【正文】 色的水泵性能參數(shù)測試設(shè)備。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，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。 水泵測試在生產(chǎn)與研究中的作用目前，泵應(yīng)用很多，其規(guī)模和投資越來越大，功能分類越分越細(xì)，這一切與泵試驗及測試技術(shù)的發(fā)展是分不開的。因此，測試在泵的發(fā)展中具有極其重要的地位。 泵是～種通用機(jī)械，種類繁多，廣泛應(yīng)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(jī)械制造、火箭燃料供給等”?！坝纱丝梢?，當(dāng)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。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。這就需要從根本出發(fā)，找到解決問題的辦法，循序漸進(jìn)，才能有新的突破。 水泵的性能指標(biāo)水泵的應(yīng)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(jī)的轉(zhuǎn)速。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。隨著科學(xué)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(jìn)，測試的精度和自動化程度也就相應(yīng)地提高了。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(jī)自動化測試系統(tǒng)。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。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。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(jī)，PTEST系統(tǒng)根據(jù)水泵的測試公式、算法及ISO標(biāo)準(zhǔn)，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。 國內(nèi)泵測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)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(jī)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(jìn)步。如中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究等開發(fā)的PMS水泵綜合測試系統(tǒng)，它是以工控機(jī)為下位機(jī)、PC機(jī)為上位機(jī)構(gòu)成的分布式大型水泵參數(shù)測試系統(tǒng)，功能完備，天津正大電子研究所研制開發(fā)出采用標(biāo)準(zhǔn)儀器和IBM286計算機(jī)組成的GC4水泵自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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。以上都是各具特色的水泵性能參數(shù)測試設(shè)備。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，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。 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?？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(jìn)的控制方法，使得測量精度的提高進(jìn)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(xué)模型的控制對象，通常的方法是：由人工進(jìn)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。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。 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。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(yīng)用。 3．多功能化 一個功能完善的微機(jī)水泵綜合測試系統(tǒng)一般應(yīng)能對多型式、多種規(guī)格的水泵進(jìn)行測試，以此增加試驗裝置的適應(yīng)性、多功能性。、內(nèi)容及意義 根據(jù)試驗的要求，并結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)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(jìn)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(jìn)一步技術(shù)推廣。本套計算機(jī)輔助水泵性能參數(shù)要完成如下內(nèi)容：實現(xiàn)對水泵進(jìn)、出口壓力、流量、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率的實時監(jiān)測功能。 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(jī)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。 水泵作為僅次于電機(jī)的第二大通用機(jī)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。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。（1）組合儀表方案這種方案是指整個測試系統(tǒng)是由儀器、儀表組合而成。這種方法搭建系統(tǒng)方便，根據(jù)使用的精度可以選擇滿足要求的儀器，測量可以保證可靠性，不過也可以看出，這種方案需要的硬件多，相對資金投入也要大。單片機(jī)作為下位機(jī)，PC機(jī)或工控機(jī)作為上位機(jī)。這種測試方案較為簡單，投資也不會很大，對于水泵出廠試驗或者對于書泵運行系統(tǒng)的監(jiān)測十分適用，但它也有不足之處，那就是數(shù)據(jù)傳輸速度較為緩慢，傳送量不大。因此在這一系統(tǒng)測量方案，不能滿足廠家對測試系統(tǒng)的要求。這種方案資金投入不是很大，并且能夠完成數(shù)據(jù)的大批量、快速傳送到PC機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行分析。對這三種方案進(jìn)行比較可以看出第三種方案最為適合機(jī)械廠對水泵測試系統(tǒng)的要求。 開發(fā)平臺的選擇在對測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件選擇開發(fā)平臺時，一般有三種選擇，一是采用傳統(tǒng)的方法，采用高級語言，如VisuabBasic，VisualC++等編寫的儀器軟件；一種是采用現(xiàn)在流行的圖形語言編程方法；再就是介于兩者之間，采用傳統(tǒng)的編程語言方式，通過大量定制的功能模板調(diào)用來簡化實際編程的工作。本測試系統(tǒng)采用PLC可編程控制器進(jìn)行水泵測試試驗。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。（1）開式池式試驗裝置如圖21所示，進(jìn)口吸水和出口排水不在同一水源或者兩者相距較遠(yuǎn)，對水源的相互影響幾乎可以忽略。但由于吸水和排水分開，占地面積較大，并且受環(huán)境條件的限制。在采取一定措施后也能保證試驗精度。圖22 水泵閉式回路試驗裝置示意圖 試驗管路的安裝根據(jù)GB321689規(guī)定，對于標(biāo)準(zhǔn)的試驗裝置必須采取一切的有效措施來保證通過檢測量截面的液流具有如下特性：（1） 軸對稱的速度分布；（2） 等靜壓分布；（3） 無裝置引起的漩渦。這樣的試驗結(jié)果將只適用于規(guī)定的條件，而且這種試驗的母的在于提供一種保證，既如果安裝合適，泵將達(dá)到規(guī)定的性能。我們從具有自由液面的水池中引水，并要進(jìn)行試驗，考慮任意開度狀態(tài)。我們采用下列措施避免出現(xiàn)大的漩渦；（1） 進(jìn)口處使用整流柵，以平穩(wěn)水流；（2） 恰當(dāng)?shù)牟贾萌嚎祝顾鼘y量的影響減至最??；（3） 置泵出口等徑管段長度取用5D=5x32=160mm。因為重要的是模擬回路的液流性能應(yīng)是可控制的；液流應(yīng)當(dāng)盡可能沒有裝置引起大的漩渦，并且有對稱速度分布。 總體方案根據(jù)以上的分析，本測試系統(tǒng)采用了傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)、PLC軟件平臺相結(jié)合的設(shè)計方案?；拘阅軠y試時通過水泵流量的調(diào)節(jié)，來分析水泵的揚程、功率、效率變化，進(jìn)而分析水泵的調(diào)速性能。3 管路參數(shù)的選擇根據(jù)水泵型號IS5032200及查閱相關(guān)資料手冊得一下參數(shù)；型號意義說明： | | |葉輪名義直徑（mm) | | 吸入口直徑（mm） 流 量 Q= m3/h。 軸功率 。 泵質(zhì)量 41kg； 。根據(jù)水泵進(jìn)出口徑的大小及實驗要求，選10號無縫鋼管，表號G30。排出管內(nèi)徑32mm, 外徑38mm, 壁厚3mm.實物圖如下：（a） （b）（4） 彎管選擇：表31 彎管參數(shù)公稱通徑(mm)外徑(mm)內(nèi)徑(mm)壁厚(mm)彎曲半徑(mm)結(jié)構(gòu)長度(mm)吸入管50605247575排出管3242354848實物如圖31所示 （c） (d) 圖31 法蘭的選擇法蘭是使管子與管子相連接的零件，連接于管端。選用平面型鋼制管法蘭用石棉橡膠墊片。根據(jù)直管公稱通徑的大小，查詢《機(jī)械設(shè)計手冊4》，選用Z15T16型內(nèi)螺紋暗桿楔式閘閥：Z15T16型內(nèi)螺紋暗桿楔式閘閥,廣泛適用于石油、化工、制藥、電力等行業(yè)．在公稱壓力≤、水、油類等介質(zhì)的管路上，作啟閉用。實物圖如圖35，詳見CAD圖。做水泵的性能測試試驗是為了測量水泵的主要性能參數(shù)值,并確定各個性能參數(shù)之間的相互關(guān)系,試驗范圍應(yīng)從水泵關(guān)閉點(或稱最小流量點)開始到紫少高于泵最大流量的15%,功率,泵效率及轉(zhuǎn)速等性能參數(shù)值,并與該產(chǎn)品的規(guī)定值進(jìn)行比較,判斷是否達(dá)到規(guī)定要求,確定產(chǎn)品的精度級別。結(jié)構(gòu)上,渦輪流量計主要由渦輪,支承,永久磁鐵,感應(yīng)線圈,殼體,導(dǎo)流器組成,如圖41所示圖41 渦輪流量計結(jié)構(gòu)圖1渦輪 2支撐 3永久磁鋼 4感應(yīng)線圈 5殼體 6導(dǎo)流器圖42 渦輪流量計流量測試方框圖如圖42渦輪流量計測量原理所示.渦輪流量計是遵循動量守恒的一種速度式流量儀表. 當(dāng)流體沿管道的軸線方向流動并沖擊具有導(dǎo)磁性的渦輪葉片時,渦輪便周期性的旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)速度w一般隨流量大小的變化而變化。當(dāng)液體流速相當(dāng)大,且在變送器許可的測量范圍內(nèi)時,變送器電磁阻力矩,機(jī)械摩擦阻力矩,粘滯阻尼矩均可忽略不計,這時渦輪流量計輸出的脈沖信號與流量可近似為線性關(guān)系,既有w=,由單位時間的脈沖信號和雷擊脈沖信號不難折算出流量變送器的瞬時流量和累積流量. 流量系數(shù)ξ(次/米3)是渦輪流量計的重要特征參數(shù),即脈沖數(shù)N/L,:(2)流量測量結(jié)果按規(guī)定轉(zhuǎn)速的換算 在流量測量中,若電機(jī)的轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速不符,此時所得到的水泵流量值Q也應(yīng)換算為一規(guī)定轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)的流量值Q0假如實測電機(jī)轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速間的差異在120%范圍內(nèi),則流量值Q0可用下式換算而得:(3)流量測量的渦輪流量計選擇 為了達(dá)到對測試試驗裝置的B級試驗精度這一要求,我們參照GB/T321491中渦輪流量計的不確定度實用估算和取壓方法,參照國標(biāo)GB/T321689規(guī)定流量測量儀表的允許系統(tǒng)誤差范圍:B級為177。%。%,C級為177。對于平均流速CC1是通過測量水泵的流量和水泵進(jìn)出口處的管道幾何尺寸通過如下公式進(jìn)行計算: 式中 SS2水泵進(jìn)出口的截面面積(米2)(2)截面選擇與取壓孔設(shè)置：(a)測量截面的選擇： 測量的位置應(yīng)盡可能靠近泵的入口法蘭和出口法蘭處。這樣可以減少因非對稱流或旋渦流所引起的誤差。，取兩者之小值，孔應(yīng)無毛刺和凹凸不平處，并垂直于管的內(nèi)壁；孔緣應(yīng)以半徑r≤d/4進(jìn)行倒圓或至少有小的倒角。%,而C級試驗,允許的系統(tǒng)誤差范圍為177。在測量結(jié)果的最大總誤差限中,泵揚程測量值允許范圍:B級為177。%,所以我們首選了上海龍瑞斯電子廠生產(chǎn)的型號參數(shù)為7011GPT9NM1