1礦用多級泵泵閥試驗臺主體結構的設計

　　1. 1泵閥試驗臺的主體結構

　　主要由被試泵、電機、流量調節閥、汽蝕罐、穩定罐、渦輪流量計、轉矩轉速傳感器及被試閥等組成。試驗時，先將系統管道和罐內充水至規定的水位，驅動電動機8，帶動轉矩轉速傳感器7和被試泵6，水經被試泵加壓后，從泵出口管道流到渦輪流量計3，被試閥2，流量調節閥，l再流回汽蝕罐4，形成閉式循環系統。

　　1. 2泵閥試驗臺穩流柵的設計

　　為了保證在大流量下泵試驗的穩定性，減少系統內的壓力波動，筆者在泵的進口管道上設計布置了穩定罐，同時根據GB /T3214 19水泵流量的測定方法中穩流柵的設計方法，在汽蝕罐內設計了穩流柵。

　　1. 3泵閥試驗臺主體結構管道的設計

　　1. 3. 1泵閥試驗臺進出口管道的設計

　　根據GB3216 89離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗方法中的規定：

　　( 1)對于B級試驗，泵入口等徑直管段的長度應不小于7倍D.對于該泵閥試驗臺， L 1 7 %350= 2 450(mm)，實際設計為： L 1= 3 000 mm.

　　( 2)對于B級試驗，泵出口等徑直管段長度應不小于4倍D.對于該泵閥試驗臺， L 2 4 %300= 1 200(mm)，實際設計為： L 2= 1 550 mm.

　　( 3)取壓孔。對于B級試驗，分別在距被試泵進、出口法蘭2倍D處各開4個取壓孔，取壓孔通過一環形匯集管連通取壓。

　　1. 3. 2泵閥試驗臺流量計前后管道的設計

　　根據渦輪流量計產品使用說明書，為了保證流量測量精度的要求，渦輪流量計進口等徑直管段長度應不小于20倍D.對于該泵閥試驗臺， L 3 20 % 300= 6 000(mm)，實際設計為： L 3= 6 000mm.渦輪流量計出口直管段長度應不小于5倍D，對于該泵閥試驗臺， L 4 5 % 300= 1 500( mm )，實際設計為： L 4= 3 000 mm. 　

　? ?1. 4被試閥門前后直管段的設計

　　被試閥門進口等徑直管段的長度應不小于10倍D，即L5 10 % 300= 3 000(mm)，實際設計為： L5 = 3 000 mm.被試閥出口等徑直管段的長度應不小于4倍D，即： L 6 4 % 300 = 1 200(mm)，實際設計為： L 6 = 1 200 mm.

　　1. 5汽蝕罐結構設計

　　汽蝕罐是利用一現成的圓柱體汽油罐改造而成，其體積為1 700 % 3 300(內表面)。受試驗室現有條件制約，汽蝕罐采用臥式布置。汽蝕罐進、出口中心線設計不在同一水平線上，進口中心線距地面0. 6 m，出口中心線距地面0. 65 m，進、出口圓孔孔徑尺寸已確定，分別為0. 35 m， 0. 40 m (內徑)。

　　( l)汽蝕罐中水位的確定。

　　汽蝕罐圓筒斷面半徑R = 1. 7 /2 = 0. 85( m)。設圓心到自由液面AB垂直距離為h，則：自由液面水面寬：AB = 2(R 2 – h 2)1 /2空氣室斷面面積：2 360(R 2 – h (R 2 – h 2)1 /2)水體斷面積：R 2 = 2 360(R 2 + h(R 2 – h 2)1 /2式中2 = 2arccos( h /R )，度。

　　汽蝕罐水位的合理與否，應由合理的h值決定， h值應保證空氣室有一定體積的汽體，有一定的自由表面面積，以提供減緩系統壓力脈動的余地，保證水中有足夠的溶解空氣;另一方面，又必須保證自由液面淹沒罐進、出口孔口的最低要求，液面越高，水流流動穩定性越好;較大的水體體積還有利于防止系統溫升過快。汽蝕試驗時，希望汽蝕罐有較小的水體體積，隨著空氣室體積的減少，有利于盡快降低液面壓力，促使汽蝕較快發生。

　　以上要求是矛盾的，經多方比較， h值取0. 45 m比較合適，這時，自由液面到罐底的高度為。l 3 m，罐進、出口管中心高度為0. 70 m和0. 65 m，空氣室體積為。l 344 13 m 3，自由表面面積為47 593 m2，罐內水體體積為61 462 m 3.

　　( 2)為保證水流平穩，在本罐體積較小、結構已基本定型、難以設置整流裝置的情況下，在罐中設定兩道1 700的布孔整流板。整流板布孔按國標設計，孔中心對稱分布，面積足夠大，孔總面積為1 028 m 2，從而保證了水流平穩。

　　( 3)裝置汽蝕余量范圍估計：

　　h a = P s+ v 2 s 2g – P v= P o+ 0. 65- h-P v 式中Ps、Pv為泵進口處水的絕對壓力和平均速度; h為汽蝕罐出口到泵進口單位水重的水力損失，取1 m;P v 　　指水的比壓力能，取0. 024 m; v s為泵進口處水的流速;為水的重度; P o指液面絕對壓力。

　　由于罐中水流流速較小，故忽略了水流的動能，從而有：ha= P o+ 0. 65- 1- 0. 024= P o 　　– 0. 374汽蝕試驗時，隨著真空泵的工作， P o從大氣壓下降，成都大氣壓平均值取9. 70 m水柱，從而ha不大于9. 326 m，足以保證任何泵在任何工況點的汽蝕試驗。

　　1. 6穩定罐結構的設計

　　穩定罐結構設計成圓柱形的壓力筒， 700 % 300(內表面)，立式布置，頂部設氣閥。每次開車前開閥，加水直到閥頂有水溢出時關閥，工作中閥門關閉。罐中水體積為0. 5 m 3，罐頂必須低于汽蝕罐工作水位，以保證穩定罐罐頂無氣室。由于該穩定罐體積太小，難以設立整流結構，為穩定流動，在筒內設計了一矩形穩流板。穩流板尺寸為：< 1 300 % 700 % ( 6 8) > ( mm )， A3鋼，焊于筒內，板上分布405個40孔。孔分成30行，行距為42. 5 mm，最上、最下面行孔距為42. 5 % 29 = 1232. 5(mm)。最下面一行孔14個，孔中心到底板30(mm)，最左、最右面孔中心到板側距平均為31. 5 mm， 14個孔中心距均為49(mm )。倒數第二行孔共13個，然后接14， 13， 14， 13+自上錯位排列。全孔面積為0. 508 9 m2。

　　1. 7泵閥試驗臺管路系統阻力的計算

　　該系統管道阻力的計算。

　　其管道中沿程損失h f為：h f = A lQ 2按舍維列夫公式求比阻A：A = 0. 001 736 /d 5. 3v1. 2 m /s A = 0. 852(1+ 0. 867 /v)0. 3 % 0. 001 736 /d 5. 3式中d為管道直徑， m; l為管路的長度，以m計; v為管中流速， m /s.v< 12 m /s.

　　局部損失的計算：0. 3 % 15. 13和一0. 35 % 2. 83管道上有90(的彎頭各兩個， 值均取0. 42. 　　( 0. 35- 0. 03) % 0. 3擴散管一個，以0. 3管中水頭為依據， 值取0. 3. 　　( 0. 4 – 0. 35) % 0. 4收縮管一個，以0. 35管中水頭為依據， 值取0. 01.

　　汽蝕罐、穩定罐進口的值均取，l出口值均取0. 5. 　　

汽蝕罐、穩定罐中整流板局部阻力損失( h j)的計算：浙江省南方農用水泵驗收基地給出的公式為：h j = v 2 2g % w網2 c式中w為管斷面面積; w網為整流板上全部孔面積之和; c為0. 675 1. 576，浙江農用臺選用1;g為重力加速度。

　　上式可簡化為：h j = 2 2g Q w 2 % w 2 w 2網= 2 2g Q w網2 = c 2g v 2網式中Q為試驗流量; v為整流板上孔的流速。

　　事實上，水流通過孔的流動可視為落壁淹沒出流，其水力損失由兩部分構成：即水流通過孔口的損失和水流過孔口后的擴散損失。與這兩種損失對應的局部損失大致分別為： 0. 06和1，從而c應取1. 2.

　　試驗泵最大流量取1 600 m 3 /h，以50 m 3 /h為步長，計算各個流量點的全部損失，從而得到系統損失，亦即泵揚程。 　　計算以計算機編程完成。主體結構為一循環語句，分別計算各流量點的損失值。

　　給定Q，對某一管路計算v，判定v是否小于1. 2 m /s，根據不同情況計算A，然后以A lQ 2計算本管道沿程的損失，對每個管徑的管道進行同樣處理，疊加沿程損失;以每個管道的v值即可計算各處的局部損失。將沿程損失與局部損失相加，即為這一流量下的總損失h w，這也是泵在此流量點的揚程值。

　　該系統的阻力曲線平均斜率較小，反映了損失不大，從而決定了試驗臺有很大的適應性，能完成幾乎全部試驗泵任意轉速下的性能和汽蝕試驗。

　　1. 8泵閥試驗臺管路系統溫升的計算閥門全開時， 1 s時間內，通過泵的流量Q(m 3 /s)從泵中獲得的能量H將全部轉化為系統內熱能，而H等于單位水重的總損失h w。另外，泵內的損失(機械、水力、容積)也將間接轉化為系統內熱能。泵的效率以0. 7計，從而在1 m in內，系統內熱能增加為( 60 Qh w) /0. 7.

　　在系統絕熱條件下，這部分能量全部轉換為系統內熱能，那么， 1 m in內系統溫升t應滿足：t(c水km水+ c鋼m鋼)=( 60 Qh w) /0. 7這樣， 1 m in內，系統溫升為：t= 9 800 %Q % (h f + h j) % 60 /0. 7 4. 18 % ( 9 204+ 0. 11 % 3. 993) % 10 3計算機得出的結果表明，系統溫升在閥門全開的條件下是很小的。當閥門開度改變時，每分鐘系統溫升可能要大一些，但其數量級仍不是太大，溫升問題不嚴重。 　　2礦用多級泵泵閥試驗臺的功能及試驗方法的實現

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　　2. 1水泵性能試驗及方法

　　將被試泵安裝于主循環系統泵試驗臺位進行調試，連接系統所有的一次傳感器(真空、壓力、轉速、轉矩、功率、流量)和二次測量儀表并接入計算機，檢查控制系統電源，起動被試泵、全開泵的進口閥門，調節泵出口流量調節閥，將被試泵的流量測試范圍( 0 Qmax)進行分點，能量試驗的測試點要求不少于15個點。對被試泵按流量從小到大進行各點測試，對混流泵、軸流泵、旋渦泵按流量從大到小進行測試，用高精度流量調節閥進行各點流量的調試，同時啟動計算機數據采集處理系統進行數據采集、處理、繪制性能曲線和打印試驗數據報告。

　　2. 2水泵汽蝕試驗方法

　　被試泵繼續運轉，選擇泵運行范圍的0. 8倍設計流量點、設計流量點、1. 2倍設計流量點三個測試點。一次傳感器和二次儀表的配置使用、計算機數據采集處理系統與水泵性能試驗相同。汽蝕試驗增加測試系統的水溫和當地海拔的大氣壓力，在被試泵進口閥門全開狀態下，調節被試泵出口閥門至某一流量點(汽蝕試驗過程中調節兩閥始終保持流量點流量不變)，測出泵進口的最大壓力，關閉泵進口閥門，測出該流量點泵的最大真空范圍Prmax(即最小壓力)。按泵進口的最大壓力(即最小真空度)和泵的最大真空范圍進行分點，一般為15個點，注意在斷裂工況點左右的點宜密一些。重新調整泵的進口閥門全開，泵出口流量調節閥調整流量至某一試驗流量點，保持該流量不變，啟動真空調節系統，按前述分點的真空度，給定調節泵進口的真空度，直至真空度達到泵的汽蝕斷裂工況點。同時，調整流量調節閥并保證流量大體不變，進行數據的采集、處理，繪制出Q = f ( h )曲線，找到三個流量點的斷裂工況點的臨界汽蝕余量，再求出三個工況點的允許汽蝕余量hr c，繪于泵性能曲線上得到被試泵的汽蝕特性曲線。

　　2. 3閥門的流阻試驗及方法

　　將被試閥門串接于主循環系統的閥門安裝臺位上，循環供水泵提供被試閥門所需的流量和壓力。調節系統流量調節閥從零流量到最大流量選擇15個點進行測試，通過計算機采集被試閥門的流量和閥門前后的壓差進行計算處理，獲得被試閥門的流量與阻力之間的關系曲線。

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　　3礦用多級泵主體結構設計存在的問題及改進意見

　　( 1)該主體結構對于滿足各種不同型式的泵閥試驗還需進一步的研究改進，系統內需再增加分支管道系統，以滿足多功能試驗的要求。

　　( 2)汽蝕罐兩端最好加封頭，以增加承受負壓的能力。

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　　4結論

　　( 1)該主體結構系按照GB3216 89離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗方法的要求進行設計，設計和布置方案合理，經過試驗驗證是成功的，能達到B級精度試驗的要求。

　　( 2)由于在主體結構系統中采用了穩定罐和穩流柵，從而使整個系統在試驗時減少了壓力脈動。 　　實踐證明系統是非常穩定的。

　　( 3)試驗臺的結構特性決定了其性能特性。

　　在系統計算中，盡量少的引用了一些經驗公式，作了某些假設，推導公式也不盡全面，但定性結論是可行的。較為保守的分析計算表明：該臺阻力系數很小，能保證大部分泵在任何條件下的性能和汽蝕試驗;試驗中溫升也不大，能實現國標要求的試驗水溫不高于40 ，的要求。

　　( 4)在主體結構中各取壓點均開設有4個取壓孔，取壓孔通過一環型匯集連通管道進行取壓，且各分支管段長度按要求進行設計安裝，能滿足壓力測量的要求。