离心泵性能曲线实验：从读数到成图的完整教学流程

一、实验目标与课前准备

离心泵性能曲线实验在化工原理与流体力学课程中通常安排在流动阻力测定、流量计标定之后。学生这时已经会读压差、会用流量计，把泵的性能测定接在后面，可以把"管路特性"和"泵特性"两条线索联系起来。实验的最终产出不是一组数据，而是同一转速下的三条曲线：扬程—流量曲线、轴功率—流量曲线和效率—流量曲线。

课前准备的重点不在计算，而在装置状态确认。以下五项建议在开课前逐项核对：

• 水箱液位不低于规定刻度，吸入管口不露出水面；
• 泵体与吸入管路灌水排气，轴封处无渗漏；
• 出口调节阀处于关闭位置，旁路阀按装置说明设置；
• 压力表、真空表、流量计、功率表的量程与精度等级登记入表；
• 确认转速设定值（变频器频率或皮带轮组合），整组实验保持同一转速。

转速是性能曲线的参变量。中途改变转速，前后数据就不在同一组曲线上，三条曲线的可比性随之消失，这一点需要在分组分工时讲清楚。

二、启动、排气与流量调节

离心泵采用闭阀启动，出口阀关闭时启动电流较小，对电机和电网的冲击也小。启动后缓慢开启出口阀，观察出口压力表是否建立压力。若压力表无指示、流量计无读数，多数是泵内积气形成气缚，应立即停机，从灌水口重新灌泵排气，不宜长时间空转。

流量调节只使用出口阀，从零流量开始逐级开大，取 8 至 10 个工况点，两端各留一个点、中间大致均布。用吸入侧阀门节流会降低泵入口压力，容易诱发汽蚀，教学装置上应明确禁止这种操作。

每个工况点需要先稳定再读数，稳定时间不少于 1 min。压力表指针小幅摆动时，记录摆动范围并取均值，同时把这个波动情况写进原始记录表——它往往是后续判断数据有效性的依据。

三、读数环节：一组数据要同步

泵性能实验的数据质量，很大程度上取决于同一工况点上的各项读数是否同步。流量、进出口压力、转速、功率这四个量如果分几次去读，工况已经漂移，算出来的效率就会出现明显偏差。建议按表 1 的方式设计原始记录表，把仪表与记录要求固定下来。

表 1 的最后一列是学生容易忽略的部分。仪表读数的有效位数应与仪表精度相匹配，压力表读到 0.1 kPa 而流量只读到整数，成图后曲线的锯齿往往就来自这种不一致。

四、数据处理：扬程、功率与效率

4.1 扬程换算

扬程按两测压点之间的能量方程计算：H =（p₂ − p₁）/（ρg）+（v₂² − v₁²）/（2g）+（z₂ − z₁）。两测压点管径相同时动压头差为零，安装高度差按装置标注取值。p₁ 是真空表读数，代入时带负号；把真空度当正压处理，是扬程算出负值或明显偏小的常见原因。

4.2 轴功率与效率

电测法用 N = P电 × η电机 × η传动，其中电机效率与传动效率按铭牌或装置说明书取值，取值结果要写进报告以便复核。扭矩法用 N = M·n / 9550，M 的单位为 N·m，n 的单位为 r/min。有效功率 Ne = ρgQH，泵效率 η = Ne / N。

4.3 单位与密度

• 流量换算：1 m³/h = 2.778×10⁻⁴ m³/s，先统一到 m³/s 再代入；
• 压力表以 MPa 标注时，先换算成 Pa，避免与 kPa 混用；
• 水的密度随水温变化，20 ℃ 时约 998 kg/m³，计算时不宜统一取 1000；
• 效率以百分数表示，保留一位小数即可，更多位数对判断没有帮助。

五、成图：从散点到可读的曲线

横坐标统一取流量，纵坐标分别为扬程、轴功率和效率。三条曲线可以画在同一张图上用双纵轴，也可以分成上下两幅；教学上更推荐分幅，学生不容易把效率曲线的峰值误读成扬程峰值。

绘图环节的几条要求：

• 用平滑趋势线表示规律，不要把散点用折线直接连起来；
• 扬程曲线可按 H = H₀ − S·Q² 的形式做二次拟合，报告中写出拟合式与相关系数；
• 标出效率曲线的峰值区间，作为该转速下运行范围的参考；
• 图题写明转速、水温、日期，坐标轴注明物理量与单位。

个别点偏离曲线较多时，先回查原始记录和稳定时间，确认属于操作问题后再决定是否重测。直接删点可以让图面整齐，但会把实验课要训练的判断过程一并删掉。

六、常见异常与排查

课堂上出现的异常大多集中在吸入侧和读数环节。表 2 列出几种常见现象及其处理方式，可作为实验指导书附录。

把读数、换算、成图三个环节在课上完整走一遍，学生对泵性能曲线的理解会比只看课本插图扎实得多，也更容易在后续的管路设计与泵选型内容中接得上。北京林萃环保科技可按院校需求定制相关实验装置，包括离心泵性能测定、管路特性与流量计标定等配套配置。