專利名稱：自循環(huán)泵特性曲線實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)量測(cè)儀器，尤其涉及一種自循環(huán)臺(tái)式泵特性曲線實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
對(duì)應(yīng)某一額定轉(zhuǎn)速n，泵的實(shí)際揚(yáng)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(shí)驗(yàn)是機(jī)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(shí)驗(yàn)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(dòng)力電源；其二，設(shè)備龐大由此帶來(lái)的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，運(yùn)行成本也較高；其三，進(jìn)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(shí)用新型的目的是提供一種自循環(huán)泵特性實(shí)驗(yàn)儀。它具有供水箱、在供水箱設(shè)有透明進(jìn)水管，進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水閥和壓力真空表，進(jìn)水管另一端與實(shí)驗(yàn)泵進(jìn)口相接，實(shí)驗(yàn)泵與電動(dòng)機(jī)相接，電動(dòng)機(jī)與功率表相接，轉(zhuǎn)速表用于測(cè)定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)泵出口處設(shè)有壓力表，實(shí)驗(yàn)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(jì)，文透利流量計(jì)上設(shè)有測(cè)壓計(jì)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1)一改以往結(jié)構(gòu)龐大的作法，將其整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)縮小簡(jiǎn)化到一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上，并實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，無(wú)須專門實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地建設(shè)；2)采用220V二相市電，功率小，節(jié)約資源，且操作簡(jiǎn)便直觀，適合于現(xiàn)代教學(xué)要；3)采用進(jìn)水口調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)在常水頭下的進(jìn)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(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
自循環(huán)臺(tái)式泵特性曲線實(shí)驗(yàn)儀它具有供水箱1、在供水箱1設(shè)有透明進(jìn)水管2，進(jìn)水管2上設(shè)有進(jìn)水閥3和壓力真空表12，進(jìn)水管2另一端與實(shí)驗(yàn)泵4進(jìn)口相接，實(shí)驗(yàn)泵4與電動(dòng)機(jī)6相接，電動(dòng)機(jī)6與功率表8相接，轉(zhuǎn)速表7用于測(cè)定電動(dòng)機(jī)6轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)泵4出口處設(shè)有壓力表11，實(shí)驗(yàn)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(jì)13，文透利流量計(jì)13上設(shè)有測(cè)壓計(jì)14。本實(shí)用新型的工作過程是通電啟動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)泵運(yùn)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(jī)轉(zhuǎn)速有專門轉(zhuǎn)速表測(cè)得，電機(jī)功率由功率表測(cè)得，輸水管道內(nèi)設(shè)置文透利流量計(jì)可測(cè)得實(shí)驗(yàn)泵輸水流量。變換多個(gè)工況，測(cè)得泵的特性曲線。
本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)，泵的特性曲線可用下列三個(gè)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(shí)驗(yàn)測(cè)得，其測(cè)定方法如下1)流量Q(10-6m3/s)用文丘里流量計(jì)12、電測(cè)儀16測(cè)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(jì)的測(cè)壓管水頭差，由壓差電測(cè)儀16讀出(單位cm水柱)；Q——流量(10-6m3/s)2)實(shí)際揚(yáng)程H(m水柱)泵的實(shí)際揚(yáng)程系指水泵出口斷面與進(jìn)口斷面之間總能頭差，是在測(cè)得泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)，流速和測(cè)壓表表位差后，經(jīng)計(jì)算求得。由于本裝置內(nèi)各點(diǎn)流速較小，流速水頭可忽略不記，故有H＝102(hd-hs)(2)式中H——揚(yáng)程(m水柱)；hd——水泵出口壓強(qiáng)(MPa)；hs——水泵進(jìn)口壓強(qiáng)(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(shí)際功率瓦特?cái)?shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)；P——功率表讀數(shù)值(W)；η電——電動(dòng)機(jī)效率；a、b、c、d——電機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果按額定轉(zhuǎn)速的換算如果泵實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果按下面各式進(jìn)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(yàn)分析與討論1)對(duì)本試驗(yàn)裝置而言，泵的實(shí)際揚(yáng)程(總揚(yáng)程)即為進(jìn)出口壓強(qiáng)差。
實(shí)際揚(yáng)程H是指單位重量液體從泵進(jìn)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(jì)算公式是H=Pd-Psρg+υd2-υs22g+(Zd-Zs)----(10)]]>式中Pd、Ps——泵出口和進(jìn)口液體的相對(duì)壓強(qiáng)；vd、vs——泵出口和進(jìn)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(cè)進(jìn)口與出口處壓強(qiáng)的測(cè)壓表系任選基準(zhǔn)面的高程。
按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)壓表表值以“Pa”(帕)為壓強(qiáng)單位，式(2)中的hd、hs分別表示本實(shí)驗(yàn)用測(cè)壓表的讀值(MPa)，換算成米水柱為單位時(shí)，即有1MPa＝102mH2O由于本實(shí)驗(yàn)表位差為零，且vd＝vs，故得(2)式，即H＝102(hd-hs)(mH2O)根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，計(jì)算泵揚(yáng)程的進(jìn)、出口斷面應(yīng)指泵出口法蘭和泵入口法蘭處，同時(shí)又規(guī)定，實(shí)際測(cè)壓點(diǎn)的位置應(yīng)在離泵法蘭2D以外(D為泵進(jìn)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(cè)點(diǎn)至泵法蘭之間的水頭損失Hf。但若Hj＜0.002H(B級(jí)精度)或Hf＜0.005H(C級(jí)精度)時(shí)，則可不予修正。對(duì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)點(diǎn)至泵進(jìn)出口法蘭的流程之和l約為40cm，若以H＝13m的工況點(diǎn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)H按(2)式計(jì)算即可。
2)當(dāng)水泵入口處真空度達(dá)7～8mH2O左右時(shí)，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(qiáng)已接近或達(dá)到了水的飽和蒸汽壓強(qiáng)，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(shí)，即會(huì)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(shí)驗(yàn)hs＝-7.8m的測(cè)點(diǎn)情況看，它的試驗(yàn)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(yàn)泵已出現(xiàn)了“斷裂工況”，空化現(xiàn)象已十分嚴(yán)重，在本儀器的透明吸水管中可觀察到空化現(xiàn)象。
3)由實(shí)驗(yàn)知泵的出水流量越大，泵進(jìn)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(jìn)口處到水泵進(jìn)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(jìn)口處的真空度也越大。
4)本實(shí)驗(yàn)泵裝機(jī)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(dá)到7～8m，那么它的實(shí)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(yàn)結(jié)果看，該水泵hs達(dá)到7～8m時(shí)，已明顯發(fā)生空化現(xiàn)象，水泵已在非正常狀態(tài)下運(yùn)行，這種狀態(tài)下運(yùn)行，不僅效率很低，噪聲與振動(dòng)均很大，且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的結(jié)果勢(shì)必將造成葉輪等部位的空蝕破壞。因此本試驗(yàn)泵的裝機(jī)高程，最多只能6m左右。
權(quán)利要求1.一種自循環(huán)臺(tái)式泵特性曲線實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于它具有供水箱(1)、在供水箱(1)設(shè)有透明進(jìn)水管(2)，進(jìn)水管(2)上設(shè)有進(jìn)水閥(3)和壓力真空表(12)，進(jìn)水管(2)另一端與實(shí)驗(yàn)泵(4)進(jìn)口相接，實(shí)驗(yàn)泵(4)與電動(dòng)機(jī)(6)相接，電動(dòng)機(jī)(6)與功率表(8)相接，轉(zhuǎn)速表(7)用于測(cè)定電動(dòng)機(jī)(6)轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)泵(4)出口處設(shè)有壓力表(11)，實(shí)驗(yàn)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(jì)(13)，文透利流量計(jì)(13)上設(shè)有測(cè)壓計(jì)(14)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自循環(huán)臺(tái)式泵特性曲線實(shí)驗(yàn)儀，它具有供水箱、在供水箱設(shè)有透明進(jìn)水管，進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水閥和壓力真空表，進(jìn)水管另一端與實(shí)驗(yàn)泵進(jìn)口相接，實(shí)驗(yàn)泵與電動(dòng)機(jī)相接，電動(dòng)機(jī)與功率表相接，轉(zhuǎn)速表用于測(cè)定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)泵出口處設(shè)有壓力表，實(shí)驗(yàn)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(jì)，文透利流量計(jì)上設(shè)有測(cè)壓計(jì)。本實(shí)用新型一改以往結(jié)構(gòu)龐大的作法，將其整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)縮小簡(jiǎn)化；通過進(jìn)水閥對(duì)進(jìn)入進(jìn)水管的水體壓強(qiáng)控制，斷裂工況現(xiàn)象一目了然，采用了獨(dú)立自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，且只需220V市電支持，操作簡(jiǎn)便直觀，且適合于現(xiàn)代教學(xué)要求，同時(shí)也節(jié)省了專門實(shí)驗(yàn)布置場(chǎng)地。
文檔編號(hào)G01M10/00GK2733332SQ200420091080
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)