【正文】 化時，會引起其他參數(shù)的變化。為了正確選擇、使用水泵，必須了解這些參數(shù)之間的相互關(guān)系。由于水泵理論至今仍不十分完善，所以水泵性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗。水泵性能試驗包括基本性能試驗和變速下的通用性能試驗?；拘阅茉囼炇窃谒棉D(zhuǎn)速不變的情況下，改變水泵流量，測試水泵的各個性能參數(shù)變化，并繪制性能曲線。但隨著水泵調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應用的越來越普及，變速調(diào)節(jié)下的水泵 性能參數(shù)的變化也越來越值得研究。 長期以來，我國的水泵測試手段比較落后。水泵性能參數(shù)測試設(shè)備仍主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數(shù)據(jù)、手工繪制曲線為主，存在測量手段落后，測量精度不高和勞動強度高等功能缺點，這種狀況在我國還相當普遍。 從 20世紀八十年代末到九十年代初，在伴隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，在水泵性能參數(shù)的自動采集和測試方面，我國取得了一定的進步。浙江機械研究所、江蘇理工大學、山東農(nóng)業(yè)大學、華北水利電力學院等單位相繼對水泵實驗裝置進行了研究與開發(fā)，建立了各具特色的 實驗裝置，他們?yōu)樗米詣訙y試系統(tǒng)的不斷完善發(fā)揮了先導作用。如中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究等開發(fā)的 PMS水泵綜合測試系統(tǒng)，它是以工控機為下位機、 PC機為上位機構(gòu)成的分布式大型水泵參數(shù)測試系統(tǒng)，功能完備，但操作也比較復雜；另外，江蘇理工大學 TP自動化研究開發(fā)的泵參數(shù)綜合測量儀則結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。他們都是各具特色的水泵性能參數(shù)測試設(shè)備。 在我國，許多廠家或者是國有企業(yè)改制后的中、小型企業(yè)，或者是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、民營企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模一般不大、并且產(chǎn)品多樣，許多廠家的水泵甚至按照用戶的需求進行生產(chǎn)，很難形成統(tǒng)一的系列。在這種情況 下，對水泵的系能測試系統(tǒng)就要求具有：（ 1）投資少，適合小企業(yè)的推廣使用；（ 2）測試系統(tǒng)調(diào)整或升級比較容易，適用于不同類型泵類產(chǎn)品測試要求；（ 3）盡量滿足不同工況測試需求，能為水泵改型提供參考；（ 4）操作安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 4 簡單、易行。因此，對于這種需求現(xiàn)狀，目前的測試系統(tǒng)中仍然存在一些缺憾；或者參數(shù)測量不完整或者系統(tǒng)過于龐大且復雜，造價太高而不能為眾多小型水泵生產(chǎn)廠家所采用，或者功能單一不易推廣。 因此，在大多數(shù)小型泵廠，其型式試驗和出廠試驗仍然靠手工操作為主。如何在國家標準的基礎(chǔ)上，利用新技術(shù)、新設(shè)備等手段實現(xiàn)水泵性能的自動 測試與分析已成為國內(nèi)眾多水泵生產(chǎn)廠家及研究單位的迫切需求。 水泵測試在生產(chǎn)與研究中的作用 目前，泵應用很多，其規(guī)模和投資越來越大，功能分類越分越細，這一切與泵試驗及測試技術(shù)的發(fā)展是分不開的。因為泵從研究、開發(fā)、生產(chǎn)到應用，必須經(jīng)過一系列試驗。因此，測試在泵的發(fā)展中具有極其重要的地位。 由于水泵理論至今仍不十分完善，流體在水泵中的運動過程中十分復雜，無法用完整的數(shù)學解析式來描述水泵在不同工作狀態(tài)下的運動特征，所以水泵的各項技術(shù)指標仍然必須用水泵實驗的方法來測量，即水泵性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗， 并以測量的結(jié)果來評判泵的性能是否達到規(guī)定的要求。 泵是～種通用機械，種類繁多，廣泛應用于農(nóng)田排灌、城市給排水、石油化工、動力工業(yè)、冶金工業(yè)、造船工業(yè)、機械制造、火箭燃料供給等”。根據(jù)近期市場預測，到2020 年，工業(yè)泵總產(chǎn)值將達到 180億元，可實現(xiàn)銷售收入 190億元； 當前還是泵行業(yè)出口創(chuàng)匯增加幅度最大的時期，預測 2020 年、 2020 年的出口創(chuàng)匯額可分別達到 4． 5億美元和 7 億美元左右，比 1998 年增加 2． 5倍和 4． 4倍，比 2020 年的預測值也將增加 1． 2倍和 2． 9倍，將占到工業(yè)總產(chǎn)值的 25％和 32％左右 。 “由此可見，當前正是泵業(yè)發(fā)展的朝陽時期，泵業(yè)市場的利潤空間巨大。但據(jù)近期市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)雖然泵業(yè)生產(chǎn)企業(yè)眾多，原材料和勞動力廉價，但高水平、高質(zhì)量的泵產(chǎn)品卻供不應求，仍需從國外大量進口。這對于國內(nèi)泵企來說，不僅丟失了市場，降低了利潤空間，而且不利于國內(nèi)高檔泵類產(chǎn)品的研發(fā)，無疑是個遺憾。究其原因，主要是國內(nèi)泵業(yè)缺乏具有新的思路、現(xiàn)代的試驗手段、先進控制的水泵測試系統(tǒng)，難以總結(jié)出新的理淪來指導產(chǎn)品研發(fā)，改良生產(chǎn)質(zhì)量，提高產(chǎn)品性能，以至于市場急需的產(chǎn)品試制太慢或短缺，多數(shù)泵類產(chǎn)品的性能水平與用戶 的要求差距較大，很難沖出傳統(tǒng)產(chǎn)品的格局。這就需要從根本出發(fā)，找到解決問題的辦法，循序漸進，才能有新的突破。因此，現(xiàn)階段我們開展水泵綜合參數(shù)自動測試系統(tǒng)的研究，能夠促進水泵測試系統(tǒng)的自動化水平，有助于提高泵產(chǎn)品的研發(fā)效率、改善產(chǎn)品的性能水平，具有較高的實用價值，對于提高國內(nèi)泵企的國際競爭力也具有現(xiàn)實意義。 水泵的性能指標 水泵的應用如此廣泛，為了正確使用，我們必須了解其性能的特點，水泵的性能主安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 5 要從以下幾個方面來考慮： 流量 :指水泵在單位時間內(nèi)通過泵出水口的體積量 ； 揚程 :就是單位重量的液體通過水泵后所 獲得的能量，或者是水泵的出口總水頭與入口總水頭的代數(shù)差 ； 功率 :水 泵的有效功率 ； 效率 :水泵的效率η ； 轉(zhuǎn)速 :電動機的轉(zhuǎn)速 。 國內(nèi)外泵測試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國外泵測技術(shù)現(xiàn)狀 國外在水泵測試領(lǐng)域研究起步較早，測試系統(tǒng)的產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟。由于泵測試技術(shù)的重要性，國內(nèi)外在致力于泵研究、設(shè)計、加工的同時，也相繼建立了一些配套的泵試驗臺。 例如，英國國立工程實驗室（ NEL） 的水力試驗臺，自 1961 年 1 月運行至今，該試驗臺適用于水泵和模型水輪機（最大直徑 ）的性能試驗，可以以開式和閉式兩種循環(huán)方式進行效率和汽蝕試驗，部分參數(shù)可自動控制，試驗數(shù)據(jù)由計算機進行自動采集、處理，并自動繪制和打印試驗結(jié)果。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在試驗臺設(shè)備的不斷更新及數(shù)據(jù)采集處理手段的改進，測試的精度和自動化程度也就相應地提高了。目前，國外測試系統(tǒng)呈現(xiàn)出高集成、小體積、可移動、多功能、設(shè)備全、易操作等特點。西德 KSB公司和瑞士蘇爾康公司水泵試驗臺均采用了計算機自動化測試系統(tǒng)。又例如美國TecQuipment Inc 生產(chǎn)的 Centrifugal Pump Test Sst（ GI15） ，是一臺用于離心泵測試的裝置。 GI5 提供了一種測試研究離心泵在不同揚程、流量、轉(zhuǎn)速下的特性的方法。同類產(chǎn)品的還有英國 Cussons Technology 公司生產(chǎn)的 P6250 齒輪泵、軸流泵、離心泵和活塞泵測試平臺等。這類水泵測試裝置盡管具有高集成、小體積、可移動、多功能、設(shè)備全、易操作等優(yōu)點，但在數(shù)據(jù)處理方面尚顯的功能薄弱，缺少嵌入式的數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，效率不高。針對以上的不足，另外一種基于計算機的測試系統(tǒng)孕育而生。例如美國的 AgriTechnology 公司開發(fā)的 PTEST 水泵測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)在 Windows 或 DOS 環(huán)境下工作，操作者將觀測到 的數(shù)據(jù)輸入計算機， PTEST 系統(tǒng)根據(jù)水泵的測試公式、算法及 ISO 標準，計算出相關(guān)參數(shù)，擬合曲線、保存數(shù)據(jù)并生產(chǎn)打印報表。此外還有美國Scientific Software 集團開發(fā)的 Infinite Extent 等水泵測試系統(tǒng)。 國內(nèi)泵 測試技術(shù)的 發(fā)展現(xiàn)狀 從 20世紀八十年代末到九十年代初， 在伴隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，在水泵性能參數(shù)的自動采集和測試方面，我國取得了一定的安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 6 進步。浙江機械研究所、江蘇理工大學、山東農(nóng)業(yè)大學、華北水利電力學院等單位相繼對水泵實驗裝置進行 了研究與開發(fā)，建立了各具特色的實驗裝置，他們?yōu)樗米詣訙y試系統(tǒng)的不斷完善發(fā)揮了先導作用。如中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究等開發(fā)的 PMS水泵綜合測試系統(tǒng)，它是以工控機為下位機、 PC機為上位機構(gòu)成的分布式大型水泵參數(shù)測試系統(tǒng)，功能完備，但操作也比較復雜 .九十年代初，天津正大電子研究所研制開發(fā)出采用標準儀器和 IBM286計算機組成的 GC4水泵自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用標準儀器以積木的方式組成，這種開放式的組成方式使得各儀器脫離計算機都可以獨立工作，系統(tǒng)的組成與分解，維修和計量都十分方便。另外江蘇理工大學 TP自動化（ TPA） 研發(fā)中心開發(fā)的泵類產(chǎn)品測試（實驗）系統(tǒng)為功能比較完善的測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，且安裝方便。以上都是各具特色的水泵性能參數(shù)測試設(shè)備。 在我國，許多廠家或者是國有企業(yè)改制后的中、小型企業(yè)，或者是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、民營企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模一般不大、并且產(chǎn)品多樣，許多廠家的水泵甚至按照用戶的需求進行生產(chǎn)，很難形成統(tǒng)一的系列。在這種情況下，對水泵的系能測試系統(tǒng)就要求具有：（ 1）投資少，適合小企業(yè)的推廣使用；（ 2）測試系統(tǒng)調(diào)整或升級比較容易，適用于不同類型泵類產(chǎn)品測試要求；（ 3）盡量滿足不同工況測試需求，能為水泵改型提供參考；（ 4） 操作簡單、易行。因此，對于這種需求現(xiàn)狀，目前的測試系統(tǒng)中仍然存在一些缺憾；或者參數(shù)測量不完整或者系統(tǒng)過于龐大且復雜，造價太高而不能為眾多小型水泵生產(chǎn)廠家所采用，或者功能單一不易推廣。因此，在大多數(shù)小型泵廠，其型式試驗和出廠試驗仍然靠手工操作為主。如何在國家標準的基礎(chǔ)上，利用新技術(shù)、新設(shè)備等手段實現(xiàn)水泵性能的自動測試與分析已成為國內(nèi)眾多水泵生產(chǎn)廠家及研究單位的迫切需求。 泵測試技術(shù)的發(fā)展趨勢 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，我國水泵企業(yè)對測試設(shè)備的自動化、智能化要求與日俱增。一方面，要求測試系統(tǒng)具有更高的速 度、精度、可靠性和自動化水平，以便減少人力和提高工作效率；另一方面，要求測試系統(tǒng)具有更大的靈活性和適應性?？傮w來說，水泵測試系統(tǒng)正朝著如下幾個方向發(fā)展： 1．采用高精度、自動化的智能測試技術(shù) 傳統(tǒng)的方式中，由于缺乏先進的控制方法，使得測量精度的提高進一步受到 限制，不能鑒別設(shè)計上的微小改善，尤其是對于流量這個具有非線性、時變、難以建立精確數(shù)學模型的控制對象，通常的方法是：由人工進行工況調(diào)節(jié)，完全依靠操作人員的經(jīng)驗，調(diào)節(jié)費時、費力、穩(wěn)定性差并且精度不高。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是自 適應控制、魯棒控制、非線性控制、大系統(tǒng)理論和預測控制等現(xiàn)代控制理淪的出現(xiàn)”，以及儀器儀表的高度自動化和信息管理的現(xiàn)代化，使得對流量的自動調(diào)節(jié)成為可能，一些先進的控制方法如模糊控制不依賴于被控對象的安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 7 數(shù)學模型，對無法建模或很難建模的復雜對象，也能利用人的經(jīng)驗知識來設(shè)計模糊控制器完成控制任務(wù)。與傳統(tǒng)的 PJD 控制相互結(jié)合， 可以揚長避短，提高控制精度。 因此水泵測試系統(tǒng)應打破傳統(tǒng)的測試方法，綜合采用現(xiàn)代的檢測技術(shù)、智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子計算機及其外部設(shè)備自動進行參數(shù)測試、傳輸和處理。 采用實時調(diào)節(jié) ，實時測試，能快速采樣和測試參數(shù)，從而提高水泵測試系統(tǒng)的精度和自動化程度。 2．深入進行內(nèi)特性方面的測試 深入進行水泵流道內(nèi)不同工況下流速分布、壓力分布、壓力脈動、汽蝕形態(tài)、汽蝕強度、汽蝕侵蝕部位等內(nèi)特性的研究，對全面測試水泵的性能、發(fā)展水泵理論和提高設(shè)計水平有重要意義，因此國外一些廠家和有關(guān)高等院校對內(nèi)特性的測試十分重視。目前高速攝影技術(shù)、流場顯示技術(shù)、熱膜探針、電子探針以及激光測速儀等新技術(shù)和儀表均己得到應用。電子計算機在流態(tài)分析中也得到了應用。 3．多功能化 一個功能完善的微機水泵綜合測試系統(tǒng)一般應能對多型式、多種規(guī)格的水泵進行測試，以此增加試驗裝置的適應性、多功能性。此外，還要求盡量縮短研制周期和降低成本。 本研究課題的提出、內(nèi)容及意義 本研究課題的提出 根據(jù)試驗的要求，并結(jié)合國內(nèi)外應用虛擬儀器開發(fā)的測試與分析系統(tǒng)的實例，本課題采用虛擬儀器技術(shù)對水泵試驗的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、試驗數(shù)據(jù)的分析處理與曲線擬合、數(shù)據(jù)存儲、報表打印等進行研究，研制了一套書泵性能測試系統(tǒng)，滿足了試驗的需求，并適合進一步技術(shù)推廣。 本課題研究的內(nèi)容 本課題設(shè)計了利用計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)等技術(shù)相結(jié)合的水泵性能測試試驗臺。本套計算機輔助水泵性能參數(shù)要完成如下內(nèi)容： 實現(xiàn)對水泵進、 出口壓力、 流量、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率的實時監(jiān)測功能。 因此，本課題的主要任務(wù)是選用合適的測試手段與測試方法，進行水泵性能參數(shù)試驗臺的管路及軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)自動采集與數(shù)據(jù)處理，完成水泵性能參數(shù)測試及數(shù)據(jù)處理功能。 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 8 本課題研究的意義 本課題采用傳感器、 plc 技術(shù)充分發(fā)揮 plc 在 PC 機環(huán)境中對數(shù)據(jù)的處理、轉(zhuǎn)換、曲線繪制、數(shù)據(jù)存儲、界面顯示、 報表打印等功能。這樣，測試系統(tǒng)一方面減少硬件需求，只是數(shù)據(jù)采集卡，基本管路和傳感器，甚至 PC 機只是在實驗室使用，平時還可以用于日常辦公，因此降低了開發(fā)成本；同時模塊化設(shè)計使得在對不同類型、不同型式水泵進行測量時，程序調(diào)整或升級變的簡單，并且操作界面好，使用方便；另外使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)可以完成通用性能曲線的繪制時對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求，使得測試系統(tǒng)能夠滿足實際需要。 水泵作為僅次于電機的第二大通用機械，在國民生產(chǎn)中占有極其重要的地位，因此，開發(fā)出一套適合我國國情、能夠在眾多小型廠家推廣的水泵性能測試系統(tǒng)，對于 提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少返修率以及節(jié)約能源都有重要意義。本文即在這方面作了深入探討和嘗試。同時，本文在水泵測試系統(tǒng)功能多樣化等方面所做的一些嘗試，對今后水泵試驗臺的建設(shè)具有借鑒意義。 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 9 2 測試系統(tǒng)總體方案的