离心泵性能测试与控制综合实验.doc

离心泵性能测试与控制综合实验一、实验装置简介……………………………………………………………… 1二、离心泵恒转速性能测定实验……………………………………………… 3三、离心泵恒流量控制实验…………………………………………………… 6四、离心泵恒压力控制实验…………………………………………………… 101 .图中：11-1——转速显示；11-2——主水泵流量显示 Q；11-3——流量自动/手动控制按钮，弹起时为手动，按下后为自动；11-4——主水泵出口压力显示 P2；11-5——压力自动/手动控制按钮，弹起时为手动，按下后为自动；11-6——主水泵运行选择开关，向左为变频调速运转方式，向右为直接运转方式，中间为空档；11-7——压力调节旋钮（调节主水泵的转速） ；11-8——流量调节旋钮（调节电动调节阀的开度） ；11-9——主水泵开按钮； 11-10——主水泵关按钮；11-11——副水泵关按钮；11-12——副水泵开按钮;11-13——总控制开关，顺时针转为开，逆时针转为关过程设备与控制基本实验综合实验台示意图2 .实验一 离心泵性能测定实验一、实验目的1．测定离心泵在恒定转速下的性能，绘制出该泵在恒定转速下的扬程—流量（H-Q）曲线；轴功率—流量（N-Q）曲线和泵效率—流量（η-Q）曲线；2．熟悉离心泵的操作方法，了解压力、流量、转速和转矩的原理以及实验台的使用方法，进一步巩固离心泵的有关知识。

二、实验装置过程设备与控制基本实验综合实验台三、基本原理1．扬程 H 的测定根据柏努利方程，泵的扬程 H 可由下式计算：（1-1）guzgpbcbc2式中 ：H——泵的扬程，m 水柱；——真空表读数（为负值） ，Pa；bp——压力表读数，Pa；c——真空表测量点接头处管内水流速度，根据流量和接头处管内径确定，m/s； bu——压力表测量点接头处管内水流速度，根据流量和接头处管内径确定，m/s；c——压力表与真空表测量点之间的垂直距离，m；z——水的密度， =1000 ；3/mkg——重力加速度，9.81 g2s在本实验装置中， =0、真空表测量点接头处管内径 d =25mm、压力表测量点接头处管内zb径 d =25mm c2．功率测定（1）轴功率 N（电动机传到泵轴上的功率）3 .kW （1-2）954nMN式中： M——转矩，N·m;n——泵转速， r.p.m2）有效功率 Ne（单位时间内离心泵所做的有用功）kW （1-3）10gHQe式中 ：Q——流量， sm/33．效率 η（1-4）%10Ne四、实验步骤(一) 实验台阀门操作打开阀门 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F9、F10，关闭阀门 F8、F11；（二）控制台操作1. 向右扳动控制台面板上的总控开关 11-13，启动控制台；2. 流量自动/手动控制按钮 11-3 置于手动位置，顺时针旋转 11-7 旋钮，打开电动调节阀；3. 开启工控机，在桌面上打开“基本实验主程序” ，点击“实验选择”按钮， 选择“离心泵性能测定实验”菜单，点击“进入”按钮，进入“离心泵性能测定实验”画面，点击“清空数据库”按钮，清空数据库。

4. 向右扳动选择开关“11-6” ，将水泵运行设置成直接启动方式；5. 按下水泵启动按钮“11-9” 主水泵开始运转；6. 调节主水泵出口阀门 F7，改变流量 ，使流量从 0.64 到 0.05L/s,每间隔 0.05L/s 作为一Q个工况点，每个工况点确定后，单击“记录”按钮，记录一次数据7. 所有的工况点测试完毕后，点击“数据处理”按钮，进入“离心泵性能测定数据处理”画面8. 选择“离心泵性能测定实验”菜单，点击“进入”按钮，进入“离心泵性能实验”画面；点击“数据处理”按钮，输入班级、学号、姓名后，可自动生成离心泵性能曲线和实验数据表9. 点击“导出数据”按钮，可生成实验数据文本文件，输入文件名、文件类型，按“保存”按钮，保存数据文件10. 点击“打印”按钮，打印实验数据和离心泵性能曲线11. 点击“退出”按钮，退出实验程序五、要求1．写出实验报告2．进行比例换算，绘制泵在恒定转速下的 H-Q, N-Q,η-Q 曲线，并进行分析3．回答思考题4 .思考题1．泵的性能曲线有何作用？2．离心泵启动前为什么要引水灌泵？表 1-1 实验测量结果泵出口流量Q(L/s)泵进口压力Pb(MPa)泵出口压力Pc(MPa)泵转矩M(N·m)泵转速n(r.p.m)12345678表 1-2 实验计算结果流量 Q(L/s)扬程 H(m)轴功率 N(kW)有 效 功 率 e(kW)效 率 η（ %）12345678项目次数项目次数5 .实验二 离心泵恒流量控制实验一．实验目的1．测定离心泵恒流量控制系统在阶跃干扰作用下，离心泵出口流量的过渡过程，利用最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间等参数评价离心泵恒流量控制系统的控制质量。

2．掌握比例度 P、积分时间 I 参数在流量控制系统中的作用和对过渡过程品质指标的影响二、实验装置过程设备与控制基本实验综合实验台三、实验原理离心泵恒流量控制系统图如图 2-1 所示，控制系统方框图如图 2-2 所示图 2-1 离心泵恒流量控制系统图6 .图 2-2 离心泵恒流量控制系统方框图离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器 LT 将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器 LC，LC 将流量信号与流量给定值比较后，按 PI 调节规律输出 4—20mA 控制信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的控制参数如下：1. 被控变量 y：离心泵出口流量 Q2. 给定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值，在本实验中取 0.3 L/s3. 测量值 ym：由传感器检测到的被控变量的实际值，在本实验中为离心泵出口流量值Q4. 操纵变量：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制电动调节阀的输入信号范围：4—20mA；输出：阀门开度 0-16mm。

5. 干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值在本实验中可采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，模拟外界扰动给被控变量造成干扰6. 偏差信号 e 被控变量的实际值与给定值之差， e= ys-ymym --- 离心泵出口流量值 Q；ys ---离心泵出口流量设定值7. 控制信号 u 工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量离心泵恒流量控制系统采用比例积分控制规律(P1)对离心泵流量进行控制比例积分控制规律是比例与积分两种控制规律的组合， 理想的 PI 调节规律的数学表达式为：（2-1）01()[()()]tPItKetedtTPI 规律在生产中得到了广泛应用假定在时间 t=0 之前，系统稳定，且被调参数---离心泵的出口流量 Q 等于设定值若流量调节器 电动调节阀 离心泵循环过程涡轮流量传感器和变换器流量设定值偏差 e控制信号μ：4—20mA操纵变量：泵出口流量流量信号 Q被控变量：泵出口流量干扰变量：泵出口压力7 .在 t=0 时刻，外加压力阶跃干扰，离心泵出口流量随之变化，经过一段时间后，离心泵出口流量逐渐趋于稳定完成了一次过渡过程压力 P0 t0 时间 t图 7-4 阶跃干扰信号四、实验步骤（一）实验台阀门操作打开阀门 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F9、F10，关闭阀门 F8、F11；（二）控制台操作1．向右扳动控制台面板上的总控开关 11-13，启动控制台；2．流量自动/手动控制按钮 11-3 置于手动位置，顺时针旋转 11-7 旋钮，打开电动调节阀；3． 启动工控机，在桌面上打开“基本实验主程序” ，点击“实验选择”按钮， 选择“离心泵恒流量控制实验”菜单，点击“进入”按钮，进入“离心泵恒流量控制实验”画面，点击“清空数据库”按钮，清空数据库；4． 向左扳动选择开关“11-6” ，将水泵运行设置成变频启动方式；5． 点击实验画面上的“仪表设置”按钮，进入“控制参数设置”画面，设置流量表的控制参数：设定值 SV=0.3 L/s，比例带 P=70，积分常数 I=4；6． 按下水泵启动按钮“11-9” 启动变频器，顺时针旋转压力调节旋钮“11-7”使主水泵开始运转，至主水泵压力表“11-4”升至 0.3MPa 左右； 7．调节流量调节旋钮“11-8” ，使流量表“11-2 ”显示值为 0.3 L/s；8．按下流量自动/手动控制按钮 “11-3”， 等待流量值稳定在设定值附近；9．当流量稳定后，点击“清空数据库”按钮，再点击“开始记录”按钮，开始记录数据；10．调节压力调节旋钮使压力改变 0.05Mpa 左右，造成人为干扰，观察流量的过渡过程；11．待流量过渡过程结素后，点击“停止记录”按钮，再点击“数据处理”按钮，进入“离心泵恒流量控制实验”画面；12．点击“数据处理”按钮，从数据库读出实验数据，生成实验曲线；13．点击“导出数据”按钮，可生成实验数据文本文件，输入文件名、文件类型，按“保存”按钮，保存数据文件。

8 .14． 点击“打印”按钮，打印实验数据和实验曲线15． 重复第 5 步，改变控制参数 P、I 值，可得到不同的流量过渡过程16． 点击“退出”按钮，退出实验程序五、计算过渡过程质量指标1．最大偏差 A：被调参数的最大值 2．余差 ：当过渡过程终了时，被调参数所达到的新的稳态值与给定值之差)eys（2-2）3．衰减比 n：过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比 ：':B（2-3）一般 n 在 4～10 之间为宜4．振荡周期：过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好5．过渡时间 ts：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间六、要求1．写出实验报告2．回答思考题思考题1． 离心泵恒流量控制系统在压力阶跃干扰作用下，比例度 P 的大小对过渡过程会产生什么影响？2． 离心泵恒流量控制系统在阶跃压力干扰作用下，积分常数 I 的大小对过渡过程会产生什么影响？9 .实验三 离心泵恒压力控制实验一、实验目的1．测定离心泵恒压力控制系统在阶跃干扰作用下，离心泵出口压力的过渡过程，利用最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间等参数评价离心泵恒压力控制系统的控制质量。

2．掌握比例度 P、积分时间 I 参数在压力控制系统中的作用和对过渡过程品质指标的影响二、实验装置过程设备与控制基本实验综合实验台三、实验原理10 .离心泵恒压力控制系统图如图 3—1 所示图 3-1 离心泵恒压力控制系统图离心泵恒压力控制系统为单回路简单控制系统安装在离心泵出口管路上压力传感器PT 将离心泵出口压力转换成电压信号，经放大器放大后输出至工业调节器 PC，PC 将压力信号与压力给定值比较后，按 PI 调节规律输出 4—20mA 信号，驱动变频调速器控制电机的转速，达到恒定离心泵出口压力的目的离心泵恒压力控制系统方框图如图 3-2 所示 图 3-2 离心泵恒压力控制系统方框图控制参数如下：1. 被控变量 y：离心泵出口压力 P压力调节器 变频调速器 水泵循环过程压力传感器和放大器压力设定值 偏差 e控制信号μ：4—20mA操纵变量：离心泵转速压力信号 P被控变量：泵出口压力干扰变量：泵出口流量11 .2. 给定值(设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值，在本实验中取 0.4 M。