CN106968934A - 水泵汽蚀余量自动测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泵汽蚀余量自动测试系统及其方法，包括：排出罐、储水罐以及连接排出罐与储水罐的流量调节管路，该管路上安装有电动闸阀、流量计、气动调节阀；安装在储水罐上的抽气罐；真空泵以及将真空泵与抽气罐连通的、装有开关阀的抽气管路及其支管路；与真空泵电连接的电机；安装有电动闸阀和压力变送器且与被测水泵的进水口连通的进水管路；与被测水泵的出水口连通的出水管路，该管路上安装有电动闸阀、压力变送器和开关阀；集成有数据采集模块和数据控制模块且通过信号线与前述电动闸阀、压力变送器等部件连接的测控柜，测控柜上还设有网络输出接口，用于与装有测试程序的工控机通讯。本发明能自动、快速、准确地测试水泵汽蚀余量。

Description

水泵汽蚀余量自动测试系统及其方法

技术领域

本发明属于水泵测试技术领域，具体涉及一种水泵汽蚀余量自动测试系统及其方法。

背景技术

水泵汽蚀余量测试是水泵性能测试的基础性工作之一，是水泵的整个生产流程中重要的组成部分。水泵在工作过程中，常因泵内流体局部压力下降而产生汽蚀现象，从而对水泵部件乃至泵壳有损害作用，严重时会导致水泵不能正常工作，而泵的汽蚀余量目前还无法通过理论计算求得。

目前，水泵汽蚀试验测试大多通过调节安装在进水管路上的阀门，逐渐减低泵的进口压力值，同时调节安装在出水管路上的阀门，以保持流量恒定，待扬程下降超过3％，则汽蚀试验结束。整个试验过程需同时调节进口压力和流量两个参数，不仅测量误差大、效率低，而且测试人员劳动强度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的水泵汽蚀试验所存在的测试误差大、效率低且劳动强度大的缺陷，从而提高测试的精度与自动化程度。为了实现这一目的，本发明提出了一种水泵汽蚀余量自动测试系统，其包括下述部件：

(1)排出罐、储水罐以及连接排出罐与储水罐的流量调节管路，流量调节管路上安装有电动闸阀、流量计、气动调节阀，

(2)安装在所述储水罐上的抽气罐；

(3)真空泵以及将真空泵与所述抽气罐连通的抽气管路，抽气管路上装有开关阀，抽气管路上还设有一条直通大气的支管路，支管路上也装有开关阀；

(4)与所述真空泵电连接的电机；

(5)与被测水泵的进水口连通的进水管路，进水管路上安装有电动闸阀和压力变送器；

(6)与被测水泵的出水口连通的出水管路，出水管路上安装有电动闸阀、压力变送器和开关阀；

(7)测控柜，其通过信号线与前述各电动闸阀、压力变送器、开关阀、流量计、气动调节阀连接，测控柜里集成有数据采集模块和数据控制模块，测控柜上还设有网络输出接口，用于与装有测试程序的工控机通讯。

在上述技术方案的基础上，本发明可附加下述技术手段，以便更好地解决本发明所要解决的技术问题：

所述抽气罐上还连接有开关阀，其作用是给抽气罐补气。

进一步地，所述储水罐上还安装有温度变送器，用于实时测量液体温度。

与上述水泵汽蚀余量自动测试系统相配合，本发明进一步提供了一种水泵汽蚀余量的测试方法，其包括下述步骤：

步骤一，工控机根据性能试验结果，用多项式拟合流量-扬程曲线Q-H，并将整个曲线沿竖坐标方向向下平移3％，得到Q-H₃曲线；

步骤二，根据性能试验记录结果给定气动调节阀的开度值；

步骤三，水泵汽蚀余量测试系统稳定后，启动真空泵；

步骤四，打开抽气管路上的开关阀，关闭支管路上的开关阀，真空泵投入使用；

步骤五，连续采集压力变送器，流量计，转矩转速传感器的信号，并实时计算出扬程值H_a；

步骤六，工控机根据Q-H₃曲线表达式及实时采集到的实际流量值，通过插值实时计算出对应的扬程判断基准值H_t；

步骤七，实时对比H_a和H_t值；

步骤八，当H_a≤H_t时，关闭抽气管路上的开关阀，打开支管路上的开关阀；

步骤九，打开抽气罐上的开关阀，对抽气罐进行补气，补气结束后关闭抽气罐上的开关阀；

步骤十，进入下一个工况点试验，重复第二至第九步骤，直至所有工况点测试完毕；

步骤十一，绘制流量-汽蚀余量Q-NPSH曲线；

步骤十二，将待测的一组流量目标工况值代入Q-NPSH曲线表达式，则可求得一组汽蚀余量值。

本发明具有下述有益效果：

本发明基于计算机技术、自动控制技术以及传感器技术的综合运用，能自动、快速、准确地测试水泵汽蚀余量，从而极大地提高了水泵汽蚀余量的测试效率与测试精度，降低了测试人员的劳动强度，改善了测试人员的工作环境。

附图说明

图1为本发明中的水泵汽蚀余量测试系统的结构示意图；

图2为本发明中的水泵汽蚀余量测试方法的流程图；

图3为本发明的一个实施例中的测试结果数据处理图；

图4为本发明的一个实施例中的水泵汽蚀试验曲线图。

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明的两个实施例。

实施例1

如图1所示，一种水泵汽蚀余量自动测试系统，其包括下述部件：

(1)排出罐1、储水罐2以及将排出罐1与储水罐2连通的流量调节管路3，流量调节管路3上依次安装有电动闸阀301、流量计302、气动调节阀303。电动闸阀301的主要作用是，当需要检修管路或仪表时，用于截断流量调节管路3中的水流。流量计302用于测量被测水泵10的流量。气动调节阀303用于调节流量调节管路3中的水流量。储水罐2上还安装有温度变送器201，用于实时测量液体温度。

(2)安装在所述储水罐2上的抽气罐4，抽气罐4上还连接有开关阀401，其作用是给抽气罐4补气。

(3)真空泵5以及将真空泵5与所述抽气罐4连通的抽气管路6，抽气管路6上装有开关阀601；抽气管路6上还设有一条直通大气的支管路602，支管路602上装有开关阀603；

(4)与所述真空泵5电连接的电机7，真空泵5由电机7驱动，打开抽气管路6上的开关阀601，则可对抽气罐4进行抽气，从而降低被测水泵进水口的压力；当打开支管路602上的开关阀603，关闭抽气管路6上的开关阀601时，真空泵5不投入使用，本实施例通过这两个开关阀的切换而避免频繁启动、停止电机7。

(5)与被测水泵10的进水口连通的进水管路8，进水管路8上安装有电动闸阀801和压力变送器802；电动闸阀801主要用于安装和拆卸待测水泵10时截断进水管路8中的水流，压力变送器802用于测量被测水泵10的进水口处的压力，并将压力信号转变为电信号。

(6)与被测水泵10的出水口连通的出水管路9，出水管路9上安装有电动闸阀901、压力变送器902和开关阀903。电动闸阀901的主要作用是，当需要检修管路或仪表时，用于截断出水管路9中的水流。压力变送器902用于测量被测水泵10的出水口处的压力，并将压力信号转变为电信号。开关阀903用于试验过程中给出水管路9排气。

(7)测控柜，其通过信号线与前述各电动闸阀、压力变送器、开关阀、流量计、气动调节阀连接，测控柜里集成有数据采集模块和数据控制模块，测控柜上还设有网络输出接口，用于与装有测试程序的工控机通讯。

本发明水泵汽蚀余量测试系统工作时，先将被测水泵10与水泵电机11通过转矩转速传感器12连接，水泵电机11启动后带动水泵10运转。试验过程中，水从被测水泵10的出水口排出，经出水管路9进入排出罐1，再经流量调节管路3流入储水罐2，形成一个闭式系统。测试水泵汽蚀余量时，启动电机7，打开抽气管路6上的开关阀601，关闭支管路602上的开关阀603，真空泵2投入使用，对抽气罐4进行抽气，从而达到调节被测水泵进水口压力的目的，当被测水泵进水口压力值降低致使水泵发生汽蚀时，该工况点的汽蚀试验结束。在进入下一个工况点的试验前，关闭抽气管路6上的开关阀601，打开支管路602上的开关阀603，则真空泵5不投入使用。在整个测试过程中，前述各电动闸阀、压力变送器、开关阀、流量计、气动调节阀的信号线接入到测控柜的数据采集模块中，数据采集模块将上述各变送器的信号输入到工控机中进行数据处理。根据工控机处理数据后发出的指令，数据控制模块可控制各电动闸阀、开关阀和气动调节阀的工作状态。

实施例2

实施例2所涉及的是水泵汽蚀余量测试方法，亦即本发明中的方法部分。一般说来，在进行水泵汽蚀试验之前，已先进行水泵性能试验(简称性能试验)，通过性能试验可以得到一组流量、扬程数据。进行汽蚀试验时，可将流量、扬程数据通过多项式拟合成一流量-扬程曲线Q-H，并将该曲线沿竖坐标向下平移3％(亦即使该曲线上的每一点在坐标系中所对应的高度值H下降3％)，得到汽蚀试验判断基准曲线Q-H₃。此外，在性能试验过程中，还会得到一组流量、阀门开度数据，即每一个目标流量值对应一个阀门开度值，这些数据对汽蚀试验也是有用的。总之，本发明充分利用性能试验结果，可以提高汽蚀试验效率，节省调节时间。

本发明汽蚀余量测试系统，采用真空泵对抽气罐抽气来降低水泵进口压力的方式，整个试验过程系统管路阻力保持不变，系统趋于动态平衡。因此，启动真空泵后，工控机开始连续采集各变送器读数，并实时地计算出水泵的扬程值H_a。同时，工控机根据Q-H₃曲线表达式及实时采集到的实际流量值，通过插值实时计算出对应的扬程判断基准值H_t。随着真空泵对抽气罐的抽气，抽气罐中真空度逐渐升高，水泵进口压力逐渐减低，测量计算得到的扬程值H_a逐渐减小；而流量计读数也逐渐减小，则插值计算得出的基准扬程值H_t也逐渐减小。工控机实时对比两个扬程值大小，直至当H_a≤H_t时，则该工况点的汽蚀试验结束。然后进入下一个工况的试验。

由于测试完一个工况点后，抽气罐已经形成真空状态，因此在进入下一个工况点的汽蚀试验之前，需对抽气罐进行补气至其内部到达大气压状态，在补气过程中，真空泵必须停止对抽气罐抽气。具体到本实施例而言，通过切换抽气管路6上的开关阀601和支管路602上的开关阀603的工作状态，而避免频繁启动真空泵，亦即打开开关阀601，关闭开关阀603，真空泵对抽气罐进行抽气；关闭开关阀601，打开开关阀603，真空泵停止对抽气罐抽气，相当于停止真空泵电机。

以上介绍了本发明中的测试方法的基本原理，以下结合附图具体介绍其工作步骤；

一种运用图1所示的水泵汽蚀余量测试系统对水泵汽蚀余量进行测试的方法，其工作流程如图2所示，具体包括下述步骤：

步骤一，工控机根据性能试验结果，用多项式拟合流量-扬程曲线Q-H，并将整个曲线沿竖坐标方向向下平移3％，得到Q-H₃曲线；

步骤二，根据性能试验记录结果给定气动调节阀303的开度值；

步骤三，水泵汽蚀余量测试系统稳定后，启动真空泵5；

步骤四，打开抽气管路6的开关阀601，关闭支管路602上的开关阀603，真空泵5投入使用；

步骤五，连续采集压力变送器802、902，流量计302，转矩转速传感器12的信号，并实时计算出扬程值H_a；

步骤六，工控机根据Q-H₃曲线表达式及实时采集到的实际流量值，通过插值实时计算出对应的扬程判断基准值H_t；

步骤七，实时对比H_a和H_t值；

步骤八，当H_a≤H_t时，关闭抽气管路6的开关阀601，打开支管路602上的开关阀603；

步骤九，打开抽气罐4上的开关阀401，对抽气罐进行补气，补气结束后关闭开关阀401；

步骤十，进入下一个工况点试验，重复第二至第九步骤，直至所有工况点测试完毕；

步骤十一，绘制流量-汽蚀余量Q-NPSH曲线，该曲线如图4所示；

步骤十二，将待测的一组流量目标工况值代入Q-NPSH曲线表达式，则可求得一组汽蚀余量值。

经过上述十二个步骤即可完成水泵汽蚀余量的测试，测试结果经数据处理后，如图3所示。

Claims (4)

1.一种水泵汽蚀余量自动测试系统，其包括下述部件：

(1)排出罐、储水罐以及连接排出罐与储水罐的流量调节管路，流量调节管路上安装有电动闸阀、流量计、气动调节阀；

(2)安装在所述储水罐上的抽气罐；

(3)真空泵以及将真空泵与所述抽气罐连通的抽气管路，抽气管路上装有开关阀，抽气管路上还设有一条直通大气的支管路，支管路上也装有开关阀；

(4)与所述真空泵电连接的电机；

(5)与被测水泵的进水口连通的进水管路，进水管路上安装有电动闸阀和压力变送器；

(6)与被测水泵的出水口连通的出水管路，出水管路上安装有电动闸阀、压力变送器和开关阀；

(7)测控柜，其通过信号线与前述各电动闸阀、压力变送器、开关阀、流量计、气动调节阀连接，测控柜里集成有数据采集模块和数据控制模块，测控柜上还设有网络输出接口，用于与装有测试程序的工控机通讯。

2.如权利要求1所述的水泵汽蚀余量自动测试系统，其特征在于：所述抽气罐上还连接有开关阀，其作用是给抽气罐补气。

3.如权利要求1或2所述的水泵汽蚀余量自动测试系统，其特征在于：所述储水罐上还安装有温度变送器，用于实时测量液体温度。

4.一种水泵汽蚀余量的测试方法，其包括下述步骤：

步骤一，工控机根据性能试验结果，用多项式拟合流量-扬程曲线Q-H，并将整个曲线沿竖坐标方向向下平移3％，得到Q-H₃曲线；

步骤二，根据性能试验记录结果给定气动调节阀的开度值；

步骤三，待水泵汽蚀余量自动测试系统稳定后，启动真空泵；

步骤四，打开抽气管路上的开关阀，关闭支管路上的开关阀，真空泵投入使用；

步骤五，连续采集压力变送器、流量计、转矩转速传感器的信号，并实时计算出扬程值H_a；

步骤六，工控机根据Q-H₃曲线表达式及实时采集到的实际流量值，通过插值实时计算出对应的扬程判断基准值H_t；

步骤七，实时对比H_a和H_t值；

步骤八，当H_a≤H_t时，关闭抽气管路上的开关阀，打开支管路上的开关阀；

步骤九，打开抽气罐上的开关阀，对抽气罐进行补气，补气结束后关闭抽气罐上的开关阀；

步骤十，进入下一个工况点试验，重复第二至第九步骤，直至所有工况点测试完毕；

步骤十一，绘制流量-汽蚀余量Q-NPSH曲线；

步骤十二，将待测的一组流量目标工况值代入Q-NPSH曲线表达式，则可求得一组汽蚀余量值。