化工单元操作实训系列之
流体输送单元操作实训装置
实训操作指导书
杭州言实科技有限公司
2010.10
目 录
目 录 ......................................................... 2 一、前言 ......................................................... 3 二、实训目的 ..................................................... 4 三、实训原理 ..................................................... 4
（一）流体流动阻力特性测定 ....................................................................................................................... 4
（二）离心泵特性曲线测定实验 ................................................................................................................... 7 （三）流量计校核实验 ................................................................................................................................... 8
四、流体输送实训装置介绍 ........................................ 10
（一）装置介绍 ............................................................................................................................................. 10 （二）工艺流程 ............................................................................................................................................. 10 （三）流体输送对象配置单 ......................................................................................................................... 12 （四）装置仪表及控制系统一览表 ............................................................................................................. 13 （五）设备能耗一览表 ................................................................................................................................. 14
五、实训步骤 .................................................... 14
(一)
(二) (三)
开机准备 ............................................................................................................................................. 14 正常开机 ............................................................................................................................................. 15 正常关机 ............................................................................................................................................. 27
六、实验数据记录 ................................................ 28
一、前言
职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才，而实训设备是培养这种能力的关键环节。
传统的实验设备更多是验证实验原理，缺乏对学生实际动手能力的培养，更无法实现生产现场的模拟，故障的发现，分析，处理能力等综合素质的培养。
为了实现职业技术人才的培养，必须建立现代化的实训基地，具有现代工厂情景的实训设备。
本流体输送实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起，实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式，以典型的化工生产过程为载体，以液——液传质分离任务为导向，以岗位操作技能为目标，真正做到学中做、做中学，形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系，开发设计流体输送操作技能训练装置。
本流体输送实训装置具有以下特点：
课程体系模块化；实训内容任务化；技能操作岗位化；安全操作规范化；考核方案标准化；职业素养文明化。
二、实训目的
1) 了解流体输送各部件的作用、了解流体输送的结构和特点、了解流体输送的工作流程； 2) 了解流体输送中离心泵输送、螺杆泵输送、旋涡泵输送、正空输送及压力等输送方式的
特点及优缺点。
3) 掌握流体输送的基本操作、调节方法、了解影响流体输送的主要影响因素； 4) 掌握流体输送中常见异常现象及处理方法； 5) 掌握流体输送的操作；
6) 能正确使用设备、仪表，及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养； 7) 学会做好开车前的准备工作；
8) 正常开车，按要求操作调节到指定数值；
9) 能及时掌握设备的运行情况，随时发现、正确判断、及时处理各种异常现象，特殊情况
能进行紧急停车操作；
10) 能掌握现代信息技术管理能力，应用计算机对现场数据进行采集、监控； 11) 能完成流体流动阻力特性测定实验； 12) 能完成离心泵特性曲线测定实验； 13) 能完成离心泵汽蚀、气缚实验； 14) 能完成离心泵串、并联实验； 15) 能完成流量计校核实验；
16) 能完成螺杆泵输送、旋涡泵输送、真空输送及压力输送等实验； 17) 正确填写生产（实验）记录，及时分析各种数据； 18) 正常停车；
19) 了解掌握工业现场生产安全知识。
三、实训原理
（一）流体流动阻力特性测定
流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1、沿程阻力
流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即
h f =
p 1-p 2
ρ
=
∆p
ρ
影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有，(1)流体性质：密度ρ，粘度μ；
(2)管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε； (3)流动条件：流速μ。 可表示为：
∆p =f (d , l , μ, ρ, u , ε)
组合成如下的无因次式：
∆p ρu
2
=Φ(du ρl ε
μ, d , d ) ∆p
du ρεl u 2
ρ=ϕ(μ, d ) ∙d ∙2
令
λ=ϕ(
du ρ
∙ε
μd )
则
h ∆p
l u 2
f =ρ=λ
d 2
式中，
∆P ——压降 Pa
h f ——直管阻力损失 J/kg，
ρ——流体密度kg/m3
λ——直管摩擦系数，无因次 l ——直管长度 m
d ——直管内径 m
u ——流体流速，由实验测定 m/s
λ——称为直管摩擦系数。滞流(层流) 时，λ＝64／Re ；湍流时λ是雷诺准数Re
和相对粗糙度的函数，须由实验确定.
2．局部阻力
局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 1）当量长度法
流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时．可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为
∑le ，则流体在管路中流动时的总阻力损失∑h ∑h
f
f
为
=λ
l +∑le u 2
d
2
2）阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。
即
u 2
h f =ξ
2'
式中，ξ——局部阻力系数，无因次；
u ——在小截面管中流体的平均流速，m ／s 。
由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短．引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此hf 之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。
（二）离心泵特性曲线测定实验
离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量V 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H 的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程：
22u 2-u 1p 2-p 1
H =+Z 2-Z 1+
ρg 2g
式中：p 1,p 2——分别为泵进、出口的压强 N/m2 ρ——流体密度 kg/m3
u 1, u 2——分别为泵进、出口的流量m/s
g ——重力加速度 m/s2
当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：
' '
p 2-p 1H =
ρg
由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。
2．轴功率N 的测量与计算
N=0.7W
式中，N —泵的轴功率，W
W —电机功率，W, 由功率表读出。
3．效率η的计算
泵的效率η是泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。有效功率Ne 是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N 是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。
泵的有效功率Ne 可用下式计算：
Ne=HVρg
故
η=Ne/N=HVρg/N
4．转速改变时的换算
泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：
V '=V
n 'n
流量
n '
H '=H () 2
n 扬程
n '
N '=N () 3
n 轴功率
效率
η'=
V 'H 'ρg VH ρg ==ηN 'N
（三）流量计校核实验
流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量有如下关系：
采用正U 形管压差计测量压差时，流量Vs 与压差计读书R 之间关系有： 2 gR ρ A - ρ (1)
V s =CA 0
ρ
式中： V s 被测流体（水）的体积流量，m 3/s； C 流量系数（或称孔流系数），无因次； A 0 流量计最小开孔截面积，m 2，A 0=(π/4)d02； P 上－P 下 流量计上、下游两取压口之间的压差，P a ；
V s =CA 0
2P 上－P 下ρ
ρ 水的密度，Kg/m3；
ρA U 形管压差计内指示液的密度，Kg/m3；
R U 形管压差计读数，m ；
式3-1也可以写成如下形式：
V s
C =
2gR (A -ρ) (1a)
A 0
ρ若采用倒置U 形管测量压差：P 上－P 下＝gR ρ
则流量系数C 与流量的关系为：
V s
= (2) C
A 02gR
用体积法测量流体的流量V s ，可由下式计算：
V (3) V s = ⨯∆t 10
V =∆h ⨯A
(4)
式中：V s 水的体积流量，m 3/s； △t 计量桶接受水所用的时间，s ；
A 计量桶计量系数；
△h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm ，△h=h2-h 1； V 在△t 时间内计量桶接受的水量，L 。
改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R 和流量V s 绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a ）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C —雷诺数Re 的关系曲线。
du ρ (5) Re =
μ
式中：d —实验管直径，m ； u —水在管中的流速，m/s。
四、流体输送实训装置介绍
（一）装置介绍
实验装置分为流体输送对象，控制柜，上位机，数据监控采集软件，数据处理软件几部分。
流体输送对象包括离心泵、原料罐、真空机组、电动调节阀、空压机、涡轮流量计、玻璃转子流量计、压力传感器、霍尔开关、螺杆泵、旋涡泵、离心泵、压力表、差压变送器、现场仪表。
（二）工艺流程
工艺流程图如图所示：
图1 流体输送单元操作实训流程图
（三）流体输送对象配置单
（四）装置仪表及控制系统一览表
（五）设备能耗一览表
五、实训步骤
(一) 开机准备
1) 检查公用工程水电是否处于正常供应状态（水压、水位是否正常、电压、指示灯是否正
常）；
2) 检查清水罐及浓浆罐水位是否够达到3/2的位置； 3) 检查总电源的电压情况是否良好。
(二) 正常开机
1、开启电源
1）在仪表操作盘台上，开启总电源开关，此时总电源指示灯亮； 2）开启仪表电源开关，此时仪表电源指示灯亮，且仪表上电。
2、开启计算机启动监控软件
1）打开计算机电源开关，启动计算机；
2）在桌面上点击“流体输送实训软件”，进入MCGS 组态环境，如图2所示：
图2 MCGS组态软件组态环境
3）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图3所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图4界面，进入实训软件界面，如图7所示，监控软件就启动起来了。
图3 监控软件登陆界面
图4 流体输送单元操作实训软件界面
4）图4中，PV 表示实际测量值、SV 表示设定值、OP ；“控制设置”将打开控制界面，如图5所示，可对控制的PID 参数进行设置，一般不设置。
图5 离心泵流量控制窗口
3、1#离心泵流量控制实验
1）检查各阀门的开关状态，并打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源； 3）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
4）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，如8m 3/h，调节阀会自动调节到设定的流量，若离心泵流量调节不稳，则按“参数整定”按钮，对控制的“P ”、“I ”、“D ”参数进行设置，让控制更快更好；本实验中的P 、I 、D 参数一般设定为100、20、1。
5）改变一个流量设定值6m /h，看看控制效果；
3
图6 1#离心泵流量控制结构图
4、高位液位罐液位控制实验
1）检查各阀门的开关状态，并打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA108、VA103、VA109、
VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源； 3）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
4）在仪表台上设定“高位罐液位手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的液位，如30cm ，调节阀会自动调节到设定的液位，若离心泵液位调节不稳，则按“参数整定”按钮，对控制的“P ”、“I ”、“D ”参数进行设置，让控制更快更好；本实验中的P 、I 、D 参数一般设定为200、20、1。
5）改变一个流量设定值50cm ，看看控制效果；
图7 高位罐液位控制结构图
5、旋涡泵流量控制实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA401、VA403, 关闭阀VA303、VA402； 2）在仪表台上按下“旋涡泵电源启动按钮”，启动旋涡泵电源；
3）在仪表台上设定“旋涡泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，如1m 3/h，
调节阀会自动调节到设定的流量，若旋涡泵流量调节不稳，则按“参数整定”按钮，对控制的“P ”、“I ”、“D ”参数进行设置，让控制更快更好；本实验中的P 、I 、D 参数一般设定为100、6、1。
4）改变一个流量设定值2m 3/h，看看控制效果；
6、离心泵特性控制实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源；
3）在桌面上点击“流体输送实训软件之离心泵特性测定实验软件”，进入MCGS 组态环境，如图8所示：
图8 MCGS组态软件组态环境
4）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图9所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图10界面，进入实训软件界面，监控软件就启动起来了。
图9 监控软件登陆界面 图10 离心泵特性曲线测定软件界面 5）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
6）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定10m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的流量、真空度、出口压力、流体温度、转速、功率等； 7）改变一组流量7m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的各参数；
8）重复“7）”步骤，每隔2个流量改变一组流量，采集离心泵的参数，直到0流量时，采集最后一组参数。此时，数据采集完成；
9）在桌面上打开“离心泵性能曲线测定实验”进入如下画面：
10）左键单击“确定”，进入如下画面
11）填写学院、系别、学号、班级、姓名，左键单击“确定”，进入下列画面
12）此时是自动采集数据，单击打开图标“
”，打开刚做的实验进入下列画面：
13）左键单击图标“
”，实验计算结果如下图：
14）如果需打印实验数据，单击“文件”，单击“打印实验原始数据”和“打印实验结果”。 15）左键单击图标“
”，离心泵特性曲线如下图：
16）需打印离心泵特性曲线图形，单击“文件”，单击“打印图形”。 17）如果是手动输入数据，单击图标“
”，进入下列画面
13）输入实验装置号、实验温度、测功率方式、实验次数，如下图
14）输入测量的数据，左键单击“确定”，进入如下图：
其他操作与自动采集数据一致。
7、流体流动阻力曲线测定实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113、VA119； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源；
3）在桌面上点击“流体输送实训软件之流体流动阻力测定实验软件”，进入MCGS 组态环境，如下图所示：
4）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入实训软件界面，监控软件就启动起来了。
监控软件登陆界面 流体流动阻力测定软件界面 5）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
6）做光滑管阻力实验：打开如下图中的C1、C2阀门，并对压差变送器进行排气，排完气关好排气阀门；
阻力测量切换阀门组
（图中，阀门顺序由上到下分别为弯头阻力、光滑管阻力、粗糙管阻力、阀门阻力）
6）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定6m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的光滑管压差及流体水温等；
7）改变一组流量1~6m3/h之间，间隔流量1改变一个流量，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的光滑管阻力各参数； 8）采集完光滑管实验数据，关闭阀门VA118、打开VA119, 做粗糙管实验；
9）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定6m 3/h，打开阀B1、B2，打开压差变送器排气阀门，进行排气，排完气后关闭排气阀门，开始实验；
10）在1~6 m3/h之间每隔流量1调节一个流量，待数据稳定后，按下“数据采集”按钮采集该流量下的粗糙管压差等参数；直到流量为1时，完成实验；
11）同理，打开阀D1、D2做阀门局部阻力实验；打开阀A1、A2做弯头局部阻力实验； 12）实验完成，在桌面上打开“流体流动阻力曲线测定实验”，进入数据处理软件，对实验数据进行处理。
8、孔板流量计校核实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源；
3）在桌面上点击“流体输送实训软件之流量计校核实验软件”，进入MCGS 组态环境，如图8所示：
MCGS 组态软件组态环境
4）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图9所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图10界面，进入实训软件界面，监控软件就启动起来了。
监控软件登陆界面 流量计校核软件界面 5）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
6）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定8m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的流量、孔板压差、流体温度；
7）改变一组流量6m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的各参数；
8）4~8 m3/h之间测3到4组数据，然后打开数据处理软件，对实验数据进行处理。
9、螺杆泵输送实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA302、VA305、VA307, 关闭阀VA303； 2）在仪表台上按下“螺杆泵电源启动按钮”，启动螺杆泵； 3）通过阀VA304调节螺杆泵流量，练习调节流量；
10、真空泵输送实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA601、VA603、VA605, 关闭阀VA602、VA604、VA606、VA607；
2）在仪表台上按下“真空泵电源启动按钮”，启动真空泵； 3）往真空罐里抽真空，随着真空度的增大，液体流量也变大；
11、压力输送实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA601、VA604, 关闭阀VA602、VA102、VA104、VA105、VA108、VA112、VA109、VA123、VA308、VA403、VA205、VA111、VA201、VA607、VA603； 2）在仪表台上按下“空压机电源启动按钮”，启动空压机；
3）往清水罐里加压，随着压力的增大，打开阀VA603, 随着压力变化，液体流量也变化； 注意：做该实验时，需先关闭所有阀门，让空压机的压力进入清水罐一段时间后，压力罐内压力达到0.4MPa 时，才开启阀VA603做压力实验。
(三) 正常关机
1、停止离心泵：
1）在仪表操作台上按下“离心泵电源”停止按钮，停止离心泵运行；
2、停止旋涡泵
1）在仪表操作台上按下“旋涡泵电源”停止按钮，停止旋涡泵运行；
3、停止螺杆泵
1）在仪表操作台上按下“螺杆泵电源”停止按钮，停止螺杆泵运行；
4、停止真空泵
1）在仪表操作台上按下“真空泵电源”停止按钮，停止真空泵运行；
5、停止空压机
1）在仪表操作台上按下“空压机电源”停止按钮，停止空压机运行；
6、停止电动调节阀
1）在仪表操作台上关闭“电动调节阀电源”开关，停止电动调节阀电源；
7、仪表电源关闭：
1）关闭仪表电源开关。
8、控制柜总电源关闭：
1）关闭总电源空气开关，关闭整个设备电源。
六、实验数据记录
1、离心泵实验数据记录
班级 姓名 学号 装置号
2、流体流动阻力测定实验数据记录
班级 姓名 学号 装置号
3、流量计校核实验数据记录
班级 姓名 学号 装置号
化工单元操作实训系列之
流体输送单元操作实训装置
实训操作指导书
杭州言实科技有限公司
2010.10
目 录
目 录 ......................................................... 2 一、前言 ......................................................... 3 二、实训目的 ..................................................... 4 三、实训原理 ..................................................... 4
（一）流体流动阻力特性测定 ....................................................................................................................... 4
（二）离心泵特性曲线测定实验 ................................................................................................................... 7 （三）流量计校核实验 ................................................................................................................................... 8
四、流体输送实训装置介绍 ........................................ 10
（一）装置介绍 ............................................................................................................................................. 10 （二）工艺流程 ............................................................................................................................................. 10 （三）流体输送对象配置单 ......................................................................................................................... 12 （四）装置仪表及控制系统一览表 ............................................................................................................. 13 （五）设备能耗一览表 ................................................................................................................................. 14
五、实训步骤 .................................................... 14
(一)
(二) (三)
开机准备 ............................................................................................................................................. 14 正常开机 ............................................................................................................................................. 15 正常关机 ............................................................................................................................................. 27
六、实验数据记录 ................................................ 28
一、前言
职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才，而实训设备是培养这种能力的关键环节。
传统的实验设备更多是验证实验原理，缺乏对学生实际动手能力的培养，更无法实现生产现场的模拟，故障的发现，分析，处理能力等综合素质的培养。
为了实现职业技术人才的培养，必须建立现代化的实训基地，具有现代工厂情景的实训设备。
本流体输送实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起，实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式，以典型的化工生产过程为载体，以液——液传质分离任务为导向，以岗位操作技能为目标，真正做到学中做、做中学，形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系，开发设计流体输送操作技能训练装置。
本流体输送实训装置具有以下特点：
课程体系模块化；实训内容任务化；技能操作岗位化；安全操作规范化；考核方案标准化；职业素养文明化。
二、实训目的
1) 了解流体输送各部件的作用、了解流体输送的结构和特点、了解流体输送的工作流程； 2) 了解流体输送中离心泵输送、螺杆泵输送、旋涡泵输送、正空输送及压力等输送方式的
特点及优缺点。
3) 掌握流体输送的基本操作、调节方法、了解影响流体输送的主要影响因素； 4) 掌握流体输送中常见异常现象及处理方法； 5) 掌握流体输送的操作；
6) 能正确使用设备、仪表，及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养； 7) 学会做好开车前的准备工作；
8) 正常开车，按要求操作调节到指定数值；
9) 能及时掌握设备的运行情况，随时发现、正确判断、及时处理各种异常现象，特殊情况
能进行紧急停车操作；
10) 能掌握现代信息技术管理能力，应用计算机对现场数据进行采集、监控； 11) 能完成流体流动阻力特性测定实验； 12) 能完成离心泵特性曲线测定实验； 13) 能完成离心泵汽蚀、气缚实验； 14) 能完成离心泵串、并联实验； 15) 能完成流量计校核实验；
16) 能完成螺杆泵输送、旋涡泵输送、真空输送及压力输送等实验； 17) 正确填写生产（实验）记录，及时分析各种数据； 18) 正常停车；
19) 了解掌握工业现场生产安全知识。
三、实训原理
（一）流体流动阻力特性测定
流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1、沿程阻力
流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即
h f =
p 1-p 2
ρ
=
∆p
ρ
影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有，(1)流体性质：密度ρ，粘度μ；
(2)管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε； (3)流动条件：流速μ。 可表示为：
∆p =f (d , l , μ, ρ, u , ε)
组合成如下的无因次式：
∆p ρu
2
=Φ(du ρl ε
μ, d , d ) ∆p
du ρεl u 2
ρ=ϕ(μ, d ) ∙d ∙2
令
λ=ϕ(
du ρ
∙ε
μd )
则
h ∆p
l u 2
f =ρ=λ
d 2
式中，
∆P ——压降 Pa
h f ——直管阻力损失 J/kg，
ρ——流体密度kg/m3
λ——直管摩擦系数，无因次 l ——直管长度 m
d ——直管内径 m
u ——流体流速，由实验测定 m/s
λ——称为直管摩擦系数。滞流(层流) 时，λ＝64／Re ；湍流时λ是雷诺准数Re
和相对粗糙度的函数，须由实验确定.
2．局部阻力
局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 1）当量长度法
流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时．可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为
∑le ，则流体在管路中流动时的总阻力损失∑h ∑h
f
f
为
=λ
l +∑le u 2
d
2
2）阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。
即
u 2
h f =ξ
2'
式中，ξ——局部阻力系数，无因次；
u ——在小截面管中流体的平均流速，m ／s 。
由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短．引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此hf 之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。
（二）离心泵特性曲线测定实验
离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量V 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H 的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程：
22u 2-u 1p 2-p 1
H =+Z 2-Z 1+
ρg 2g
式中：p 1,p 2——分别为泵进、出口的压强 N/m2 ρ——流体密度 kg/m3
u 1, u 2——分别为泵进、出口的流量m/s
g ——重力加速度 m/s2
当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：
' '
p 2-p 1H =
ρg
由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。
2．轴功率N 的测量与计算
N=0.7W
式中，N —泵的轴功率，W
W —电机功率，W, 由功率表读出。
3．效率η的计算
泵的效率η是泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。有效功率Ne 是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N 是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。
泵的有效功率Ne 可用下式计算：
Ne=HVρg
故
η=Ne/N=HVρg/N
4．转速改变时的换算
泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：
V '=V
n 'n
流量
n '
H '=H () 2
n 扬程
n '
N '=N () 3
n 轴功率
效率
η'=
V 'H 'ρg VH ρg ==ηN 'N
（三）流量计校核实验
流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量有如下关系：
采用正U 形管压差计测量压差时，流量Vs 与压差计读书R 之间关系有： 2 gR ρ A - ρ (1)
V s =CA 0
ρ
式中： V s 被测流体（水）的体积流量，m 3/s； C 流量系数（或称孔流系数），无因次； A 0 流量计最小开孔截面积，m 2，A 0=(π/4)d02； P 上－P 下 流量计上、下游两取压口之间的压差，P a ；
V s =CA 0
2P 上－P 下ρ
ρ 水的密度，Kg/m3；
ρA U 形管压差计内指示液的密度，Kg/m3；
R U 形管压差计读数，m ；
式3-1也可以写成如下形式：
V s
C =
2gR (A -ρ) (1a)
A 0
ρ若采用倒置U 形管测量压差：P 上－P 下＝gR ρ
则流量系数C 与流量的关系为：
V s
= (2) C
A 02gR
用体积法测量流体的流量V s ，可由下式计算：
V (3) V s = ⨯∆t 10
V =∆h ⨯A
(4)
式中：V s 水的体积流量，m 3/s； △t 计量桶接受水所用的时间，s ；
A 计量桶计量系数；
△h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm ，△h=h2-h 1； V 在△t 时间内计量桶接受的水量，L 。
改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R 和流量V s 绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a ）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C —雷诺数Re 的关系曲线。
du ρ (5) Re =
μ
式中：d —实验管直径，m ； u —水在管中的流速，m/s。
四、流体输送实训装置介绍
（一）装置介绍
实验装置分为流体输送对象，控制柜，上位机，数据监控采集软件，数据处理软件几部分。
流体输送对象包括离心泵、原料罐、真空机组、电动调节阀、空压机、涡轮流量计、玻璃转子流量计、压力传感器、霍尔开关、螺杆泵、旋涡泵、离心泵、压力表、差压变送器、现场仪表。
（二）工艺流程
工艺流程图如图所示：
图1 流体输送单元操作实训流程图
（三）流体输送对象配置单
（四）装置仪表及控制系统一览表
（五）设备能耗一览表
五、实训步骤
(一) 开机准备
1) 检查公用工程水电是否处于正常供应状态（水压、水位是否正常、电压、指示灯是否正
常）；
2) 检查清水罐及浓浆罐水位是否够达到3/2的位置； 3) 检查总电源的电压情况是否良好。
(二) 正常开机
1、开启电源
1）在仪表操作盘台上，开启总电源开关，此时总电源指示灯亮； 2）开启仪表电源开关，此时仪表电源指示灯亮，且仪表上电。
2、开启计算机启动监控软件
1）打开计算机电源开关，启动计算机；
2）在桌面上点击“流体输送实训软件”，进入MCGS 组态环境，如图2所示：
图2 MCGS组态软件组态环境
3）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图3所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图4界面，进入实训软件界面，如图7所示，监控软件就启动起来了。
图3 监控软件登陆界面
图4 流体输送单元操作实训软件界面
4）图4中，PV 表示实际测量值、SV 表示设定值、OP ；“控制设置”将打开控制界面，如图5所示，可对控制的PID 参数进行设置，一般不设置。
图5 离心泵流量控制窗口
3、1#离心泵流量控制实验
1）检查各阀门的开关状态，并打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源； 3）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
4）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，如8m 3/h，调节阀会自动调节到设定的流量，若离心泵流量调节不稳，则按“参数整定”按钮，对控制的“P ”、“I ”、“D ”参数进行设置，让控制更快更好；本实验中的P 、I 、D 参数一般设定为100、20、1。
5）改变一个流量设定值6m /h，看看控制效果；
3
图6 1#离心泵流量控制结构图
4、高位液位罐液位控制实验
1）检查各阀门的开关状态，并打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA108、VA103、VA109、
VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源； 3）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
4）在仪表台上设定“高位罐液位手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的液位，如30cm ，调节阀会自动调节到设定的液位，若离心泵液位调节不稳，则按“参数整定”按钮，对控制的“P ”、“I ”、“D ”参数进行设置，让控制更快更好；本实验中的P 、I 、D 参数一般设定为200、20、1。
5）改变一个流量设定值50cm ，看看控制效果；
图7 高位罐液位控制结构图
5、旋涡泵流量控制实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA401、VA403, 关闭阀VA303、VA402； 2）在仪表台上按下“旋涡泵电源启动按钮”，启动旋涡泵电源；
3）在仪表台上设定“旋涡泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，如1m 3/h，
调节阀会自动调节到设定的流量，若旋涡泵流量调节不稳，则按“参数整定”按钮，对控制的“P ”、“I ”、“D ”参数进行设置，让控制更快更好；本实验中的P 、I 、D 参数一般设定为100、6、1。
4）改变一个流量设定值2m 3/h，看看控制效果；
6、离心泵特性控制实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源；
3）在桌面上点击“流体输送实训软件之离心泵特性测定实验软件”，进入MCGS 组态环境，如图8所示：
图8 MCGS组态软件组态环境
4）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图9所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图10界面，进入实训软件界面，监控软件就启动起来了。
图9 监控软件登陆界面 图10 离心泵特性曲线测定软件界面 5）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
6）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定10m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的流量、真空度、出口压力、流体温度、转速、功率等； 7）改变一组流量7m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的各参数；
8）重复“7）”步骤，每隔2个流量改变一组流量，采集离心泵的参数，直到0流量时，采集最后一组参数。此时，数据采集完成；
9）在桌面上打开“离心泵性能曲线测定实验”进入如下画面：
10）左键单击“确定”，进入如下画面
11）填写学院、系别、学号、班级、姓名，左键单击“确定”，进入下列画面
12）此时是自动采集数据，单击打开图标“
”，打开刚做的实验进入下列画面：
13）左键单击图标“
”，实验计算结果如下图：
14）如果需打印实验数据，单击“文件”，单击“打印实验原始数据”和“打印实验结果”。 15）左键单击图标“
”，离心泵特性曲线如下图：
16）需打印离心泵特性曲线图形，单击“文件”，单击“打印图形”。 17）如果是手动输入数据，单击图标“
”，进入下列画面
13）输入实验装置号、实验温度、测功率方式、实验次数，如下图
14）输入测量的数据，左键单击“确定”，进入如下图：
其他操作与自动采集数据一致。
7、流体流动阻力曲线测定实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113、VA119； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源；
3）在桌面上点击“流体输送实训软件之流体流动阻力测定实验软件”，进入MCGS 组态环境，如下图所示：
4）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入实训软件界面，监控软件就启动起来了。
监控软件登陆界面 流体流动阻力测定软件界面 5）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
6）做光滑管阻力实验：打开如下图中的C1、C2阀门，并对压差变送器进行排气，排完气关好排气阀门；
阻力测量切换阀门组
（图中，阀门顺序由上到下分别为弯头阻力、光滑管阻力、粗糙管阻力、阀门阻力）
6）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定6m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的光滑管压差及流体水温等；
7）改变一组流量1~6m3/h之间，间隔流量1改变一个流量，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的光滑管阻力各参数； 8）采集完光滑管实验数据，关闭阀门VA118、打开VA119, 做粗糙管实验；
9）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定6m 3/h，打开阀B1、B2，打开压差变送器排气阀门，进行排气，排完气后关闭排气阀门，开始实验；
10）在1~6 m3/h之间每隔流量1调节一个流量，待数据稳定后，按下“数据采集”按钮采集该流量下的粗糙管压差等参数；直到流量为1时，完成实验；
11）同理，打开阀D1、D2做阀门局部阻力实验；打开阀A1、A2做弯头局部阻力实验； 12）实验完成，在桌面上打开“流体流动阻力曲线测定实验”，进入数据处理软件，对实验数据进行处理。
8、孔板流量计校核实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA104、VA111、VA112、VA114、VA116、VA117、VA118、VA119、VA121、VA123, 关闭阀VA1108、VA103、VA109、VA113； 2）在仪表台上打开“电动调节阀电源开关”，开启调节阀电源；
3）在桌面上点击“流体输送实训软件之流量计校核实验软件”，进入MCGS 组态环境，如图8所示：
MCGS 组态软件组态环境
4）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图9所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图10界面，进入实训软件界面，监控软件就启动起来了。
监控软件登陆界面 流量计校核软件界面 5）在仪表台上按下“1#离心泵启动”按钮，启动离心泵；
6）在仪表台上设定“1#离心泵流量手自动调节仪”设定值，设定到需要调节的流量，流量从大到小调节，先设定8m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的流量、孔板压差、流体温度；
7）改变一组流量6m 3/h，待流量稳定后，各数值稳定时，按下监控软件上“数据采集”按钮，采集该流量下的离心泵的各参数；
8）4~8 m3/h之间测3到4组数据，然后打开数据处理软件，对实验数据进行处理。
9、螺杆泵输送实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA302、VA305、VA307, 关闭阀VA303； 2）在仪表台上按下“螺杆泵电源启动按钮”，启动螺杆泵； 3）通过阀VA304调节螺杆泵流量，练习调节流量；
10、真空泵输送实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA601、VA603、VA605, 关闭阀VA602、VA604、VA606、VA607；
2）在仪表台上按下“真空泵电源启动按钮”，启动真空泵； 3）往真空罐里抽真空，随着真空度的增大，液体流量也变大；
11、压力输送实验
1）检查各阀门的开关状态，打开阀VA601、VA604, 关闭阀VA602、VA102、VA104、VA105、VA108、VA112、VA109、VA123、VA308、VA403、VA205、VA111、VA201、VA607、VA603； 2）在仪表台上按下“空压机电源启动按钮”，启动空压机；
3）往清水罐里加压，随着压力的增大，打开阀VA603, 随着压力变化，液体流量也变化； 注意：做该实验时，需先关闭所有阀门，让空压机的压力进入清水罐一段时间后，压力罐内压力达到0.4MPa 时，才开启阀VA603做压力实验。
(三) 正常关机
1、停止离心泵：
1）在仪表操作台上按下“离心泵电源”停止按钮，停止离心泵运行；
2、停止旋涡泵
1）在仪表操作台上按下“旋涡泵电源”停止按钮，停止旋涡泵运行；
3、停止螺杆泵
1）在仪表操作台上按下“螺杆泵电源”停止按钮，停止螺杆泵运行；
4、停止真空泵
1）在仪表操作台上按下“真空泵电源”停止按钮，停止真空泵运行；
5、停止空压机
1）在仪表操作台上按下“空压机电源”停止按钮，停止空压机运行；
6、停止电动调节阀
1）在仪表操作台上关闭“电动调节阀电源”开关，停止电动调节阀电源；
7、仪表电源关闭：
1）关闭仪表电源开关。
8、控制柜总电源关闭：
1）关闭总电源空气开关，关闭整个设备电源。
六、实验数据记录
1、离心泵实验数据记录
班级 姓名 学号 装置号
2、流体流动阻力测定实验数据记录
班级 姓名 学号 装置号
3、流量计校核实验数据记录
班级 姓名 学号 装置号