專利名稱：自循環(huán)泵特性曲線實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及實驗量測儀器，尤其涉及一種自循環(huán)臺式泵特性曲線實驗儀。
背景技術(shù)：
對應(yīng)某一額定轉(zhuǎn)速n，泵的實際揚程H，軸功率N，總效率η與泵的出水流量Q之間的關(guān)系以曲線表示，稱為泵的特性曲線，它能反映出泵的工作性能，可作為選擇泵的依據(jù)。
泵特性曲線實驗是機械流體力學(xué)重要教學(xué)內(nèi)容之一，然而傳統(tǒng)的泵特性曲線實驗儀存在著一定弊端其一，設(shè)備龐大，往往需要建設(shè)專門水池及三相動力電源；其二，設(shè)備龐大由此帶來的設(shè)備運行維護復(fù)雜，運行成本也較高；其三，進口水位調(diào)節(jié)困難，斷裂工況現(xiàn)象不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種自循環(huán)泵特性實驗儀。它具有供水箱、在供水箱設(shè)有透明進水管，進水管上設(shè)有進水閥和壓力真空表，進水管另一端與實驗泵進口相接，實驗泵與電動機相接，電動機與功率表相接，轉(zhuǎn)速表用于測定電動機轉(zhuǎn)速，實驗泵出口處設(shè)有壓力表，實驗泵出口與穩(wěn)水壓力罐相接，穩(wěn)水壓力罐出口設(shè)有輸水管道，輸水管道另一端與供水箱相接，輸水管道上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥、文透利流量計，文透利流量計上設(shè)有測壓計。
本實用新型的優(yōu)點1)一改以往結(jié)構(gòu)龐大的作法，將其整個實驗系統(tǒng)縮小簡化到一個實驗臺面上，并實現(xiàn)獨立自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，無須專門實驗場地建設(shè)；2)采用220V二相市電，功率小，節(jié)約資源，且操作簡便直觀，適合于現(xiàn)代教學(xué)要；3)采用進水口調(diào)壓，實現(xiàn)在常水頭下的進水口壓力控制，直至能明顯出現(xiàn)空化氣穴現(xiàn)象，斷裂工況現(xiàn)象明顯。


附圖是自循環(huán)泵特性實驗儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
自循環(huán)臺式泵特性曲線實驗儀它具有供水箱1、在供水箱1設(shè)有透明進水管2，進水管2上設(shè)有進水閥3和壓力真空表12，進水管2另一端與實驗泵4進口相接，實驗泵4與電動機6相接，電動機6與功率表8相接，轉(zhuǎn)速表7用于測定電動機6轉(zhuǎn)速，實驗泵4出口處設(shè)有壓力表11，實驗泵4出口與穩(wěn)水壓力罐5相接，穩(wěn)水壓力罐5出口設(shè)有輸水管道9，輸水管道9另一端與供水箱1相接，輸水管道9上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥10、文透利流量計13，文透利流量計13上設(shè)有測壓計14。本實用新型的工作過程是通電啟動電機，帶動實驗泵運轉(zhuǎn)，供水箱內(nèi)水體被抽入水泵內(nèi)，提壓后輸入穩(wěn)壓管內(nèi)，再經(jīng)輸水管道回到供水箱內(nèi)。電機轉(zhuǎn)速有專門轉(zhuǎn)速表測得，電機功率由功率表測得，輸水管道內(nèi)設(shè)置文透利流量計可測得實驗泵輸水流量。變換多個工況，測得泵的特性曲線。
本實用新型的實驗，泵的特性曲線可用下列三個函數(shù)關(guān)系表示H＝f1(Q)；N＝f2(Q)；η＝f3(Q)這些函數(shù)關(guān)系均可由實驗測得，其測定方法如下1)流量Q(10-6m3/s)用文丘里流量計12、電測儀16測量，并據(jù)下式確定Q值Q＝A(Δh)B(1)式中A、B——預(yù)先經(jīng)標(biāo)定得出的系數(shù)，隨儀器提供；Δh——文丘里流量計的測壓管水頭差，由壓差電測儀16讀出(單位cm水柱)；Q——流量(10-6m3/s)2)實際揚程H(m水柱)泵的實際揚程系指水泵出口斷面與進口斷面之間總能頭差，是在測得泵進、出口壓強，流速和測壓表表位差后，經(jīng)計算求得。由于本裝置內(nèi)各點流速較小，流速水頭可忽略不記，故有H＝102(hd-hs)(2)式中H——揚程(m水柱)；hd——水泵出口壓強(MPa)；hs——水泵進口壓強(MPa)，真空值用“-”表示。
3)軸功率(泵的輸入功率)N(W)N＝P0·η電(3)P0＝K·P (4)
式中K——功率表表頭值轉(zhuǎn)換成實際功率瓦特數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)；P——功率表讀數(shù)值(W)；η電——電動機效率；a、b、c、d——電機效率擬合公式系數(shù)，預(yù)先標(biāo)定提供。
4)總效率ηη=ρgHQN×100%----(6)]]>式中ρ——水的容重1000kg/m3；g——重力加速度(g＝9.8m/s2)。
5)實驗結(jié)果按額定轉(zhuǎn)速的換算如果泵實驗轉(zhuǎn)速n與額定轉(zhuǎn)速nsp不同，且轉(zhuǎn)速滿足|(n-nsp)/nsp×100％|＜20％，則應(yīng)將實驗結(jié)果按下面各式進行換算；Q0=Q(nspn)----(7)]]>H0=H(nspn)2----(8)]]>N0=N(nspn)3----(9)]]>η0＝η(10)式中帶下標(biāo)“0”的各參數(shù)都指額定轉(zhuǎn)速下的值。
試驗分析與討論1)對本試驗裝置而言，泵的實際揚程(總揚程)即為進出口壓強差。
實際揚程H是指單位重量液體從泵進口到泵出口所增加的能量，也就是重量為1N(牛頓)的液體通過泵后所獲得的能量總增量，并規(guī)定其單位用米水柱表示。H計算公式是H=Pd-Psρg+υd2-υs22g+(Zd-Zs)----(10)]]>式中Pd、Ps——泵出口和進口液體的相對壓強；vd、vs——泵出口和進口處液體的流速；因其數(shù)值較小，在本裝置中可忽略不記；Zd、Zs——檢測進口與出口處壓強的測壓表系任選基準(zhǔn)面的高程。
按國際標(biāo)準(zhǔn)，測壓表表值以“Pa”(帕)為壓強單位，式(2)中的hd、hs分別表示本實驗用測壓表的讀值(MPa)，換算成米水柱為單位時，即有1MPa＝102mH2O由于本實驗表位差為零，且vd＝vs，故得(2)式，即H＝102(hd-hs)(mH2O)根據(jù)實驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，計算泵揚程的進、出口斷面應(yīng)指泵出口法蘭和泵入口法蘭處，同時又規(guī)定，實際測壓點的位置應(yīng)在離泵法蘭2D以外(D為泵進口、出口管直徑)的平順段上，故由(2)式算得的H值應(yīng)加上測點至泵法蘭之間的水頭損失Hf。但若Hj＜0.002H(B級精度)或Hf＜0.005H(C級精度)時，則可不予修正。對本實驗系統(tǒng)，測點至泵進出口法蘭的流程之和l約為40cm，若以H＝13m的工況點為例，有v2/2g＝0.063m，取阻力系數(shù)λ＝0.02，則由式Hf=λldυ22g]]>可得Hf＝0.025m＜0.002H，故本實驗系統(tǒng)H按(2)式計算即可。
2)當(dāng)水泵入口處真空度達7～8mH2O左右時，泵的性能明顯惡化，試分析原因。
這種情況下，泵葉輪內(nèi)的最低壓強已接近或達到了水的飽和蒸汽壓強，即水泵開始出現(xiàn)氣化空穴現(xiàn)象，當(dāng)空化造成的汽穴空間較大而阻礙過流時，即會影響泵的外特性而出現(xiàn)“斷裂工況”，使性能迅速惡化。從本實驗hs＝-7.8m的測點情況看，它的試驗值均偏離特性曲線較多，泵的工作效率明顯下降，表明在該工況下，試驗泵已出現(xiàn)了“斷裂工況”，空化現(xiàn)象已十分嚴重，在本儀器的透明吸水管中可觀察到空化現(xiàn)象。
3)由實驗知泵的出水流量越大，泵進口處的真空度也越大。
原因有二。一是流速水頭增大了，壓能減小；二是由于流速水頭增大，泵吸水管進口處到水泵進口處之間的水頭損失也隨之增大，壓能即隨之減少。因而泵的出水流量越大，則泵進口處的真空度也越大。
4)本實驗泵裝機高程能否高于吸水井水面8m？為什么？若泵吸水管的垂直高度Zs達到7～8m，那么它的實際吸程hs為Hs=Zs+HW+υ22g]]>上式中的HW是吸水管的水頭損失，υ2/2g是吸水管的流速水頭。顯然，hs大于7～8m水柱。而根據(jù)試驗結(jié)果看，該水泵hs達到7～8m時，已明顯發(fā)生空化現(xiàn)象，水泵已在非正常狀態(tài)下運行，這種狀態(tài)下運行，不僅效率很低，噪聲與振動均很大，且長時間運行的結(jié)果勢必將造成葉輪等部位的空蝕破壞。因此本試驗泵的裝機高程，最多只能6m左右。
權(quán)利要求1.一種自循環(huán)臺式泵特性曲線實驗儀，其特征在于它具有供水箱(1)、在供水箱(1)設(shè)有透明進水管(2)，進水管(2)上設(shè)有進水閥(3)和壓力真空表(12)，進水管(2)另一端與實驗泵(4)進口相接，實驗泵(4)與電動機(6)相接，電動機(6)與功率表(8)相接，轉(zhuǎn)速表(7)用于測定電動機(6)轉(zhuǎn)速，實驗泵(4)出口處設(shè)有壓力表(11)，實驗泵(4)出口與穩(wěn)水壓力罐(5)相接，穩(wěn)水壓力罐(5)出口設(shè)有輸水管道(9)，輸水管道(9)另一端與供水箱(1)相接，輸水管道(9)上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥(10)、文透利流量計(13)，文透利流量計(13)上設(shè)有測壓計(14)。
專利摘要本實用新型公開了一種自循環(huán)臺式泵特性曲線實驗儀，它具有供水箱、在供水箱設(shè)有透明進水管，進水管上設(shè)有進水閥和壓力真空表，進水管另一端與實驗泵進口相接，實驗泵與電動機相接，電動機與功率表相接，轉(zhuǎn)速表用于測定電動機轉(zhuǎn)速，實驗泵出口處設(shè)有壓力表，實驗泵出口與穩(wěn)水壓力罐相接，穩(wěn)水壓力罐出口設(shè)有輸水管道，輸水管道另一端與供水箱相接，輸水管道上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥、文透利流量計，文透利流量計上設(shè)有測壓計。本實用新型一改以往結(jié)構(gòu)龐大的作法，將其整個實驗系統(tǒng)縮小簡化；通過進水閥對進入進水管的水體壓強控制，斷裂工況現(xiàn)象一目了然，采用了獨立自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，且只需220V市電支持，操作簡便直觀，且適合于現(xiàn)代教學(xué)要求，同時也節(jié)省了專門實驗布置場地。
文檔編號G01M10/00GK2733332SQ200420091080
公開日2005年10月12日 申請日期2004年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者毛根海, 陳少慶, 胡衛(wèi)紅, 章軍軍, 楊敏麗, 程偉平 申請人:浙江大學(xué)