实验一：离心泵及液位的仿真实验一、实验目的1.熟习离心泵的操作方法：2.掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解3.了解测定液位的一些常用方法，仿真系统测试离心泵性能曲线的原理；4.了解离心泵的一些常见故障及排除方法和技巧。二、工艺说明1.工作原理离心泵一般由电动机带动。启动前须在离心泵的壳体内充满被输送的液体。当电机通过联轴结带动叶轮高速旋转时，液体受到叶片的推力同时旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外沿，以高速流入泵壳，当液体到达蜗形通道后，由于截面积逐渐扩大，大部分动能变成静压能，于是液体以较高的压力送至所需的地方。当叶轮中心的流体被甩出后，泵壳吸入口形成了一定的真空，在压差的作用下，液体经吸入管吸入泵壳内，填补了被排出液体的位置。2.“气缚”现象离心泵若在启动前未充满液体，则离心泵壳内极易存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力就很小。此时在吸入口处形成的真空不足以将液体吸入离心泵内，因而不能输送液体，这种现象为“气缚”。所以离心泵在开动前必须首先将被输送的液体充满泵体，并进行高点排气。3.“汽蚀”现象通常，离心泵叶轮入口处是压力最低的部位，如果这个部位液体的压力等于或低于在该温度下液体的饱和蒸汽压力，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合物的汽泡。这些小汽泡随着液体流人高压区后，汽泡破裂重新凝结在凝结过程中，质点加速运动相互撞击，产生很高的局部压力。在压力很大、频率很高的连续打击下，离心泵泉体金属表面遂渐因疲劳而损坏，寿命大为缩循短。离心泵的安装位置不当、流量调节不当或入口管路阻力太大时都会造成“汽蚀”。4.离心泵的特性曲线离心泵的流量（F)、扬程(H)、功率（N)和效率（n）是其重要的性能参数。这些性能参数之间存在一定的关系，可以通过实验测定。通过实验测定所绘制的曲线，称为离心泵的特性曲线。常用的离心泵特性曲线有如下三种。①H-F曲线表示离心泵流量F和扬程H的关系。离心泵的扬程在较大流量范围内是随流量增大而减小。不同型号的离心泵，H一F曲线有所不同。相同型号的离心泵，特性曲线也不一定完全一样。②N-F曲线表示离心泵流量F和功率N的关系，N随F的增大而增大。显然，当流量为零时，离心泵消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减少电机启动电流，应将离心泵出口阀门关闭。③n-F曲线表示离心泵流量F和效率Ⅱ的关系。此曲线的最高点是离心泵的设计点，离心泵在该点对应的流量及压头下工作，其效率最高
实验一 离心泵及液位的仿真实验 一、 实验目的 1. 熟习离心泵的操作方法； 2. 掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解； 3. 了解测定液位的一些常用方法，仿真系统测试离心泵性能曲线的原理； 4. 了解离心泵的一些常见故障及排除方法和技巧。 二、 工艺说明 1.工作原理 离心泵一般由电动机带动。启动前须在离心泵的壳体内充满被输送的液体。当电机通 过联轴结带动叶轮高速旋转时，液体受到叶片的推力同时旋转，由于离心力的作用，液体 从叶轮中心被甩向叶轮外沿，以高速流入泵壳，当液体到达蜗形通道后，由于截面积逐渐 扩大，大部分动能变成静压能，于是液体以较高的压力送至所需的地方。当叶轮中心的流 体被甩出后，泵壳吸入口形成了一定的真空，在压差的作用下，液体经吸入管吸入泵壳内， 填补了被排出液体的位置。 2.“气缚”现象 离心泵若在启动前未充满液体，则离心泵壳内极易存在空气，由于空气密度很小，所 产生的离心力就很小。此时在吸入口处形成的真空不足以将液体吸入离心泵内，因而不能 输送液体，这种现象为“气缚”。所以离心泵在开动前必须首先将被输送的液体充满泵体， 并进行高点排气。 3.“汽蚀”现象 通常，离心泵叶轮入口处是压力最低的部位，如果这个部位液体的压力等于或低于在 该温度下液体的饱和蒸汽压力，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形 成许多蒸汽和气体混合物的汽泡。这些小汽泡随着液体流人高压区后，汽泡破裂重新凝结， 在凝结过程中，质点加速运动相互撞击，产生很高的局部压力。在压力很大、频率很高的 连续打击下，离心泵体金属表面逐渐因疲劳而损坏，寿命大为缩短。离心泵的安装位置不 当、流量调节不当或入口管路阻力太大时都会造成“汽蚀”。 4.离心泵的特性曲线 离心泵的流量(F)、扬程(H)、功率(N)和效率(η)是其重要的性能参数。这些性能参数 之间存在一定的关系，可以通过实验测定。通过实验测定所绘制的曲线，称为离心泵的特 性曲线。常用的离心泵特性曲线有如下三种。 ①H-F 曲线 表示离心泵流量 F 和扬程 H 的关系。离心泵的扬程在较大流量范围内是 随流量增大而减小。不同型号的离心泵，H－F 曲线有所不同。相同型号的离心泵，特性曲 线也不一定完全一样。 ②N-F 曲线 表示离心泵流量 F 和功率 N 的关系，N 随 F 的增大而增大。显然，当流 量为零时，离心泵消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减少电机启动电流，应将 离心泵出口阀门关闭。 ③η-F 曲线 表示离心泵流量 F 和效率η的关系。此曲线的最高点是离心泵的设计 点，离心泵在该点对应的流量及压头下工作，其效率最高
5.离心泵的操作要点离心泵的操作包括充液、启动、运转、调节及停车等过程。离心泵在启动前必须使泵内充满液体，通过高点排气保证泵体和吸入管内没有气体积存。启动时应先关闭出口阀门，防止电机超负荷。停泵时亦应先关闭出口阀门，以防出口管内的流体倒流使叶轮受损。长期停泵，应放出泵内的液体，以免锈蚀和冻裂。6.工艺流程说明如流程图1-1所示，离心泵系统由一个储水槽、一台主离心泵、一台备用离心泵、管线、调节器及阀门等组成。上游水源经管线由调节阀V1控制进入储水槽。上游水流量通过孔板流量计FI检测。水槽液由调节器LIC控制，LIC的输出信号连接至V1。离心泵的入口管线连接至水槽下部。管线上设有手操阀V2及旁路备用手操阀V2B、离心泵入口压力表PI1。离心泵设有高点排气阀V5、低点排液阀V7及高低点连通管线上的连通阀V6。主离心泵电机开关是PK1，备用离心泵电机开关是PK2。离心泵电机功率N、总扬程H及效率M分别有数字显示。离心泵出口管线设有出口压力表PI2、止逆阀、出口阀V3、出口流量检测仪表、出口流量调节器FIC及调节阀V4。Training Siulator of Punby Hu Chongguang10:43:44GALke0.000H:0.000H:0.0000.kgFIC5offUZEDs+UOFU1D.10PI2ooff0.000OLI8回F国HGSFK图1-1离心泵单元流程图画面图1-1离心泵电机上方的小流程图表示了主离心泵和备用离心泵的安装方式。为了节省画面，本仿真软件设定：当事故状态开启备用泵PK2时，相关的所有仪表阀门默认为属于备用泵。7.控制组画面控制组画面（详见图1-2)集中了离心泵系统相关的调节器、指示仪表、手操器及开关。可以在本画面中完成所有操作。图1-1及图1-2中的控制、指示仪表及阀门说明如下。(1)指示仪表PI1离心泵人口压力MPaPI2离心泵出口压力MPa
5.离心泵的操作要点 离心泵的操作包括充液、启动、运转、调节及停车等过程。离心泵在启动前必须使泵 内充满液体，通过高点排气保证泵体和吸入管内没有气体积存。启动时应先关闭出口阀门， 防止电机超负荷。停泵时亦应先关闭出口阀门，以防出口管内的流体倒流使叶轮受损。长 期停泵，应放出泵内的液体，以免锈蚀和冻裂。 6.工艺流程说明 如流程图 1-1 所示，离心泵系统由一个储水槽、一台主离心泵、一台备用离心泵、管 线、调节器及阀门等组成。上游水源经管线由调节阀 V1 控制进入储水槽。上游水流量通过 孔板流量计 FI 检测。水槽液由调节器 LIC 控制，LIC 的输出信号连接至 V1。离心泵的入 口管线连接至水槽下部。管线上设有手操阀 V2 及旁路备用手操阀 V2B、离心泵入口压力表 PI1。离心泵设有高点排气阀 V5、低点排液阀 V7 及高低点连通管线上的连通阀 V6。主离 心泵电机开关是 PK1，备用离心泵电机开关是 PK2。离心泵电机功率 N、总扬程 H 及效率 M 分别有数字显示。离心泵出口管线设有出口压力表 PI2、止逆阀、出口阀 V3、出口流量检 测仪表、出口流量调节器 FIC 及调节阀 V4。 图 1-1 离心泵单元流程图画面 图 1-1 离心泵电机上方的小流程图表示了主离心泵和备用离心泵的安装方式。为了节 省画面，本仿真软件设定：当事故状态开启备用泵 PK2 时，相关的所有仪表阀门默认为属 于备用泵。 7.控制组画面 控制组画面(详见图 1-2)集中了离心泵系统相关的调节器、指示仪表、手操器及开关。 可以在本画面中完成所有操作。图 1-l 及图 1-2 中的控制、指示仪表及阀门说明如下。 (1)指示仪表 PI1 离心泵人口压力 MPa PI2 离心泵出口压力 MPa
H离心泵扬程FI低位储水槽人口流量kg/smkwM%N离心泵电机功率离心泵效率(2)调节器及调节阀%FICLIC低位储水槽液位调节器离心泵出口流量调节器kg/hV4V1低位储水槽入口调节阀离心泵出口流量调节阀TrainingSi10181153201491300高心系特性曲线中###706融网41t口品回国FCGAECCCKDFFC图1-2控制组画面图1-3离心泵特性曲线画面(3)手操器V2离心泵人口阀V2B离心泵人口旁路备用阀V3离心泵出口阀(4)开关及快开阀门V6V5离心泵高点排气阀排气排液连通阀V7PK1离心泵排液阀离心泵电机开关PK2离心泵备用电机开关8.报警限说明(L)FIC离心泵出口流量低限报警80%(L)LIC低位储水槽液位低限报警<20%(L)PI1离心泵入口压力低限报警<0.1MPa三、离心泵冷态开车①检查各开关、手动阀门是否处于关闭状态。②将液位调节器LIC置手动，调节器输出为零。③将液位调节器FIC置手动，调节器输出为零。④进行离心泵充水和排气操作。开离心泵人口阀V2，开离心泵排气阀V5，直至排气口出现蓝色点，表示排气完成，关阀门V5。③为了防止离心泵开动后储水槽液位下降至零，手动操作LIC的输出使液位上升到50%时投自动。或先将LIC投自动，待离心泵启动后再将LIC给定值提升至50%。③在泵出口阀V3关闭的前提下，开离心泵电机开关PK1，低负荷起动电动机。?开离心泵出口阀V3，由于FIC的输出为零，离心泵输出流量为零
FI 低位储水槽人口流量 kg/s H 离心泵扬程 m N 离心泵电机功率 kW M 离心泵效率 ％ (2)调节器及调节阀 LIC 低位储水槽液位调节器 ％ FIC 离心泵出口流量调节器 kg/h V1 低位储水槽入口调节阀 V4 离心泵出口流量调节阀 图 1-2 控制组画面 图 1-3 离心泵特性曲线画面 (3)手操器 V2 离心泵人口阀 V2B 离心泵人口旁路备用阀 V3 离心泵出口阀 (4)开关及快开阀门 V5 离心泵高点排气阀 V6 排气排液连通阀 V7 离心泵排液阀 PK1 离心泵电机开关 PK2 离心泵备用电机开关 8.报警限说明 FIC 离心泵出口流量低限报警 80％ (H) LIC 低位储水槽液位低限报警 <20％ (L) PI1 离心泵入口压力低限报警 <0.1MPa (L) 三、离心泵冷态开车 ① 检查各开关、手动阀门是否处于关闭状态。 ② 将液位调节器 LIC 置手动，调节器输出为零。 ③ 将液位调节器 FIC 置手动，调节器输出为零。 ④ 进行离心泵充水和排气操作。开离心泵人口阀 V2，开离心泵排气阀 V5，直至排气 口出现蓝色点，表示排气完成，关阀门 V5。 ⑤ 为了防止离心泵开动后储水槽液位下降至零，手动操作 LIC 的输出使液位上升到 50％时投自动。或先将 LIC 投自动，待离心泵启动后再将 LIC 给定值提升至 50％。 ⑥ 在泵出口阀 V3 关闭的前提下，开离心泵电机开关 PK1，低负荷起动电动机。 ⑦ 开离心泵出口阀 V3，由于 FIC 的输出为零，离心泵输出流量为零
③手动调整FIC的输出，使流量逐渐上升至6kg/s且稳定不变时投自动。③当储水槽入口流量FI与离心泵出口流量FIC达到动态平衡时，离心泵开车达到正常工况。此时各检测点指示值如下：FICFI6.0kg/s6.0kg/sPI10.15MPaPI20.44MPaHLIC50.0%29.4mNM62.6%2.76kW四、离心泵停车操作①首先关闭离心泵出口阀V3。②将LIC置手动，将输出逐步降为零。③关PK1（停电机）。④关离心泵进口阅V2。③开离心泵低点排液阀V7及高点排气阀V5，直到蓝色点消失，说明泵体中的水排干。最后关V7。五、测取离心泵特性曲线①离心泵开车达到正常工况后，FIC处于自动状态。首先将FIC的给定值逐步提高到9kg/s。当储水槽入口流量FI与离心泵出口流量FIC达到动态平衡时，记录此时的流量(F)、扬程(H)、功率(N)和效率(M)。②然后按照每次1kg/s（或0.5kg/s）的流量降低FIC的给定值。每降低一次，等待系统动态平衡后记录一次数据，直到FIC的给定值降为零。③将记录的数据描绘出H-F、N-F和n-F三条曲线。完成后与“G2，画面（详见图1-3)的标准曲线对照，应当完全一致。六、事故设置及排除1.离心泵人口阀门堵塞（F2）事故现象离心泵输送流量降为零。离心泵功率降低。流量超下限报警。排除方法首先关闭出口阀V3，再开旁路备用阀V2B，最后开V3阀恢复正常运转。合格标准根据事故现象能迅速作出合理判断。能及时关泵并打开阀门V2B，没有出现储水槽液位超上限报警，并且操作步骤的顺序正确为合格。2.电机故障(F3)事故现象电机突然停转。离心泵流量、功率、扬程和出口压力均降为零。储水槽液位上升。排除方法立即启动备用泵。步骤是首先关闭离心泵出口阀V3，再开备用电机开关PK2，最后开泵出口阀V3。合格标准判断准确。开备用泵的操作步骤正确，没有出现储水槽液位超上限报警，为合格。3.离心泵“气缚”故障（F4)事故现象离心泵几乎送不出流量，检测数据波动，流量下限报警。排除方法及时关闭出口阀V3。关电机开关PK1。打开高点排气阀V5，直至蓝色点出现后，关阀门V5。然后按开车规程开车
⑧ 手动调整 FIC 的输出，使流量逐渐上升至 6 kg/s 且稳定不变时投自动。 ⑨ 当储水槽入口流量 FI 与离心泵出口流量 FIC 达到动态平衡时，离心泵开车达到正 常工况。此时各检测点指示值如下： FIC 6.0kg/s FI 6.0kg/s PI1 0.15MPa PI2 0.44MPa LIC 50.0％ H 29.4m M 62.6％ N 2.76kW 四、离心泵停车操作 ① 首先关闭离心泵出口阀 V3。 ② 将 LIC 置手动，将输出逐步降为零。 ③ 关 PK1(停电机)。 ④ 关离心泵进口阀 V2。 ⑤ 开离心泵低点排液阀 V7 及高点排气阀 V5，直到蓝色点消失，说明泵体中的水排 干。最后关 V7。 五、测取离心泵特性曲线 ① 离心泵开车达到正常工况后，FIC 处于自动状态。首先将 FIC 的给定值逐步提高到 9kg/s。当储水槽入口流量 FI 与离心泵出口流量 FIC 达到动态平衡时，记录此时的流量 (F)、扬程(H)、功率(N)和效率(M)。 ② 然后按照每次 1kg/s(或 0.5kg/s)的流量降低 FIC 的给定值。每降低一次，等待系 统动态平衡后记录一次数据，直到 FIC 的给定值降为零。 ③ 将记录的数据描绘出 H-F、N-F 和η-F 三条曲线。完成后与“G2'’画面(详见图 1- 3)的标准曲线对照，应当完全一致。 六、事故设置及排除 1.离心泵人口阀门堵塞 (F2) 事故现象 离心泵输送流量降为零。离心泵功率降低。流量超下限报警。 排除方法 首先关闭出口阀 V3，再开旁路备用阀 V2B，最后开 V3 阀恢复正常运转。 合格标准 根据事故现象能迅速作出合理判断。能及时关泵并打开阀门 V2B，没有出 现储水槽液位超上限报警，并且操作步骤的顺序正确为合格。 2.电机故障 (F3) 事故现象 电机突然停转。离心泵流量、功率、扬程和出口压力均降为零。储水槽液 位上升。 排除方法 立即启动备用泵。步骤是首先关闭离心泵出口阀 V3，再开备用电机开关 PK2，最后开泵出口阀 V3。 合格标准 判断准确。开备用泵的操作步骤正确，没有出现储水槽液位超上限报警， 为合格。 3.离心泵“气缚”故障 (F4) 事故现象 离心泵几乎送不出流量，检测数据波动，流量下限报警。 排除方法 及时关闭出口阀 V3。关电机开关 PK1。打开高点排气阀 V5，直至蓝色点出 现后，关阀门 V5。然后按开车规程开车
合格标准根据事故现象能迅速作出合理判断。能及时停泵，打开阀门V5排气，并使离心泵恢复正常运转为合格。4.离心泵叶轮松脱（F5)事故现象离心泵流量、扬程和出口压力降为零，功率下降，储水槽液位上升。排除方法与电机故障相同，启动备用泵。合格标准判断正确。合格标准与电机故障相同。5.FIC流量调节器故障（F6)）事故现象FIC输出值大范围波动，导致各检测量波动。排除方法迅速将FIC调节器切换为手动，通过手动调整使过程恢复正常。合格标准判断正确。手动调整平稳，并且较快达到正常工况。七、开车评分信息本软件设有三种开车评分信息画面。1.简要评分牌能随时按键盘的F1键调出。本评分牌显示当前的开车步骤成绩、开车安全成绩、正常工况质量（设计值）和开车总平均成绩。为了有充分的时间了解成绩评定结果，仿真程序处于冻结状态。按键盘的任意键返回。2.开车评分记录能随时按键盘的A1t+F键调出。本画面记录了开车步骤的分项得分、工况评分的细节、总报警次数及报警扣分信息。显示本画面时，软件处于冻结状态。技键盘的任意键返回。3.趋势画面本软件的趋势画面记录了重要变量的历史曲线，可以与评分记录画面配合对开车全过程进行评价。八、开车评分标准1.开车步骤评分要点11分①各阀门关闭，调节器LIC置手动11分②各阀门关闭，调节器FIC置手动35分③开入口阀V2，关出口阀V3，用V5完成高点排气15分④开泵电机开关PK1③当PK1开时刻，出口阀门V3处于关闭状态26分总计：98分2.正常工况质量评分要点24.5分①FIC投自动且达到稳定24.5分②LIC投自动且达到稳定③49.5<LIC<50.5%24.5分24.5分5.95<FIC<6.05kg/s总计：98分九、预习和复习思考题1.离心泵的主要构件有哪些?各起什么作用？2.离心泵的叶轮主要有几种?简述其优缺点和适用范围
合格标准 根据事故现象能迅速作出合理判断。能及时停泵，打开阀门 V5 排气，并 使离心泵恢复正常运转为合格。 4.离心泵叶轮松脱 (F5) 事故现象 离心泵流量、扬程和出口压力降为零，功率下降，储水槽液位上升。 排除方法 与电机故障相同，启动备用泵。 合格标准 判断正确。合格标准与电机故障相同。 5.FIC 流量调节器故障 (F6) 事故现象 FIC 输出值大范围波动，导致各检测量波动。 排除方法 迅速将 FIC 调节器切换为手动，通过手动调整使过程恢复正常。 合格标准 判断正确。手动调整平稳，并且较快达到正常工况。 七、开车评分信息 本软件设有三种开车评分信息画面。 1.简要评分牌 能随时按键盘的 F1 键调出。本评分牌显示当前的开车步骤成绩、开车安全成绩、正常 工况质量(设计值)和开车总平均成绩。为了有充分的时间了解成绩评定结果，仿真程序处 于冻结状态。按键盘的任意键返回。 2.开车评分记录 能随时按键盘的 Alt+F 键调出。本画面记录了开车步骤的分项得分、工况评分的细节、 总报警次数及报警扣分信息。显示本画面时，软件处于冻结状态。技键盘的任意键返回。 3.趋势画面 本软件的趋势画面记录了重要变量的历史曲线，可以与评分记录画面配合对开车全过 程进行评价。 八、开车评分标准 1.开车步骤评分要点 ①各阀门关闭，调节器 LIC 置手动 11 分 ②各阀门关闭，调节器 FIC 置手动 11 分 ③开入口阀 V2，关出口阀 V3，用 V5 完成高点排气 35 分 ④开泵电机开关 PK1 15 分 ⑤当 PK1 开时刻，出口阀门 V3 处于关闭状态 26 分 总计： 98 分 2.正常工况质量评分要点 ①FIC 投自动且达到稳定 24.5 分 ②LIC 投自动且达到稳定 24.5 分 ③49.5<LIC<50.5％ 24.5 分 ④5.95<FIC<6.05 kg/s 24.5 分 总计： 98 分 九、预习和复习思考题 1.离心泵的主要构件有哪些?各起什么作用? 2.离心泵的叶轮主要有几种?简述其优缺点和适用范围
3.解释什么是离心泵的流量、扬程、功率和效率。4.常用离心泵的特性曲线有几种?曲线有何特点？5.同一型号相同工厂制造的离心泵特性曲线完全一样吗？6.如何在仿真系统上测试离心泵特性曲线？7.离心泵的汽蚀现象是如何形成的?对离心泵有何损害?如何避免试分析离心泵形成汽蚀的条件。8.何为离心泵气缚现象?如何克服？9.为什么离心泵开车前必须充液、排气?否则会出现什么后果？10.为什么离心泵开动和停止时都要在出口阀关闭的条件下进行？11.离心泵运行时可能有哪些常见故障?如何排除？12.离心泵运行时出口压力下降，可能是什么原固？13.离心泵运行时进口真空度下降，可能是什么原因？14.离心泵运行时轴承温度过高（>75℃），可能是什么原因？15.离心泵的出口流量主要有几种控制方法？16.多级离心泵有何特点?适用于什么场合？
3.解释什么是离心泵的流量、扬程、功率和效率。 4.常用离心泵的特性曲线有几种?曲线有何特点? 5.同一型号相同工厂制造的离心泵特性曲线完全一样吗? 6.如何在仿真系统上测试离心泵特性曲线? 7.离心泵的汽蚀现象是如何形成的?对离心泵有何损害?如何避免?试分析离心泵形成汽蚀的条件。 8.何为离心泵气缚现象?如何克服? 9.为什么离心泵开车前必须充液、排气?否则会出现什么后果? 10.为什么离心泵开动和停止时都要在出口阀关闭的条件下进行? 11.离心泵运行时可能有哪些常见故障?如何排除? 12.离心泵运行时出口压力下降，可能是什么原固? 13.离心泵运行时进口真空度下降，可能是什么原因? 14.离心泵运行时轴承温度过高(>75℃)，可能是什么原因? 15.离心泵的出口流量主要有几种控制方法? 16.多级离心泵有何特点?适用于什么场合?