离心泵性能特性曲线测定实验虚拟现实系统
在化工及相近工业生产过程中，所处理的物料多是流体。生产上普遍需要按一定流程把流体从一 个设备输送到另一个设备中。要使流体从势能低处流至高势能处，就势必对流体输入机械工。 输送液体的一般称为泵。流体输送机械依结构及运行方式不同分为4种类型，及离心式、往复式 、旋转式与流体作用式。离心式流体输送机械因操作可靠，结构简单，流量均匀，价格低廉且设 备取材面广，易于满足不同性质流体的需要，故使用最为广泛。离心泵的选型依照选择为如下两 条。（1）根据流体的性质选择泵的类型。（2）以要求的流量、扬程同泵样本中各型号的泵再其 最高效率点的流量、扬程对比，凡是在满足流量要求基础上扬程比实际需要少打的泵都可选用。
离心泵特性曲线测定实验是化工单元操作之一，本实验主要测定离心泵特 性曲线及同种规格型号离心泵串、并联流量与压头的关系。让学生了解离 心泵结构与特性，学会离心泵的操作。学会测定恒定转速条件下离心泵的有 效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与有效流量(V)之间的曲线关系。 掌握离心泵流量调节的方法（阀门、转速和泵组合方式）和涡轮流量计的工 作原理和使用方法。
通过离心泵特性曲线测定仿真实验，实现虚实结合，辅助离心泵特性曲线测定验的实验教学。 解决了离心泵特性曲线测定实验过程中的预习难、实验讲解难、实验操作难、练习难、数据 处理难、实验考核难、实验教学管理难等一系列问题，提高了教与学的质量。
通过离心泵特性曲线测定仿真实验，学生可以了解离心泵特性曲线测定实验的目的、 原理、操作流程以及数据处理方法等。掌握离心泵及各个主要部件的基本结构和原理。 在虚拟操作过程中，学生可掌握罐泵、通过泵出口阀调节流量、同种离心泵串、并联操作 的流程。在操作自测部分，完成离心泵特性曲线测定实验的仿真考核。
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 在恒定转速下扬程H、轴功率Na及效率η与流量V之间的关系曲线，它是 流体在泵内流动规律的外部表现形式。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）流量V的测定与计算
采用涡轮流量计测量流量，智能仪表显示流量值V/(m3/h)。
（2） 扬程H的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程：
式中，p1，p2—分别为泵进、出口的压强，N/m2；
ρ—液体密度，kg/m3；
u1，u2——分别为泵进、出口的流速，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：
由上面公式可知：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。注意：上式中p1应代入一个负的表压值。
本实验中，还采用压力传感器来测量泵进口、出口的真空度和压力。
（3） 轴功率Na的测量与计算
采用功率表测量电机功率，用电机功率乘以电机效率即得泵的轴功率。
式中，Na—泵的轴功率，W。
本实验中电机功率为三相功率，测量得到的功率值须乘以3才是电机功率。电机效率为81.3%。
（4）转速n的测定与计算
泵轴的转速由变频器采集，在转速仪表上直接读出，单位：r.p.m。泵轴的转速在作特性曲线时选恒定转速，一般为2900r.p.m。
（5）效率η的计算
泵的效率η为泵的有效功率Ne与轴功率Na的比值。有效功率Ne是流体单位时间内 自泵得到的功，轴功率Na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：
故
实验装置主要由水箱、泵、功率表、变频器、涡轮流量计、电远传压力表、不同管径、材质的管子、各种阀门和管件等组成。
图 离心泵特性曲线测定实验装置流程图
1、16—水箱；2、17—温度传感器；3—离心泵1；4—泵1进口处电远传真空表； 5—泵1出口处电远传压力表；6、21—涡轮流量计；7、22—水箱放水阀；8、23—水箱进水阀 ；9—泵1底阀；10—泵1灌水阀；11—泵1进口处电远传真空表前置球阀；12—泵1单泵实验阀； 13—泵1出口（流量调节）阀；14—泵1出口处电远传压力表前置球阀；15—泵1排气阀；18—离心泵2； 19—泵2进口处电远传真空表；20—泵2出口处电远传压力表；24—泵2底阀；25—泵2灌水阀；26—泵2进水阀； 27—串联实验阀；28—泵2进口处电远传真空表前置球阀；29—泵2出口（流量调节）阀；30—并联实验阀；31—泵2出口处电远传压力表前置球阀；32—泵2排气阀
离心泵特性曲线测定实验仿真系统以1：1比例绘制实验设备模型，通过系统， 学生可以进行实验预习、实验练习、实验自测等。通过系统，学生可以完全掌握 实验目的、原理、实验操作流程、各部件的原理及内部结构。由于虚拟模型与真 实设备完全相同，通过虚拟演练后，学生进入真实实验室的时候，可以更容易的掌 握真实实验操作，虚实结合，以虚辅实。
离心泵特性曲线测定实验仿真系统包括实验讲义、实验讲解、实验装置、 实验操作、操作自测、数据处理、记录回放七个部分。通过实验讲义部分， 学生可以对实验进行整体把握，了解实验目的、实验原理、实验流程、数据处 理等，在实验讲义中，对重要的部件及操作过程进行了超链接，可以点击链接了 解详情，学生的预习记录会上传到服务器；在实验讲解部分，学生可以通过观看实 验操作过程的视频讲解了解整个实验的操作过程；通过实验装置部分，学生可以了 解实验设备上所有部件的名称、用途及原理，学生对装置的学习记录可以上传到服务 器；通过实验操作部分，学生可以进行整个操作过程的练习，并可观察到每一操作步 骤所对应的实验现象，学生的操作练习记录会上传到服务器；通过实验自测部分，学生 可以对自己的练习情况进行自测，自测过程可上传到服务器，供任课教师查看；通过数 据处理部分，学生可以了解实验需要记录哪些数据，如何对数据进行处理并生成实验报告； 通过记录回放部分，学生可以查看到自己的自测记录的回放。
