【文章內(nèi)容簡介】 有對于一臺泵而言：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，即可求出泵相應(yīng)工況點的流量和揚程【16】。0HHQ圖32 離心泵虛揚程. 離心泵出水流量的改變 既然離心泵裝置的工況點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，其工況點就會發(fā)生轉(zhuǎn)移。這種暫時的平衡點，就會被另一種新的平衡點所代替。在定速運行的情況下，離心泵裝置工況點的改變，主要是管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生改變而引起的【】。在本實驗中，泵的工況點的改變引起了泵出流量的變化。由于泵本身的型號，泵運行的實際轉(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，泵的靜揚程會發(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，閥門開啟度小時，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，閥門開啟度增大時則反之。綜上所述，本實驗研究調(diào)量池水位變化和管路中閘閥調(diào)節(jié)兩個因素對泵出水的影響。. 實驗裝置與實驗器材. 實驗器材的選用（1） 本實驗中的調(diào)量池采用已制作好的水池，其外形尺寸為：長寬高：1250800600 mm，包括保護(hù)高度100mm；（2） 在實驗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，這樣流量才會穩(wěn)定，可以通過溢流管來實現(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，用兩個水龍頭進(jìn)水；（5）管徑的確定，本實驗進(jìn)出水管均采用PVC塑料管。 調(diào)量池有效容積為：1250800500=，水力停留時間取1h，則進(jìn)水流量為，調(diào)量池的斷面流速為實驗選用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，將水箱的兩個出水閥門全開，用量筒和秒表測得水箱的出水流量。測得的流量約為365mL/s。因為本實驗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)的過程，因此泵的流量應(yīng)該大于365mL/s。此外，因為在實驗中泵的出水閥門一般不是全開的，所以實驗所需泵的流量相對于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）額定揚程（m）最高揚程（m）額定流量（）最大流量（）90220502860612101（7）水泵工作揚程的測量 在實際應(yīng)用中,泵的工作揚程可由下式計算:其中分別表示承接點壓力表、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真空表與壓力表以測量泵的揚程,方法詳見具體實驗部分。（8）調(diào)量池水位的測量 原先計劃在調(diào)量池后利用三通接一根測壓管來測調(diào)量池水位,但一方面調(diào)量池到測壓管之間的水頭損失計算可能有較大誤差,另一方面在管路上接泵后,因為泵前會有一個真空度,會使測壓管的液位不穩(wěn)定,因此實際實驗中放棄了這一想法。為了完成對調(diào)量池液位的測量,我使用一個側(cè)壁透明的池子作為實驗用水池,這樣可以用鋼尺直接測量而同時避免因不能平視而造成較大誤差的問題。（9）泵出流量的測量 原先計劃用超聲波流量計來測量泵的出流量，但經(jīng)過實驗驗證,超聲波流量計在測量小管徑的流量時誤差很大,因此用秒表和量筒測定流量。. 實驗所需材料表 實驗所需材料如表22所示。表32 實驗材料表序號名稱型號數(shù)量單位1PVC管DN20若干m2透明玻璃管L=1500mm1根3直通DN203個4球閥DN204個590186。彎頭DN204個6直三通DN203個7壓力表 MPa1個8真空表1個9秒表1個10水泵1臺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. 實驗裝置的連接（1）實驗裝置連接示意圖如圖24所示；（2）高位水箱由水龍頭通過軟管供水，水箱有兩個出水孔，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 實驗所用泵的進(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壓管備用閥門，在實驗中不出水時關(guān)閉，出水時全開真空表壓力表圖33 實驗裝置連接示意圖. 實驗準(zhǔn)備實驗準(zhǔn)備即事先考慮到實驗過程中可能遇到的問題后制定的相應(yīng)的解決方案。（1）水箱進(jìn)水問題 高位水箱通過水龍頭經(jīng)軟管供水，若水箱高度過高，水龍頭水壓可能不足以將水送至水箱，此時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遠(yuǎn)的問題，此時可將兩條軟管用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大使得水箱出水流量過大；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；水龍頭水量不夠時可以用兩個水龍頭接進(jìn)水管給水箱供水。. 具體實驗部分. 初始進(jìn)水量下泵的工況點的測定. 泵QH曲線的測定（1） 按實驗裝置連接圖連接實驗管路；（2） 打開水箱出水閥門放水，其余閥門全開，待調(diào)量池達(dá)到一定的水位后開始測量；（3） 將泵的出水管閥門關(guān)閉，開泵，讀出此時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啟度，使用量筒和秒表測量泵的出水流量，測三次取平均值，注意測量每一組數(shù)據(jù)前，調(diào)節(jié)水箱出水管的開啟度使調(diào)量池的進(jìn)出水量達(dá)到平衡，水位保持不變，將測得的數(shù)據(jù)同樣記錄在表33中。表33 泵QH曲線實驗數(shù)據(jù)序號真空表讀數(shù)（MPa）壓力表讀數(shù)（MPa）HV（m）Hd（m）時間（s）量筒體積（mL）流量（mL/s）平均流量（m179。/h）揚程（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曲線對所得到的方程進(jìn)行修正，修正過程如下：可將此式寫為。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=，測壓管的液位=，以及高位水箱的進(jìn)水流量；（3）因為調(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)水流量時的管道系統(tǒng)特性曲線為：其曲線圖形如下：圖36 Q10=179。/h時的管道系統(tǒng)特性曲線初始進(jìn)水流量下泵工況點即為泵的QH曲線與初始流量為時管道系統(tǒng)特性曲線的交點。圖37 Q10=179。/h時的泵的工況點知道了初始平衡狀態(tài)下泵的工況點，接下來就可以根據(jù)工況點的變化來分析泵出流量的變化了。. 靜揚程的變化對泵出流量的影響（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啟度，并以此時刻為0時刻開始計時；（3） 記錄改變后的流量=,從時刻0開始，每隔3分鐘，30分鐘后每隔5分鐘測一次調(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間的關(guān)系曲線，分別見圖39與圖312。表34 調(diào)量池水位、泵出流量與時間的關(guān)系曲線時間（s)調(diào)量池水位（cm）調(diào)量池有效水位（cm）時間（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)量池水位與時間關(guān)系圖因池深所限，實驗不能繼續(xù)進(jìn)行下去直到進(jìn)出水量再次達(dá)到平衡,但本實驗的數(shù)學(xué)模型研究的是從一個平衡到新平衡的變化過程,因此盡管還未達(dá)到平衡,但現(xiàn)有數(shù)據(jù)可用來與數(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,不過雖然不明顯,上升的趨勢卻是逐漸減緩的,也就是說如果時間足夠長,池子的水位可能會達(dá)到平衡,這與數(shù)學(xué)模型的設(shè)想是一致的。下面我們將實測曲線與根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到的理論曲線相比較。由QH曲線:由時的Q∑h曲線:本實驗中即測壓管的液位值,在泵提升式調(diào)量池數(shù)學(xué)模型的建立過程中,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：若隨時間不斷變化，模型中就有三個變量,無法建立與的關(guān)系方程。（2） 可行性：由實驗數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型可知，在一定的時間內(nèi)，泵的出流量基本是不變的，由于QH曲線不變，則泵的揚程變化很小。同時在一個實驗中管道的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，因此出水管口的測壓管液位基本保持不變。 從實驗具體數(shù)據(jù)分析：初始流量下測得測壓管液位=,實驗結(jié)束時測得測壓管液位為=,而數(shù)學(xué)模型的計算中是以m為單位的，因此計算過程中與的差值可忽略不計，取==，則已知,剩下的值均可測得,其中由，將代入并化簡得：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曲線比較理論與實際的Ht曲線：圖311 數(shù)學(xué)模型理論Ht曲線與實測Ht曲線相比較從圖311可以看出，理論和實測曲線調(diào)量池的水位都呈直線上升的趨勢，二者初始水位相差約56cm，造成這種情況的可能原因有兩個：一是數(shù)學(xué)模型的計算誤差，比如泵的求得的QH曲線與實際曲線有差異，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會有一定的滯后，在滯后的時間里實際出流量小于理論出流量，使調(diào)量池實際水位小于理論水位。但因為數(shù)學(xué)模型的計算中中H是以m為單位的，因此計算過程中出現(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。 下面我們來看泵出流量與時間的關(guān)系：圖312 泵出流量與時間關(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，但增長的速度相當(dāng)緩慢，在很短的時間內(nèi)可以認(rèn)為泵的出流量不變。下面我們將實測曲線與根據(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曲線比較理論與實際的Qt曲線：因為使用量筒和秒表測量流量存在較大的誤差，所以實際測得的泵出流量曲線波動的十分厲害，不過只局限于一個很小的范圍內(nèi)，前后變化僅有不到12mL/s,因此可以認(rèn)為泵的出流量隨時間是非常緩慢的增長的，這與數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)的結(jié)果一致。而同一時刻理論與實測的泵出流量有一定的差值，原因可能有以下幾點：(1) 數(shù)學(xué)模型的計算中用到等數(shù)值是在泵工況點的測定實驗中得到的，本身就有一定的