总体要求

对于泵与风机实验，有以下几点总体要求：

① 在做实验前，要求学生认真学习实验指导书，并复习所学《泵与风机》、《热工测量》、《工程流体力学》等课程的相关知识。

② 实验前，要求实验室向学生开放，以便学生了解实验设备和测量设备，以及对整个实验有感性认识。 ③ 对于验证性实验，要求学生在实验前就已很好地掌握了测量设备的工作原理、使用方法以及实验步骤。 ④ 对于综合性、设计性实验，应适当提前向学生布置任务。学生应根据实验任务，查阅资料，进行理论分析和研究，确定实验方案，或根据规定的实验方案，确定实验步骤。学生拟定的实验方案或实验步骤，应经过指导教师审查同意后方可进行实验。

实验后，要求学生按要求整理实验数据，撰写实验报告，并提出或回答相关问题。 ⒎ 本实验的重点、难点及教学方法建议

① ② ③

本实验的重点：是对教材所讲科学规律进行验证，掌握相关参数的测量方法。 本实验的难点：综合性设计性实验的实验方案确定、实验步骤的确定。

教学方法建议：采用多媒体手段对实验进行必要的讲解和布置实验任务；综合性设计性实验分组进行方

案论证；实验现场更多发挥学生的主动性，教师只做必要的辅导。

实验一 离心风机性能实验

一、实验目的

1．熟悉离心风机性能测定装置的结构与基本原理。 2．掌握利用实验装置测定风机主要工作参数的实验方法。

3．通过实验得出被测风机的气动性能曲线（全压-流量、轴功率-流量、效率-流量）。 二、实验类型

本实验为验证型实验。 三、实验装置

实验装置结构如图1所示（图中未标示出测压管位置）。

1-进口集流器 2-节流网 3-整流栅 4-风管 5-被测风机 6-电动机7-扭矩测量装置

图1 离心风机实验装置简图

根据国家关于GB1236《通风机空气动力性能实验方法》标准，设计并制造了本试验装置。本试验装置采用进气试验方法，风量采用锥形进口集流器方法测量。在距集流器始端D/2处及距风筒末端3D 处分别装设测压管接头。

试验风管主要由测试管路、节流网、整流栅等组成。空气流过风管时，利用集流器1可以获得进入风机的静压；整流栅3主要是使流入风机的气流均匀；节流网2起流量调节作用，在此节流网位置上加铜丝网或均匀地加一些小纸片可以改变进入风机的流量。扭矩测量装置7通过称重传感器检测、传输被测扭力、计算扭矩，进而计算出输入风机的轴功率。

本实验台配有一台自动数字巡检仪。所需测试的数据通过数据检测系统、由各自传感器（压力传感器、称重传感器、温度传感器）传送到数字巡检仪显示出来。 四、实验步骤

1、将压力计（倾斜管压力计）通过联通管与试验风管的测压力孔相连接，在连接前检查测压管路有无漏气现象，应保证无漏气。

2、电动机启动前，在测力矩力臂上配加砝码，使力臂保持水平。

3、装上被测风机，卸下叶轮后，启动测功电机，再加砝码ΔG ´使测力矩力臂保持水平，记下空载力矩（一般由指导教师事先做好）。

4．装上叶轮，接好进风口与试验风管，转动联轴节，检查叶轮是否与进风口有刮碰磨擦现象。

5、启动电机，运行10分钟后，在测力臂上加配砝码使力臂保持水平，待工况稳定后记下集流器压力ΔPn 、静压Pest 1、平衡重量G （全部砝码重量）和转速n 。

6、在节流网前加铜丝网或小圆纸片，使流量逐渐减小直到零，来改变风机的工况，一般取十个测量工况（包括全开和全闭工况），每一工况稳定后记下读数。

7、试验前后分别记录大气压力和温度。

五、实验原理（写出风机进出口截面能量方程式）

六、实验记录

1．风机铭牌参数及相关尺寸

2．实验数据

【注】① 2路静压——即进口风管压力；

② 3路静压——即集流器负压；

③ 阻力损失∆=0. 15P d 1d 1；锥形集流器P 七、实验结果及讨论

1、绘制性能曲线图

2、问题讨论

1）用进气装置测绘风机性能曲线的优缺点。 2）如何调节和控制风机流量。 3）绘制性能曲线应注意哪些问题。

=0. 96P stj

。

实验二 轴流风机性能实验

一、实验目的

1．熟悉轴流风机性能测定装置的结构与基本原理。 2．掌握利用实验装置测定风机主要工作参数的实验方法。

3．通过实验得出被测风机的气动性能曲线（全压-流量、轴功率-流量、效率-流量）。 二、实验类型

本实验为验证型实验。 三、实验装置

实验装置结构如图2所示。在整流栅10后装有毕托管及静压测点(图中未标示出测压管接头位置，具体可见实验台装置) 。本实验装置中，电动机6为双速(低速/高速) 电机；尚配有一台变频器。

1-支架 2-风量调节手轮 5-轴流式通风机 6-电动机 10-整流栅板

图2 轴流风机实验装置简图

轴功率测量采用扭矩测量装置（具体见实验台装置本体）。所产生的平衡扭力通过称重传感器感应、传送。本实验台配有一台自动数字巡检仪。所需测试数据是通过数据检测系统、由各自传感器（压力传感器、称重传感器、温度传感器）传送到数字巡检仪显示出来的。

〔注〕为节省时间，2、3、4三个步骤，由指导老师事前准备好。 四、实验步骤

1、按实验装置简图（见图2）接好各个实验设备和测试仪器。 2、将调节阀门调至全开状态，启动电机，记录各项实验数据。

3、逐渐关小阀门开度，每调节一次阀门称为一个工况，记录每个工况所有的实验数据，至少要做7～8个工况。 五、注意事项

轴流式风机的特点是风量越小，轴功率越大，所以本实验不做关闭阀门的工况点，更不要在关闭阀门时启动电机，以防电机过载而烧坏。

六、实验原理（写出风机进出口截面能量方程式）

七、实验记录

1．风机铭牌参数

2．相关参数及计算公式

3．实验数据记录及计算

注：①扭力：测扭矩用的平衡扭力，用于计算轴功率，由称重传感器传送、通过数字巡检仪显示。

②风机转数n （r/min）：被检测后通过数字巡检仪进行显示。 ③静压测点至风机进口处损失值△，按标准规定取∆=0. 15P d 。

4．绘制性能曲线图

实验三 离心泵综合实验

一、实验目的

通过实验，使学生掌握离心泵基本性能参数的测量方法，培养学生综合分析能力、实验动手能力、数据处理以及查阅资料的能力；着重培养独立解决实际问题的能力、创新能力和组织管理能力。 二、实验类型

本实验为综合型兼有设计型的特点。 三、实验装置

本实验台可以进行离心泵特性曲线测定实验、离心泵汽蚀实验和离心泵启停及串并联实验，是一个多功能的、综合性实验台，结构如图3所示。实验台主要由水泵一、水泵二、水箱、孔板流量计、计量水箱、真空压力表、压力表、管道及阀门等组成。泵一的驱动电机，其转子的轴固定在轴承上，而其定子是悬浮的。

1-平衡砝码 2-水泵（泵一） 3-水泵一电机 4-泵二进水真空表 5-泵一进水真空表 6-泵二电开关

7-泵一电开关 8-泵一转速显示表 9-泵一出水压力表 10-泵二出水压力表 11-泵一出水阀 12-泵二进水阀 13-泵二和泵一串联阀 14-泵二出水阀 15-孔板流量计 16-U 型管差压计 17-移动出水管 18-计量水箱 19-溢流阀 20-排水阀 21-排气阀 22-水罐 23-活动轮

24-水泵二电机 25-放水阀 26-水泵(泵二) 27-吸水管

图3 离心泵综合实验装置结构简图

四、实验原理和方法参考

1．H

-q V 曲线

根据实验内容要求，在相应位置建立能量方程。

利用阀门调节流量，测定H 、q V 的数值。q V 用水箱和秒表测定或读取差压计读数据计算而得；H 值可由下计算：

2

p 2-p 1υ2-υ12

H =∆Z ++

ρg 2g

式中：

p E ——压力表读数，MPa ，换算成水柱高，m ；

p S ——真空表读数，MPa ，换算成水柱高，m ； ∆Z ——压力表至真空表接出点之间的高度，m ；

υ1、υ2——泵进、出口流速，一般进口、出口管径相同，即d 2=d 1，则υ2=υ1，所以

2υ2-υ12

2g

=0。

，在H -q V 坐标系中得到相p E 和p S 值）

逐次改变阀门的开度，测得不同的q V 值和其相应得水头H 值（应的若干测点，将这些点光滑地连接起来，即得水泵的H

2．P -q V 曲线

-q V 曲线。

测定泵在不同流量q V 时的功率P ，绘制P -q V 曲线。求泵功率P 的公式为：

P =M ⋅ω=F ⋅L ⋅

2πn 2πn

=(G 1L 1+G 0L 0) 6060 （W ）

式中：M ——相应工况下的感应力矩，kg.m ；

ω——相应工况下的电机（泵）旋转角速度；

n ——相应工况下的电机（泵）旋转速度，r/min；

F ——相应工况下的力臂上的作用力，N ；

L ——力臂长度，m ；L 0——砝码力臂长度，m ；L 1——游砣力臂长度，m ； G 1——游砣重量，N ；

G 0——砝码重量，N 。

逐次改变阀门的开度，测得不同的q V 值和其相应泵实用功率P 值，在P -q V 坐标系中得到相应的若干测点，将这些点光滑地连接起来，即得水泵的P -q V 曲线。

3．η-q V 曲线 利用H 值：

-q V 和P -q V 曲线，任取一个q V 值可以得出相应的H 和P 值，由此可得该流量下的相应效率η

η=

ρgq V H

P

取若干个q V 值，并求得相应H 和P 值，即可算出其相应的η值，在η-q V 坐标系中可光滑地绘制出泵的

η-q V 效率曲线。

4．汽蚀实验

泵的实验标准（GB/T3216-89）中规定：临界汽蚀余量点的选取，通常按扬程（或效率）与无汽蚀的扬程（多级泵为第一级扬程）相比，当下降值达到(2+

k

) H %（k 为型式数）时的NPSH a 值作为泵的临界汽蚀余量2

NPSH c 值。实验时可以通过压力表读数变化情况来判断汽蚀是否发生，如压力表指针发生剧烈颤动或急剧下降

为止，即发生汽蚀。记录汽蚀时泵入口压力表读数，即可计算NPSH a 值：

2

p S υS p

NPSH a =+-V

ρg 2g ρg

式中：υS ——泵入口安装真空表处速度，m/s；

p V ——实验条件下的汽化压力，Pa 。

如此，取若干个q V 值，并求得相应p S 值，即可算出其相应的NPSH a 值，在NPSH c -q V 坐标系中光滑地绘制出泵的NPSH c -q V 曲线。

5．串联运行

串联泵所输送的流量均相等（忽略泄露流量），而串联后的总扬程为串联各泵所产生的扬程之和。即若有两台泵串联，则：

H 串=H 1+H 2

q V 串=q V 1=q V 2

式中：H 1、H 2——第一、二台泵的扬程，m ；

q V 1、q V 2——第一、二台泵的流量，m /s。

由此可见，泵串联后的性能曲线(H -q V ) 串的作法是：把串联各泵的性能曲线H -q V 上同一流量点的扬

3

程值相加。

6．并联运行

并联后的总流量应等于并联各泵流量之和，并联后的扬程与并联运行各泵的扬程相等。即若有两台泵并联，则：

H 并=H 1=H 2

q V 并=q V 1+q V 2

式中：H 1、H 2——第一、二台泵的扬程，m ；

q V 1、q V 2——第一、二台泵的流量，m 3/s。

由此可见，泵并联后的性能曲线(H 值相加。

五、实验内容和要求

1．泵的性能实验

-q V ) 并的作法是：把并联各泵的性能曲线H -q V 上同一扬程点的流量

泵一和泵二为相同的泵，要测定泵的H

-q V 、P -q V 、η-q V 曲线，要求学生：

（1）确定测量参数，查找资料掌握相关测量设备的工作原理，并会使用这些测量设备。 （2）确定实验路径并论证其完成实验目的的可行性。 （3）确定实验步骤及每步的具体操作。

（4）为了完成上述实验，实验前应做哪些准备工作？

（5）自己拟订实验过程应当记录的实验数据，并设计记录数据的表格。

实验前，将由以上5部分组成的实验方案交给老师审核，审核合格后方可进行实验。

2．水泵的汽蚀试验

汽蚀实验由于具有一定程度的破坏性，采取特殊的教学方式进行：学生按要求设计实验方案、教师审查并进行实验演示操作、学生整理分析数据并撰写实验报告。

汽蚀实验的目的在于确定泵在工作范围内临界汽蚀余量与流量的关系，对学生的要求是： （1）查阅资料，掌握汽蚀的基础理论，在此基础上确定该实验的测量参数，这些参数如何测出？ （2）确定实验路径并论证其完成实验目的的可行性。 （3）确定实验步骤及每步的具体操作。

（4）为了完成上述实验，实验前应做哪些准备工作？

（5）自己拟订实验过程应当记录的实验数据，并设计记录数据的表格。 实验前，将由以上5部分组成的实验方案交给老师审核。 3．两台泵的串联运行试验

两台泵串联实验的目的就是为了验证相同流量下串联总扬程等于单台泵扬程之和，对学生的要求是： （1）确定串联布置方案。 （2）确定测量参数。

（3）确定实验步骤及每步的具体操作。

（4）自己拟订实验过程应当记录的实验数据，并设计记录数据的表格。

实验前，将由以上4部分组成的实验方案交给老师审核，审核合格后方可进行实验。 4．两台泵的并联运行试验

两台泵并联实验的目的就是为了验证相同扬程下并联总流量等于单台泵流量之和，对学生的要求是： （1）确定并联布置方案。 （2）确定测量参数。

（3）确定实验步骤及每步的具体操作。

（4）自己拟订实验过程应当记录的实验数据，并设计记录数据的表格。

实验前，将由以上4部分组成的实验方案交给老师审核，审核合格后方可进行实验。

[注] ：上述泵的串、并联运行试验，可以进行多个流量下的串联运行试验和多个扬程下的并联运行试验，以观察和验证泵的串、并联运行时的基本规律。 六、注意事项

1. 进行泵的性能实验时，注意检查各阀门的开启、关闭情况后再进行泵的启动。

2. 进行泵的串联实验时，注意检查各阀门的开启、关闭情况以及泵的开启顺序，再进行泵的启动。 3. 进行泵的并联实验时，注意各阀门的开启、关闭情况，再进行泵的启动。

七、实验前准备工作

1.

注意实验台的保养和维护

（1）量水箱应保持清洁明亮。

（2）差压计，应注意防尘，以免影响测量精度。不用时，应盖上塑料布或特制小盖。 （3）易锈零部件，应注意防锈。 2.

在接电运转前，必须做好下列准备工作

（1）仔细检查各阀门、接头和表头等有无松动，如有松动，应加以紧固； （2）用橡胶管将孔板的测压口与压差计相连接； （3）将测力矩力臂装置调到平衡状态；

（4）将水箱注满水，并使泵内全部充满水。完成上述安装工作以后，即可接电试运转。启动水泵，观察有无漏水现象，如漏水，应设法处理。

（5）试验台应很好的接地，以保安全！ 八、简要操作说明

1.

泵的性能实验

试验前准备：

①将水箱注满水，向计量水箱内注水，打开排水阀（20）使水流入水罐（22），注水到水全部没过水泵为止； ②打开阀门（11）和阀门（12）； ③关闭阀门（13）和阀门（14）。

进行试验：

①启动泵一。泵运转后，关闭阀门（11）和（12），此时，流量为0，处于为空载状态。观察泵一进水真空表（5）、出水压力表（9）的读数，并测出电机转速n 和测力矩力臂所受的平衡力（或所加的平衡砝码）G ；

②打开阀门（12）至全开，调节阀门（11）至一定开度，水泵开始给水，待稳定运行后再测读泵一进水真空表（5）、出水压力表（9）的读数，U 型压差计（16）的读数，并测定电机的转速n 和平衡力G 。

③逐渐开大阀门（11），改变泵的流量（一般5~8次），在每一流量下，测量并记录上述实验数据。 2.

泵的串联运行试验

在与单台泵运行时的相同的流量下，进行两台泵串联时扬程的测量。 3.

泵的并联运行试验

在与单台泵运行时的相同的扬程下，测出两台泵并联时流量的测量。

九、实验记录和数据处理

1. 离心泵铭牌参数记录

2. 实验台及测量装置相关参数记录

3. 性能实验数据记录

注：泵的流量也可用计量水箱和秒表来测量。 4. 性能实验数据处理

5. 绘制性能实验曲线图

6. 串联实验数据记录

7. 串联实验数据处理

9. 并联实验数据记录

10. 并联实验数据处理

十、思考题

1．在泵的性能实验中，已知两泵型号、性能完全相同，如果每个直管段上都装有阀门，试问：选择不同的路径做实验，最后得到的结果一样吗？为什么？

2．在汽蚀性能实验中，如何使得泵入口的压强接近汽化压强？如果要求泵入口的压强更快地接近汽化压强，怎么办？

3．串联运行实验中，串联的两台泵连接的先后顺序有要求吗？在实际应用中，两泵串联后，对泵的安全经济运行有什么样的影响？

4．并联运行实验中，如果关小阀门（12），会对两台泵的安全经济运行有什么样的影响？

5．上面几个实验，相关的（即完成实验目的的实验管路上的）阀门开度对实验结果有影响吗？