【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有對(duì)于一臺(tái)泵而言：因、均為已知值，故可以求出值，繼而求出值。則有即當(dāng)一定時(shí)，即可求出泵相應(yīng)工況點(diǎn)的流量和揚(yáng)程【16】。0HHQ圖32 離心泵虛揚(yáng)程. 離心泵出水流量的改變 既然離心泵裝置的工況點(diǎn)是建立于泵和管道系統(tǒng)能量供求平衡的關(guān)系上，那么，只要兩種情況之一發(fā)生改變時(shí)，其工況點(diǎn)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。這種暫時(shí)的平衡點(diǎn)，就會(huì)被另一種新的平衡點(diǎn)所代替。在定速運(yùn)行的情況下，離心泵裝置工況點(diǎn)的改變，主要是管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生改變而引起的【】。在本實(shí)驗(yàn)中，泵的工況點(diǎn)的改變引起了泵出流量的變化。由于泵本身的型號(hào)，泵運(yùn)行的實(shí)際轉(zhuǎn)速都是固定的，因此只可能是管道系統(tǒng)特性曲線的變化引起了工況點(diǎn)的改變。而管道系統(tǒng)特性曲線的變化主要是由調(diào)量池水位變化或者管路中閘閥調(diào)節(jié)引起的。調(diào)量池水位發(fā)生變化時(shí)，泵的靜揚(yáng)程會(huì)發(fā)生改變，從而引起管道系統(tǒng)特性曲線的改變；使用閘閥調(diào)節(jié)時(shí)，閥門開(kāi)啟度小時(shí)，管道局部阻力增加，S值增大，管道系統(tǒng)特性曲線變陡，泵裝置出水量減少，閥門開(kāi)啟度增大時(shí)則反之。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)研究調(diào)量池水位變化和管路中閘閥調(diào)節(jié)兩個(gè)因素對(duì)泵出水的影響。. 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)器材. 實(shí)驗(yàn)器材的選用（1） 本實(shí)驗(yàn)中的調(diào)量池采用已制作好的水池，其外形尺寸為：長(zhǎng)寬高：1250800600 mm，包括保護(hù)高度100mm；（2） 在實(shí)驗(yàn)前先檢查池子是否漏水，若有漏水現(xiàn)象發(fā)生，使用塑料焊條重新焊接；（3） 供水的高位水箱水位必須保持不變，這樣流量才會(huì)穩(wěn)定，可以通過(guò)溢流管來(lái)實(shí)現(xiàn)；(4) 高位水箱由水龍頭供水，當(dāng)水龍頭供水量小于水箱的出水量而使水箱水位不能保持時(shí)，用兩個(gè)水龍頭進(jìn)水；（5）管徑的確定，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)出水管均采用PVC塑料管。 調(diào)量池有效容積為：1250800500=，水力停留時(shí)間取1h，則進(jìn)水流量為，調(diào)量池的斷面流速為實(shí)驗(yàn)選用DN20,內(nèi)徑為16mm的PVC管，則管內(nèi)流速為因此采用DN20的PVC管是符合要求的。（6）泵的選用使水箱水位保持溢流管高度，將水箱的兩個(gè)出水閥門全開(kāi)，用量筒和秒表測(cè)得水箱的出水流量。測(cè)得的流量約為365mL/s。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的研究的是泵的出水量與調(diào)量池進(jìn)水量在后者突變后由初始平衡狀態(tài)逐漸達(dá)到新平衡狀態(tài)的過(guò)程，因此泵的流量應(yīng)該大于365mL/s。此外，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中泵的出水閥門一般不是全開(kāi)的，所以實(shí)驗(yàn)所需泵的流量相對(duì)于365mL/s的流量值還應(yīng)有較大的富余。綜上，其相關(guān)參數(shù)如表22所示：表31 功率（W）電壓（V）頻率（Hz）轉(zhuǎn)速（r/min）額定揚(yáng)程（m）最高揚(yáng)程（m）額定流量（）最大流量（）90220502860612101（7）水泵工作揚(yáng)程的測(cè)量 在實(shí)際應(yīng)用中,泵的工作揚(yáng)程可由下式計(jì)算:其中分別表示承接點(diǎn)壓力表、真空表的讀數(shù)換算的水頭。因此，在泵前與泵后分別安裝一個(gè)真空表與壓力表以測(cè)量泵的揚(yáng)程,方法詳見(jiàn)具體實(shí)驗(yàn)部分。（8）調(diào)量池水位的測(cè)量 原先計(jì)劃在調(diào)量池后利用三通接一根測(cè)壓管來(lái)測(cè)調(diào)量池水位,但一方面調(diào)量池到測(cè)壓管之間的水頭損失計(jì)算可能有較大誤差,另一方面在管路上接泵后,因?yàn)楸们皶?huì)有一個(gè)真空度,會(huì)使測(cè)壓管的液位不穩(wěn)定,因此實(shí)際實(shí)驗(yàn)中放棄了這一想法。為了完成對(duì)調(diào)量池液位的測(cè)量,我使用一個(gè)側(cè)壁透明的池子作為實(shí)驗(yàn)用水池,這樣可以用鋼尺直接測(cè)量而同時(shí)避免因不能平視而造成較大誤差的問(wèn)題。（9）泵出流量的測(cè)量 原先計(jì)劃用超聲波流量計(jì)來(lái)測(cè)量泵的出流量，但經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,超聲波流量計(jì)在測(cè)量小管徑的流量時(shí)誤差很大,因此用秒表和量筒測(cè)定流量。. 實(shí)驗(yàn)所需材料表 實(shí)驗(yàn)所需材料如表22所示。表32 實(shí)驗(yàn)材料表序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量單位1PVC管DN20若干m2透明玻璃管L=1500mm1根3直通DN203個(gè)4球閥DN204個(gè)590186。彎頭DN204個(gè)6直三通DN203個(gè)7壓力表 MPa1個(gè)8真空表1個(gè)9秒表1個(gè)10水泵1臺(tái)11軟管DN20若干m12防水膠帶2卷13PVC粘合膠水1瓶14量筒1000mL1個(gè). 實(shí)驗(yàn)裝置的連接（1）實(shí)驗(yàn)裝置連接示意圖如圖24所示；（2）高位水箱由水龍頭通過(guò)軟管供水，水箱有兩個(gè)出水孔，接兩條進(jìn)水管路，兩條管路上均裝有球閥，兩條水箱出水管與調(diào)量池進(jìn)水管由三通連接；（3）壓力表的安裝 在泵出水管的出水口接一個(gè)三通，將壓力表的底座纏上防水膠布插入三通中，保證管道密閉不漏水。（4）水泵的連接 實(shí)驗(yàn)所用泵的進(jìn)出口內(nèi)徑為15mm，不能直接接PVC管，因此先在泵的進(jìn)出口接頭上套上軟管，并用管箍固定，再在軟管上接PVC管。 高位水箱兩條平行管路，均配有普通閥門出水口接測(cè)壓管備用閥門，在實(shí)驗(yàn)中不出水時(shí)關(guān)閉，出水時(shí)全開(kāi)真空表壓力表圖33 實(shí)驗(yàn)裝置連接示意圖. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備即事先考慮到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題后制定的相應(yīng)的解決方案。（1）水箱進(jìn)水問(wèn)題 高位水箱通過(guò)水龍頭經(jīng)軟管供水，若水箱高度過(guò)高，水龍頭水壓可能不足以將水送至水箱，此時(shí)考慮用泵將水抽送上去。 另外，也可能存在水龍頭與水箱距離過(guò)遠(yuǎn)的問(wèn)題，此時(shí)可將兩條軟管用PVC管連接，并用鐵絲或管箍固定。（2）調(diào)量池進(jìn)水流量過(guò)大,水龍頭提供的水量不足以保持高位水箱液位不變 可能原因：短管自由出流的作用水頭過(guò)大使得水箱出水流量過(guò)大；也可能是水龍頭水流量不夠大。 解決方案：裁掉一部分溢流管，降低水箱水位；或者裁掉一部分水箱出水管段，減小水箱水面與調(diào)量池進(jìn)水管之間的高差；水龍頭水量不夠時(shí)可以用兩個(gè)水龍頭接進(jìn)水管給水箱供水。. 具體實(shí)驗(yàn)部分. 初始進(jìn)水量下泵的工況點(diǎn)的測(cè)定. 泵QH曲線的測(cè)定（1） 按實(shí)驗(yàn)裝置連接圖連接實(shí)驗(yàn)管路；（2） 打開(kāi)水箱出水閥門放水，其余閥門全開(kāi)，待調(diào)量池達(dá)到一定的水位后開(kāi)始測(cè)量；（3） 將泵的出水管閥門關(guān)閉，開(kāi)泵，讀出此時(shí)真空表與壓力表的讀數(shù)，數(shù)據(jù)記錄在表33中；（4） 逐漸加大泵出水管閥門的開(kāi)啟度，使用量筒和秒表測(cè)量泵的出水流量，測(cè)三次取平均值，注意測(cè)量每一組數(shù)據(jù)前，調(diào)節(jié)水箱出水管的開(kāi)啟度使調(diào)量池的進(jìn)出水量達(dá)到平衡，水位保持不變，將測(cè)得的數(shù)據(jù)同樣記錄在表33中。表33 泵QH曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)真空表讀數(shù)（MPa）壓力表讀數(shù)（MPa）HV（m）Hd（m）時(shí)間（s）量筒體積（mL）流量（mL/s）平均流量（m179。/h）揚(yáng)程（m）10002395375418372580078048758308705875835800690088088579259208908920855935989288590510870942935根據(jù)表33中的數(shù)據(jù)，擬合得到泵的QH曲線，如圖35所示。圖34 擬合得到的泵QH曲線對(duì)所得到的方程進(jìn)行修正，修正過(guò)程如下：可將此式寫(xiě)為。修正后的曲線如圖35所示：圖35 修正得到的泵QH曲線（1） 關(guān)閉水箱一條出水管的閥門,調(diào)節(jié)另一條水箱出水管的閥門以及泵的出水閥門,使調(diào)量池水位保持不變；（2）,則有效水位為=，測(cè)壓管的液位=，以及高位水箱的進(jìn)水流量；（3）因?yàn)檎{(diào)量池的液位保持不變，所以泵的出流量；（4）由，且，可求出此時(shí)的，進(jìn)而得到管道系統(tǒng)特性曲線；由得將代入修正的QH曲線方程中，則有則因此，調(diào)量池初始進(jìn)水流量時(shí)的管道系統(tǒng)特性曲線為：其曲線圖形如下：圖36 Q10=179。/h時(shí)的管道系統(tǒng)特性曲線初始進(jìn)水流量下泵工況點(diǎn)即為泵的QH曲線與初始流量為時(shí)管道系統(tǒng)特性曲線的交點(diǎn)。圖37 Q10=179。/h時(shí)的泵的工況點(diǎn)知道了初始平衡狀態(tài)下泵的工況點(diǎn)，接下來(lái)就可以根據(jù)工況點(diǎn)的變化來(lái)分析泵出流量的變化了。. 靜揚(yáng)程的變化對(duì)泵出流量的影響（1） ，閥門的位置、調(diào)量池水位以及進(jìn)水流量都是不變的。（2） 水箱一條出水管的閥門仍然是關(guān)閉的，瞬間增大另一條出水管上閥門的開(kāi)啟度，并以此時(shí)刻為0時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)；（3） 記錄改變后的流量=,從時(shí)刻0開(kāi)始，每隔3分鐘，30分鐘后每隔5分鐘測(cè)一次調(diào)量池的水位及泵的出流量，將數(shù)據(jù)記錄在表34中；（4） 由表34中的數(shù)據(jù)得到調(diào)量池水位以及泵出流量與時(shí)間的關(guān)系曲線，分別見(jiàn)圖39與圖312。表34 調(diào)量池水位、泵出流量與時(shí)間的關(guān)系曲線時(shí)間（s)調(diào)量池水位（cm）調(diào)量池有效水位（cm）時(shí)間（s）量筒體積（mL）泵出流量（mL/s）0 657 3 670 6 690 9 680 12 650 15 710 18 710 21 700 24 710 27 760 30 742 35 735 40 760 45 690 50 710 55 745 60 802 65 720 圖38 進(jìn)水曲線圖圖39 調(diào)量池水位與時(shí)間關(guān)系圖因池深所限，實(shí)驗(yàn)不能繼續(xù)進(jìn)行下去直到進(jìn)出水量再次達(dá)到平衡,但本實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型研究的是從一個(gè)平衡到新平衡的變化過(guò)程,因此盡管還未達(dá)到平衡,但現(xiàn)有數(shù)據(jù)可用來(lái)與數(shù)學(xué)模型相比較。從圖中可以看出,在進(jìn)水流量改變后,調(diào)量池的水位呈直線上升趨勢(shì),不過(guò)雖然不明顯,上升的趨勢(shì)卻是逐漸減緩的,也就是說(shuō)如果時(shí)間足夠長(zhǎng),池子的水位可能會(huì)達(dá)到平衡,這與數(shù)學(xué)模型的設(shè)想是一致的。下面我們將實(shí)測(cè)曲線與根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到的理論曲線相比較。由QH曲線:由時(shí)的Q∑h曲線:本實(shí)驗(yàn)中即測(cè)壓管的液位值,在泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型的建立過(guò)程中,若管道一定,被認(rèn)為是不變的。被認(rèn)為是不變的有其必要性和可行性：（1） 必要性：若隨時(shí)間不斷變化，模型中就有三個(gè)變量,無(wú)法建立與的關(guān)系方程。（2） 可行性：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型可知，在一定的時(shí)間內(nèi)，泵的出流量基本是不變的，由于QH曲線不變，則泵的揚(yáng)程變化很小。同時(shí)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中管道的S值也是一定的，那么泵后到出水管口處的水頭損失變化很小，因此出水管口的測(cè)壓管液位基本保持不變。 從實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)分析：初始流量下測(cè)得測(cè)壓管液位=,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)得測(cè)壓管液位為=,而數(shù)學(xué)模型的計(jì)算中是以m為單位的，因此計(jì)算過(guò)程中與的差值可忽略不計(jì)，取==，則已知,剩下的值均可測(cè)得,其中由，將代入并化簡(jiǎn)得：根據(jù)此式得到數(shù)學(xué)模型理論曲線，如圖310所示：圖310 數(shù)學(xué)模型理論Ht曲線比較理論與實(shí)際的Ht曲線：圖311 數(shù)學(xué)模型理論Ht曲線與實(shí)測(cè)Ht曲線相比較從圖311可以看出，理論和實(shí)測(cè)曲線調(diào)量池的水位都呈直線上升的趨勢(shì)，二者初始水位相差約56cm，造成這種情況的可能原因有兩個(gè)：一是數(shù)學(xué)模型的計(jì)算誤差，比如泵的求得的QH曲線與實(shí)際曲線有差異，使數(shù)學(xué)模型中的代入值有所偏差；二是水箱出水管使用的普通閥門在模擬流量階躍時(shí)會(huì)有一定的滯后，在滯后的時(shí)間里實(shí)際出流量小于理論出流量，使調(diào)量池實(shí)際水位小于理論水位。但因?yàn)閿?shù)學(xué)模型的計(jì)算中中H是以m為單位的，因此計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)這么小的誤差是可以忽略的，若以m為單位，則兩條曲線的誤差十分微小，因此推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型是可行的。 下面我們來(lái)看泵出流量與時(shí)間的關(guān)系：圖312 泵出流量與時(shí)間關(guān)系圖從圖中可以看出,在進(jìn)水流量改變后,泵的出流量比較穩(wěn)定，呈逐漸增大的趨勢(shì)，但增長(zhǎng)的速度相當(dāng)緩慢，在很短的時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為泵的出流量不變。下面我們將實(shí)測(cè)曲線與根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到的理論曲線相比較。由代入數(shù)據(jù)并化簡(jiǎn)得：根據(jù)此式得到數(shù)學(xué)模型理論曲線，如圖313所示：圖313 數(shù)學(xué)模型理論Qt曲線比較理論與實(shí)際的Qt曲線：因?yàn)槭褂昧客埠兔氡頊y(cè)量流量存在較大的誤差，所以實(shí)際測(cè)得的泵出流量曲線波動(dòng)的十分厲害，不過(guò)只局限于一個(gè)很小的范圍內(nèi)，前后變化僅有不到12mL/s,因此可以認(rèn)為泵的出流量隨時(shí)間是非常緩慢的增長(zhǎng)的，這與數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)的結(jié)果一致。而同一時(shí)刻理論與實(shí)測(cè)的泵出流量有一定的差值，原因可能有以下幾點(diǎn)：(1) 數(shù)學(xué)模型的計(jì)算中用到等數(shù)值是在泵工況點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中得到的，本身就有一定的