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1、摘 要本文对水泵性能参数测试方法进行了分析和研究，提出了基于虚拟仪器技术的水泵性能参数测试系统的解决方案。在研究过程中，分析讨论了数据采集卡与虚拟仪器软件的接口方法;分析了光电传感器法、感应线圈法和霍尔传感器法三种转速测量方法在水泵转速测量中的优缺点;提出了在LabVIEW 虚拟仪器软件平台上，采用模块化设计方法开发应用程序的方法;分析讨论了对采集数据的软件滤波处理及应用最小二乘法对水泵参数数据的拟合。试验结果表明这种基于虚拟仪器技术的水泵测试系统，可以适用于科研院校和水泵厂的使用要求，具有一定的推广应用价值。关键词:水泵性能、虚拟仪器技术、转速测量、数据处理ABSTRACTThe paper
2、 does some research and analysis on the measurement methods of thePump performance parameters. During the researching, the methods of interface between data acquisition card and visual instrument software are discussed; analyzing the difference among the methods of rotate measurement of asynchronous
3、 motor using photo electricity sensor, induce and hall sensor; using the style in the programming of system application software; analyzing the method of the median filter and using the conic approach technique in dealing with the measuring data;Experiment results approve that the pump performance m
4、easurement system based on visual instrument technology can be used in the institutes and small-scalePump manufactory.Key words: pump testing research, visual instrument technology, rotational velocity measurement, data processing.目 录摘要 ABSTRACT 第一章 绪论 1 1.1 水泵性能测试系统的现状概述1 1.2 水泵测试在生产与研究中的应用2 1.3 水泵
5、的主要性能指标2 1.4 国内外泵测试技术的现状和发展趋势2 1.4.1 国外泵测试技术现状 2 1.4.2 国内泵测试技术的发展现状 3 1.4.3 泵测试技术的发展趋势 3 1.5 本研究课题的提出、内容及意义4 1.5.1 本研究课题的提出 4 1.5.2 本研究课题的内容 4 1.5.3 本研究课题的意义 4第二章 测试系统总体方案的确定 6 2.1 方案比较6 2.2 开发平台的选择7 2.3 水泵性能参数测试台管路装置7 2.3.1 试验装置 7 2.3.2 试验管路的安装 9 2.4 总体方案9 2.5 本章小结 10第三章 管路参数的选择11 3.1 无缝钢管的选择 11 3.
6、2 法兰的选择 12 3.3 垫片的选择 13 3.4 阀门的选择 14第四章 水泵性能参数测量的基本原理16 4.1 水泵试验概述 16 4.2 水泵性能参数试验理论与测试仪表选择 16 4.2.1 水泵流量测量与流量变送器选择16 4.2.2 水泵扬程测量与压力变送器选择18 4.2.3 水泵轴功率测量与功率变送器选择20 4.2.4 电机转速的测量22 4.2.5 水泵效率的计算25第五章 信号调理电路26 5.1 信号调理电路设计 26 5.2 本章小结 27第六章 数据采集卡的选择及软件设计28 6.1 数据采集卡 28 6.1.1 数据采集卡的选择28 6.1.2 数据采集卡的接线
7、30 6.2 软件设计 32 6.2.1 软件开发语言Labview的简介32 6.2.2 数据采集卡和Labview下的驱动33 6.3 数据采集系统软件的总体框架 34 6.4 数据采集方式 36 6.5 本章小结 38第七章 数据处理与性能曲线的绘制39 7.1 试验数据的处理 39 7.2 整体曲线拟合法 40 7.3 本章小结 42第八章 结论43参考文献 45附录一 46附录二 47致谢 48第一章 绪论1.1 水泵性能测试系统的现状概述 水泵使用面广，种类繁多，属于通用性的机械类而广泛的应用于国民经济的各个部门。随着现代工业的蓬勃发展，采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等
8、部门中，各种形式的泵应用很多，其规模和投资越来越大，功能分类愈分愈细。水泵的工作是以输送流量、产生全压、所需功率及使用效率来体现的，这些工作参数之间存在着相应的关系，当流量与转速变化时，会引起其他参数相应的变化。为了正确选择、使用水泵，必须了解这些参数之间的相互关系。由于水泵理论至今仍不十分完善，所以水泵性能参数的获取主要依赖于性能试验。水泵性能试验包括基本性能试验和变速下的通用性能试验。基本性能试验是在水泵转速不变的情况下，改变水泵流量，测试水泵各个性能参数变化，并绘制性能曲线。但随着水泵调速节能技术的发展和应用的越来越普及，变速调节下的水泵性能参数的变化也越来越值得研究。长期以来，我国的水
9、泵测试手段比较落后。水泵性能参数测试设备仍主要以手动操作试验过程、手工测量试验数据、手工绘制曲线为主，存在测量手段落后，测量精度不高和劳动强度高等功能缺点。其实，这种状况在我国还相当普遍。从20世纪八十年代末九十年代初，在伴随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自控技术的飞跃发展，在水泵参数的自动采集和测试方面，我国取得了一定的进步。浙江机械研究所、江苏理工大学、山东农业大学、华北水利电力学院等单位相继对水泵试验装置进行了研究与开发，建立了各具特色的试验装置，他们为水泵自动测试系统的不断完善发挥了先导作用。如中国农业机械化科学研究等开发的PMS水泵综合测试系统，它是以工控机为下位机、PC机为上
10、位机构成的分布式大型水泵参数测试系统，功能完备，但操作也较复杂:另外，江苏理工大学TP自动化研发中心开发的泵参数综合测量仪则结构紧凑，安装方便。它们都是各具特色的水泵性能参数测试设备。在我国，许多厂家或者是由国有企业改制后的中、小型企业，或是乡镇企业、民营企业，生产规模一般不大、并且产品多样，甚至许多厂家的水泵都按用户需求生产，很难形成统一的系列。这种状况就要求水泵性能测试系统具有:(1)投资少，适合小企业的推广使用;(2)测试系统调整或升级容易，适用不同类型泵类产品测试要求;(3)尽量满足不同工况测试需求，能为水泵改型提供参考;(4)操作简单、易行。因此，对于这种需求现状，目前的测试系统中仍
11、然存在一些缺憾:或者参数测量不完整或者系统过于庞大且复杂，造价太高而不能为众多小型水泵生产厂家所采用，或者功能单一不易推广。因此，在大多数小型泵厂，其型式试验和出厂试验仍然靠手工操作为主。如何在国家标准的基础上，利用高新技术，低成本的手段实现水泵性能的自动测试与分析已成为国内众多水泵生生产厂家及研究单位的迫切需求。1.2 水泵测试在生产与研发中的作用目前，泵应用很多，其规模和投资越来越大，功能分类愈分愈细。这一切与泵试验及测试技术的发展是分不开的。因为泵从研究、开发、生产到应用，必须经过一系列试验。因此，测试在泵的发展中具有极其重要的地位。由于水泵理论至今仍不十分完善，流体在水泵中的运动过程十
12、分复杂，无法用完整的数学解析式来描述水泵在不同工作状态下的运动特征，所以水泵的各项技术指标仍然必须用水泵试验的方法来测量，即水泵性能参数的获取主要依赖于性能试验，并以测量结果来评判该泵的性能是否达到规定的要求。1.3 水泵的主要性能指标水泵的应用如此广泛，为了正确使用它，我们必须了解其性能特点。水泵的性能主要从以下几个方面来考虑:流量、扬程、功率、效率、转速。1.4 国内外泵测试技术的现状和发展趋势1.4.1 国外泵测试技术现状国外在水泵测试领域研究起步较早，测试系统的产品己经比较成熟。由于泵测试技术的重要性，国内外在致力于泵研究、设计、加工的同时，也相继建立了一些相配套的泵试验台。例如 ，英
13、国国立工程实验室(NEL)的水力试验台，自1961年1月以来投入运行至今，该试验台适合于水泵和模型水轮机(最大转轮直径0.5m)的性能试验，可以以开式和闭式两种循环方式进行效率和汽蚀试验，部分参数可自动控制，试验数据由计算机进行自动采集、处理，并自动绘图和打印试验结果。随着科学技术的发展，现今试验台设备的不断更新及数据采集处理手段的改进，测试的精度和自动化程度也就相应地提高了。目前，国外测试系统呈现出高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等特点。西德KSB公司和瑞士苏尔康公司水泵试验台均采用了计算机自动化测试系统。又例如美国TecQuipment Inc生产的Centrifugal P
14、ump Test Set(GI-15)，是一台用于离心泵测试的装置。GI-5提供了一种测试研究离心泵在不同扬程、流量、转速下的特性的方法。同类产品还有英国的Cussons Technology公司生产的P6250齿轮泵、轴流泵、离心泵和活塞泵测试平台等。这类水泵测试装置尽管具有高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等优点，但在数据处理方面尚显的功能薄弱，缺少嵌入式的数据处理分析系统，效率不高。针 对 以 上的不足，另外一种基于计算机的测试系统孕育而生。例如美国的AgriTechnology公司开发的PTEST水泵测试系统，该系统在Windows或DOS环境下工作，操作者将观测到的数据输
15、入计算机，PTEST系统根据水泵测试的公式、算法及ISO标准，计算出相关参数，拟合曲线、保存数据并生成打印报表。此外，还有美国Scientific Software集团开发的Infinite Extent等水泵测试系统。1.4.2 国内泵测试技术的发展现状从20世纪八十年代末九十年代初，伴随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自控技术的飞跃发展，在水泵参数的自动采集和测试方面，我国取得了一定的进步。浙江机械研究所、江苏理工大学、山东农业大学、华北水利电力学院等单位相继对水泵试验装置进行了研究与开发，建立了各具特色的试验装置，他们为水泵自动测试系统的不断完善发挥了先导作用。如中国农业机械化科学研
16、究等开发的PMS水泵综合测试系统，它是以工控机为下位机、PC机为上位机构成的分布式大型水泵参数测试系统，功能完备，但操作也较复杂。九十年代初，天津正大电子研究所研制开发出采用标准仪器和IBM-286计算机组成的GC-4水泵自动测试系统，该系统采用标准仪器以积木的方式组成，这种开放式的组成方式使得各仪器脱离计算机都可以独立工作，系统的组成与分解，维修和计量都十分方便。另外，江苏理工大学TP自动化(TPA)研发中心开发的泵类产品测试(试验)系统为功能比较完善的测试系统，结构紧凑，且安装方便。以上都是各具特色的水泵性能参数测试设备。在我国,许多厂家是由国有企业改制后的中、小型企业，或者是乡镇企业、民
17、营企业。其生产规模一般不大，而且产品多样，甚至许多水泵厂家是按照用户的需求生产，所以很难形成统一的系列。这种状况就要求水泵性能测试系统应具有以下要求:(1)投资少，适合小企业的推广使用;(2)测试系统调整或升级容易，适用不同类型泵类产品测试要求;(3)尽量满足不同工况测试需求，能为水泵改型提供参考;(4)操作简单、易行。对于这种需求现状,目前的测试系统中存在着一些不足，例如:参数测量不完整;系统过于庞大且复杂，造价太高而不能为众多小型水泵生产厂家所采用;功能单一不易推广等等。因此，在大多数小型泵厂，其型式试验和出厂试验仍然靠手工操作为主。那么，如何按照国家标准的要求，利用高新技术，低成本的手段
18、实现水泵性能的自动测试与分析已成为国内众多水泵生产厂家及研究单位的迫切需求。1.4.3 泵测试技术发展的趋势(1) 高精度、高自动化程度是水泵测试的普遍发展趋势传统的人工测量系统进行水泵测试时，测量一个单项参数一般需要多个测量人员参与，测试周期较长，测量效率很低，而且人工读数(采集数据)及原始测量数据处理也容易带来随机误差、粗大误差和计算误差，从而使水泵测试精度大大降低，与此相反，以微机控制系统为核心的数据采集、数据的实时处理装置往往能实现以较少的测试人员、较短的测试周期并能避免测试过程中人为因素造成的误差.因此，现代水泵测试系统有必要实现测试过程的微机化、自动化。并且，精度低的测试系统还不能
19、鉴别水泵设计上的微小差异，这很容易埋没水泵开发人员在水力模型上花费的大量研究工作。所以，对水泵性能参数测量试验还必须力求高精度化。(2) 多功能化是水泵测试的发展方向以计算机辅助测试的水泵试验装置可进行型式试验、出厂试验，同时也自动完成性能曲线和测试报告。除此而外，还可以进行轴向力测定、振动试验以及流速分布、压力脉动、汽蚀等内特性的测试研究。因此作为一个功能完善的微机水泵综合测试系统一般应能对多型式、多种规格的水泵进行测试，以此增加试验装置的适应性、多功能性。1.5 本研究课题的提出、内容及意义1.5.1 本研究课题的提出根据试验的要求，并结合国内外应用虚拟仪器开发的测试与分析系统的实例，本课
20、题采用虚拟仪器技术对水泵试验的数据采集、转速调节、试验数据的分析处理与曲线拟合、数据存储、报表打印等进行研究，研制了一套水泵性能测试系统，满足了试验的需求，并适合进一步技术推广。1.5.2 本研究课题内容本课题设计了利用计算机技术、传感器技术、数据采集技术等技术相结合的水泵测试系统试验台。本套计算机辅助水泵性能参数系统要完成如下内容:实现对水泵进、出口压力、流量、转速、电流、电压、功率的实时监测功能。因此，本课题的主要任务是选用合适的测试手段与测试方法，进行水泵性能参数试验台的管路及软硬件设计，实现实验数据自动采集与数据处理，完成水泵性能参数测试及数据处理功能。1.5.3 本研究课题意义本课题
21、采用虚拟仪器技术，充分发挥虚拟仪器软件在PC机环境中对数据的处理、转换、曲线绘制、数据存储、界面显示、报表打印功能。这样，测试系统一方面减少硬件需求，只是数据采集卡，基本管路和传感器，甚至PC机只是在试验时使用，平时还可以用在日常办公，因此，降低了开发成本;同时，虚拟仪器模块化设计使得在对不同类型、不同型式水泵进行测量时，程序调整或升级变的简单，并且操作界面友好，使用方便;另外，使用变频调速技术可以完成通用性能曲线的绘制时对转速调节的要求，使得测试系统功能能够满足实际需要。水泵作为仅次于电机的第二大通用机械，在国民生产中占有极其重要的地位，因此，开发出一套适合我国国情、能够在众多中小型厂家推广
22、的水泵性能测试系统，对于提高产品质量、减少返修率以及节约能源都有重要意义。本文即在这方面作了深入探讨和尝试。同时，本文在水泵测试系统功能多样化等方面所作的一些尝试和创新，对今后水泵试验台的建设具有借鉴意义。第二章 测试系统总体方案的确定2.1 方案比较目前在，对水泵性能参数自动测量系统设计中，可以有三种方案选择:组合仪表方案，单片机与上位机构成的分布式系统，数据采集卡与PC机或工控机构成的采集处理系统。(1)组合仪表方案这种方案是指整个测试系统是由仪器、仪表组合而成。数据的测量可以采用相对应的传感器，数据的调理可以各种调理模块，数据的采集可以使用相应的数据采集模块，数据分析可以有频率分析仪、振
23、动测试仪、各种数字量处理模块等，打印选用绘图仪，显示可以采用使用组态软件的专用显示设备。这种方法搭建系统方便，根据使用的精度可以选择满足要求的仪器，测量可以保证可靠性，不过也可以看出，这种方案需要的硬件多，相对资金投入也要大。(2) 单片机与上位机构成的分布式测试系统目前有些水泵的检测系统也采用这种方案。单片机作为下位机，PC机或工控机作为上位机。单片机可以根据实际情况选择使用一个或几个，负责对传感器测量到的试验性能参数进行采集，转换，并进行简单的处理，然后将数据通过数据总线(并行总线或串行总线)将数据传输到上位机，上位机负责对数据的进一步处理，并对数据进行管理、显示、数据拟合，打印报表等。这
24、种测试方案较为简单，投资也不会很大，对于水泵出厂试验或者对于水泵运行系统的监测十分适用，但它也有不足之处，那就是数据传输速度较为缓慢，传送量不大。这样在水泵进行型式试验或者在为水泵性能研究提供参考数据的情况下，不能快速，大批量的采集数据，来捕捉到可能的性能信息，比方说，汽蚀的临界点。因此在这一系统测量方案，不能满足厂家对测试系统的要求。(3) 数据采集卡和PC机或工控机构成的测试系统这种方案是采样用传感器作为测量设备，数据采集卡作为数据转换设备，PC机作为数据处理和管理的主要设备来构成的测试系统。这种方案资金投入不是很大，并且能够完成数据的大批量、快速传送到PC机和上位机进行分析。这样，便能够
25、完成对型式试验、出厂试验以及为泵的研发提供参考数据的要求。对这三种方案进行比较可以看出第三种方案最为适合机械厂对水泵测试系统的要求。因此，我们选定这一方案作为测试系统的构架。2.2 开发平台的选择在对测试系统应用软件选择开发平台时，一般有三种选择，一是采用传统的方法，采样高级语言，如:VisualBasic,VisualC 十十，Delphi等编写的仪器软件;一种是采用现在流行的图形语言编程方法，如NI公司的LabVIEW以及HP公司的VEE等;再就是介于两者之间，采用传统的编程语言方式，通过大量定制的功能模板调用来简化实际编程的工作，如NI公司的LabWindows/CVI。适于虚拟仪器技术
26、的应用软件框架主要是后两种。图形化编程语言方式代表了测试软件的发展方向，具有编程效率高、修改灵活、功能完善、操作与显示界面快速设计、测试任务方便等特点，并且具有与多种编程语言的接口，便于用户扩展。因此选择具有图形化编程方式的系统软件开发集成环境。HPVEE和LabVIEW都提供了完成虚拟仪器设计和测试数据分析的基本功能，并且具有与编程语言的接口。在使用操作、界面设计上也各有特色。但LabVIEW软件在功能上更完善一些，一方面体现在它可以提供编译环境，便于生成实际应用的可执行文件，简化了对实际系统的配置要求;另一方面还提供了对PC总线数据采集与功能卡的驱动能力，HPVEE尚不具备上述功能。Lab
27、VIEW自1986年问世以来，已成为测试与测量领域的工业标准，它可以通过GPIB,VXI, PLC，串行设备和插卡式数据采集设备构成实际的数据采集系统。它提供工业界最大的仪器驱动程序库，它还支持通过Internet, ActiveX,DDE, SQL等交互式通信方式实现数据共享，它所提供的众多开发工具使得复杂的测试与测量任务变得简单易行。本测试系统采用LabVIEW7.0版。与以往版本比较，更为开放，并进一步增强和简化了LabVIEW远程应用程序开发，运行用户可以通过Web浏览器控制远端的应用程序;扩充和更新了测量分析功能，引进了全新的逐点分析库，提供了测量分析的工作的精度、效率和速度;改进了
28、人机交互界面编程技术:集成了最新的无线通信、运动控制和图像处理模块，应用领域进一步扩大。2.3 水泵性能参数测试台管路装置2.3.1 试验装置按照国家标准，水泵的试验装置主要分为:开式池式试验装置和闭式回路试验装置(1)开式池式试验装置如图2.1所示，进口吸水和出口排水不在同一水源或者两者相距较远，对水源相互的影响几乎可以忽略。这种试验装置可以保证吸入水流平稳，有效的去除旋涡的影响，并且设备简单，适合不同型号水泵试验。但由于吸水和排水分开，占地面积大，并且受到环境条件的限制。(2)闭式回路式试验装置如图2.2所示，进口吸水和出口排水在同一个水源，水循环使用，这种装置由于容器有限，使得进口进水受
29、到出口水流的影响，水流不平稳，容易产生旋涡，但另一方面，该装置占地面积小，可在厂房内设置。在采取一定措施后也能保证试验精度。图2.1水泵开式池式试验装置示意图 1-试验泵 2-测功仪 3-测速仪 4-压力表 5-流量调节阀 6-真空计 7-入口节流阀 8-水封节流阀 9-水堰 10-换向器图2.2 水泵闭式回路试验装置示意图1-汽蚀罐 2-水封式闸阀 3-稳定器 4-真空计 5-试验泵 6-扭矩传感器 7-电动机8 -扭矩转速测量仪 9-压力表 10-流量计 11-流量调节阀由于实验场地的限制，以及进口吸水和出口排水在同一个水源，水可以循环使用且符合实验室测试要求,故选择方案2闭式回路实验装置
30、。2.3.2 试验管路的安装根据GB3216-89规定，对于标准的试验装置必须采取一切的有效措施来保证通过测量截面的液流具有如下特性:(1)轴对称的速度分布;(2)等静压分布:(3)无装置引起的旋涡。为了保证以上条件，对于型式数小于或等于1.5的泵使用在标准条件下进行试验。对于型式数大于1.5的泵，这样的试验结果将只适合于规定的条件，而且这种试验的目的在于提供一种保证，既如果安装合适，泵将达到规定的性能。对于标准试验回路，国标规定:若入口节流阀一直保持全开状态，入口等径直管的长度取用不小于7D (D为直管径);若入口节流阀任意开度状态，入口等径直管的长度应不少于12D(D为管径)。我们从具有自
31、由液面的水池中引水，并要进行试验，考虑任意开度状态。因此，入口等径直管的长度取15D.我们并且采用下列措施以避免出现大的旋涡:(1)进口处使用整流栅，以平稳水流(2)恰当的布置取压孔，使它对测量的影响减至最小(3)置泵出口等径管段长度取用4D如果泵在模拟现场条件下进行试验，则不在紧接泵的前面设置整流栅。因为重要的是模拟回路的液流性能应是可控制的;液流应当尽可能没有装置引起的大的旋涡，并且有对称速度分布。必要时应当用精皮托管排(梳状管)测定进入模拟回路的液流速度分布， 以证实液流特性符合要求。2.4 总体方案根据以上的分析，本测试系统采用了传感器、数据采集卡、PC机、虚拟仪器软件平台相结合的设计
32、方案。系统的总体方案如图2.4所示，系统配置如图2.5所示。系统的整体运行分为实时显示、基本性能测试和调速性能测试。基本性能测试是通过水泵流量的调节，来分析水泵的扬程、功率、效率。调速性能测试是在电动机不同转速的情况下，纪录流量变化带来的扬程、功率、效率变化，分析水泵的调速性能。2.4系统总体方案流程图图2.5 系统配置图2.5 本章小结 本章通过对水泵性能参数测试方案、软件开发平台和试验管路的比较、选择，根据实际情况及所掌握的知识，确定了以Labview虚拟仪器软件为开发平台，由传感器、数据采集卡、PC机构成的水泵性能参数测试系统。 第三章 管路参数的选择根据水泵型号 KQDW 50-107
33、及查阅相关资料手册得以下参数：3.1 无缝钢管的选择：流体输送用的不锈钢无缝管，适用于石油、化工、轻工等行业的气体、液体、干粉等介质输送，产品性质优良抗腐蚀。 根据水泵进出口口径大小，查机械设计手册4得： (1)直管的选择：吸入管外径60mm，内径50mm，壁厚5mm； 排出管外径60mm，壁厚5mm。 实物如图3.1所示： (a) (b) (c) (d)图3.1 直管 (2)弯管的选择：管径（内径）50mm，壁厚5mm。 实物如图3.2所示： (a) (b)(c)图3.2 弯管3.2 法兰的选择： 根据直管公称通径的大小，查机械设计手册4得： 选用平面整体钢制管法兰 (1) 入口法兰： 公称
34、通径 50mm， 法兰外径 165mm 法兰厚度（C）20mm 螺栓孔中心圆直径（K）125mm 螺栓孔径（L）18mm 螺栓数量（n）4 螺栓螺纹（Th）M16 (2) 出口法兰参数同入口法兰。实物如图3.3所示： (a) (b)(c)图3.3 法兰3.3 垫片的选择： 根据法兰公称通径的大小，查机械设计手册4得： 选用平面型钢制管法兰用石棉橡胶垫片(1) 入口垫片：公称通径 50mm 垫片内径 61mm 垫片外径 165mm 螺栓孔中心圆直径（K）125mm 螺栓孔径 18mm 螺栓孔数 (n)4 (2) 出口法兰垫片参数同入口实物如图3.4所示： (a) (b) (c) (d)图3.4
35、垫片3.4 阀门的选择:根据直管公称通径的大小，查机械设计手册4得：选用 Z44T-10平行式双闸板闸阀如图3.5所示, 实物如图3.6所示：图3.5 Z44T-10平行式双闸板闸阀 (a) (b) 图3.6 阀门 Z44T-10平行式双闸板闸阀参数如表3.1所示：表3.1 Z44T-10平行式双闸板闸阀参数公称通径DN(mm)公称压力PN(MPa)外形尺寸(mm)阀门重量(kg)LDD1D2D6hf2fx-dHD0501.62501601251008820434-1837225029第四章 水泵性能参数测量的基本原理4.1 水泵试验概述根据绪论所述，流体在水泵中的运动过程十分复杂，以致不能完
36、全用完整的数学解析式来描述水泵在不同工作状态下的运动特征，所以，目前还必须利用试验的方法来测量水泵的重要技术指标，尤其是测量水泵的流量、扬程、轴功率、效率、转速等参数，并以测量结果作为评判该泵在性能上是否达到规定的设计要求。根据水泵试验的目的，进行水泵试验的类别主要有水泵的型式试验和水泵的出厂试验。其中型式试验又称典型试验，它包括水泵的运转试验、性能试验。作水泵的运转试验应在规定转速及输送液体允许最高温度等条件下进行，所选择的试验点应落在水泵规定的使用范围内，运转试验时间一般至少持续30分钟以上。进行运转试验的目的主要是检查水泵工作的可靠性，例如检查水泵轴承和填料的温升、密封部分的泄漏、密封环
37、和轴承的磨损，水泵各部位的振动及其运转噪声等情况;作水泵的性能试验则是为了测得水泵的主要性能参数值，并确定各个性能参数之间的相互关系，试验范围应从水泵关闭点(或称最小流量点)开始到至少高于泵最大流量的15%之间。检查泵的扬程、功率、泵效率及转速等性能参数值，并与该产品的规定值进行比较，判断其是否达到规定要求，确定产品的精度级别。4.2 水泵性能参数测试理论与测试仪表选择4.2.1水泵流量测量与流量变送器选择流量:指水泵在单位时间内通过泵出水口的体积量，通常用Q，常用的体积流量单位是或。 流量测量原理在水泵性能参数试验中，流量是一个重要的物理参量。目前流量测试仪器仪表和测试方法有很多，如节流流量
38、计、量水堰、超生波流量计、涡轮流量计等，测量方法和测量原理都各不相同。我们在参照了国家标准GB/T3214-91水泵流量的测量方法，考虑到涡轮传感器测量流量比较简单和普遍，自动化程度与测量精度容易得到保证，利用微计算机进行流量数据的采集也特别简单，所以在设计时，我们首选了涡轮流量计作为测试水泵流量的传感器。 图4.1 涡轮流量计结构图1-涡轮 2-支承 3-永久磁钢 4-感应线圈 5-壳体 6-导流器在结构上，涡轮流量计主要由涡轮、支承、永久磁钢、感应线圈、壳体、导流器组成，如图4.1所示。其流量测量过程在于:图4.2 涡轮流量计流量测试方框图如图4.2涡轮流量计流量测量原理所示。涡轮流量计是遵循动量守恒的一种速度式流量仪表。当流体沿管道的轴线方向流动并冲击具有导磁性的涡轮叶片时，涡轮便周期性地旋转，其旋转速度一般随流量大小的变化而变化;由于变送器内装有磁电转换装置(由永久磁钢和感应线圈组成)，当导磁性叶片旋转时，叶片便周期性地改变磁电系统的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生周期性的变化，因此感应线圈便感应出连续的脉冲电信号;当液体流速相当大，且在变送器许可的测量范围内时，变送器电磁阻力矩、机械摩擦阻力矩、粘滞阻尼矩均可忽略不计，这时涡轮流量计输出的脉动信号与流量可近似为线性关系，即有。假如通过微计算机对脉动信号进行计数，由单位时间的脉冲数和累计脉冲数不难折算出流过变送器的瞬时流量
