水泵性能测试实验装置设计（全套图纸） .doc

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1、摘 要水泵是人类把自然能转变为有用功的发明之一，水泵种类繁多、使用广泛，属于通用类机械。然而由于液体在泵内流动情况十分复杂，运行工况因时因地都有变化要确保水泵在较高的效率范围内安全经济的运行，就必须了解水泵基本原理、性能变化规律，及时检测水泵性能参数，掌握水泵的实际性能曲线，更好地为生产实践服务 ，以达到节能的目的。目前获得水泵性能参数及这些参数之间的相互关系，主要依赖于性能试验。为了测定离心泵的各项性能参数，从而绘制离心泵性能曲线。我设计了离心泵性能测试开式试验台，通过此次试验可以熟悉离心泵试验装置的布置以及各种仪表仪器的原理及使用方法。通过该试验台对离心泵流量、扬程、轴功率、效率等的测定可

2、以绘制出离心泵性能曲线，进而达到对离心泵性能的深入了解。本文研究的系统符合国家标准GB/T3216离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法。关键词：水泵 性能参数 性能测试 实验装置AbstractHuman nature is the pump can turn into one of invention， pumps， phyletic， widely use belongs to. However， due to liquid flow within the pump is extremely complex， operating conditions are changing to en

3、sure also describes in high efficiency water within the scope of the safe and economic operation， we must understand the basic principle， the performance of water pump， timely detection performance parameters of the pump， master of actual performance curve， better service for the production practice

4、， in order to achieve the purpose of saving energy.Now get pump performance parameters and the relationship between these parameters， mainly rely on performance tests. To determine the performance parameters of the centrifugal pump， thus rendering centrifugal pump performance curve. I designed the c

5、entrifugal pump performance testing， through the test bench type can be familiar with centrifugal pump test equipment layout and various instrument principle and method of use. Through the test of centrifugal pump capacity and head，the shaft power， efficiency of determination can draw the centrifuga

6、l pump performance curves of centrifugal pump， and the deep understanding of the performance.This research system complies with the state standard of GB/T3216 the centrifugal pump， mixed flow pump， axial vortex pumps and test methods.Keywords: pumps performanceparameters performancetesting test equi

7、pment目录 前言11 绪 论21.1 课题来源及意义21.2 国内外水泵测试技术发展概况31.3 离心泵的工作原理41.4 离心泵的主要参数52 离心泵的测试原理及方法62.1性能试验各个参数的测量原理及计算62.1.1 参数测量原理62.1.2 参数测试过程92.2 汽蚀试验原理及方法122.2.1 试验原理122.2.2 试验方法133 系统总体方案设计163.1 设计目标163.2系统方案的设计原则163.2.1 需要采集的变量173.2.2 试验装置设计方案对比183.2.3 管道和水池的设计203.3 阀门的设计233.3.1 阀门的种类及特点233.3.2 阀门的调节机构的选择

8、253.3.3 阀门的选择263.4 泵的选型设计283.4.1泵的选型原则283.4.2泵的具体选择293.5 电动机的选型设计303.6 联轴器的选型设计313.7 转速仪的选型设计323.7.1转速仪的基本原理323.7.2具体选型324 测试仪表的选择344.1流量计的种类及特点344.1.1 流量计的选择354.1.2 流量计的选型原则374.1.3 流量计的具体选择374.2 压力仪器的种类及选择384.2.1 压力仪器的种类384.2.2 压力变送器的选型原则394.2.3 压力变送器的具体选择394.3 取力孔的设计405 实验指导书425.1 实验目的425.2实验内容425

9、.3 实验台介绍425.4 实验原理、方法和手段435.5 实验步骤445.6 实验注意事项445.7 实验报告445.7.1 实验报告要求445.7.2实验数据记录及处理45结束语47致 谢48参考文献49附录50外文资料与中文翻译50前言自从首次采用泵装置输送和提升水开始。就出现了这样或那样的泵试验手段。对泵装置的每一次改进只有经过试验后才被接受，这种试验证明了这一改进的价值。随着泵设备的日趋精制，泵的试验方法也越来越完善，每一台泵，不论其大小或种类如何，都应经过某种形式的试验之后才能被用户接受。如果不这样，用户就无法知道该产品是否满足全部要求、采用哪种试验、以及采用什么方法进行试验，这要

10、根据试验的最终目的而定。试验的最终目的一般有以下一个或两个：设计或操作上的改进进行检验；检验产品否达到合同规定的性能指标，从而对要求的、预测的和实际的性能进行比较。此次实验设计我是基于学校实验室离心泵闭式性能测试实验装置，尝试开式实验装置的设计。本说明书共分五个章节，第一章绪论，第二章离心泵的测试原理及方法，第三章系统总体方案设计，第四章测试仪表的选择，第五章实验指导书。其中第三章总体方案设计是本书的重点及难点，第五章实验指导书是对所设计的实验装置的总结应用与检验。1 绪 论1.1 课题来源及意义水泵作为最广泛应用的通用机械之一，目前在水利、电力、石油、化工、航天航空、航海、核工业、矿山、冶金

11、、机械、医疗、卫生、农业排灌等许多部门得到广泛的应用，并且对其生产起着非常重要的作用。为了保证水泵能正常的工作，需要水泵从研究、开发、生产到使用，都必须做一系列的测试，观察是否达到要求或从中选择较好的模型。在水泵的各种测试中，都包括试验数据的测试、采集和处理问题，也就是通常所说的测试技术问题。因此，测试技术在水泵的发展和应用中具有极其重要的作用。人们总是希望水泵安全可靠地运行，希望它们的效率高并且汽蚀性能好、机械振动和噪声小，这也就是不但要求水泵具有好的能量和汽蚀特性，而且还要有好的机械特性。水泵的性能是以输送流量、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

12、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。对泵装置的每一次改进只有经过试验后才被接受，这种试验证明了这一改进的价值。随着泵设备的日趋精制，泵的试验方法也越来越完善，在制造厂或试验室和使用现场的情况都是如此。每一台泵，不论其大小或种类如何，都应经过某种形式的试验之后才能被用户接受。如果不这样，用户就无法知道该产品是否满足全部要求、采用哪种试验、以及采用什么方法进行试验，这要根据试验的最终目的而定。试验的最终目的一般有以下一个或两个：设计或操作上的改进进行检验；检验产品是否

13、达到合同规定的性能指标，从而对要求的、预测的和实际的性能进行比较。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。1.2 国内外水泵测试技术发展概况水泵行业的工程技术人员在长期的产品设计实践中，积累了大量工程设计理论和经验，然而传统的工程试验方法不可避免的存在重复性试验、计算和数据处理工作量大、效率低、精度差和周期长等

14、弊病。在国外，欧美等发达国家关于泵的相关研究起步普遍较早，在特殊泵的制造、的内特性测试等方面目前仍领先于国内。对泵的外特性测试装置而言，早在1961年，英国国立工程试验室(NEL)就建立了自己的水力机械试验台，可用于泵和模型水轮机的性能试验，可以在开式和闭式两种循环方式进行效率和汽蚀试验，部分参数实现半自动控制，试验数据由计算机自动采集和处理，并能自动绘制试验曲线和打印试验结果。大量外文书刊及互联网资料显示，目前国外水泵测试系统的产品已经比较成熟，美国、德国等发达国家已经普遍化，并呈现出高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等特点。例如美国生产的一台用于离心泵测试的试验装置，为研究离心

15、泵在不同扬程、流量和转速下的特性提供露一种新的测试方法。尽管这类水泵测试装置具有高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等优点，但在数据处理方面功能薄弱，缺少嵌入式的数据处理分析系统，效率不高。 我国的水泵测试手段比较落后。其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、手工记录试验数据和绘制曲线，存在测量手段落后，测量精度不高和劳动强度高等缺点。20世纪70年代，泵的测试基本采用分立式仪器和仪表来测量各种物理量。例如，用水银压力计、弹簧压力计等测量压力，用文吐里流量计、涡轮流量计等测量流量，用电流表、电压表等测量电力参数。测试仪体积庞大，成本高，可靠性差，试验人员多，

16、工作量大，试验误差大，效率低等都是这一时期水泵测试系统存在的问题。一般情况下，整整一天时间很难做完所有试验，为了得到性能优良的水力模型，往往需要反复进行多次模型试，效率极低。其实，这种状况在我国还相当普遍。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。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。

17、那么，如何按照国家标准的要求，利用高技术、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产厂家及研究单位的迫切需求。1.3 离心泵的工作原理当工作轮转动时其叶片与被输送的流体相互作用，将能量传递给流体以增加其压头，达到输送的目的。离心泵在工作前，吸入管路和泵内首先要充满液体，当叶轮旋转时叶片拨动叶轮内的液体旋转，液体就获得能量，从叶轮内甩出。叶轮内甩出的液体经过泵壳流道、扩散管，再从排出管流出。在这同时，叶轮内产生真空，而吸入液面的液体通常在大气压作用下，经过吸入管路压入叶轮中。泵在某一工况下工作时，其扬程、轴功率、效率和流量存在一定的关系。当流量变化时，这些参数也随之变化，即工

18、况点及其对应的参数是可变的。1.4 离心泵的主要参数1.体积流量Q：指单位时间内从泵出口排出并进入管路的液体体积，单位为。2.入口总水头：泵入口处单位重量液体具有的能量，单位为m。3.出口总水头：泵出口处单位重量液体具有的能量，单位为m。4.扬程H：泵出口和进口单位重量液体能量的差值，单位为m。5.汽蚀余量NPSH：泵进口处单位重量液体具有的超过汽化压力水头的富裕能量。6.规定点：指对于指定的泵，在设计制造时所给定的转速、流量、扬程、轴功率、汽蚀余量以及效率值所对应的工况点。对应规定点的参数为规定参数。7.泵的工作范围：指大于和小于规定流量(或扬程)值之间的一定范围。大流量点指工作范围大于规定

19、流量的边界点，一般取为规定点流量的120。小流量点指工作范围小于规定流量的边界点，一般取为规定点流量的80。8.比转数n：在相似定律的基础上，可以推导出一系列几何相似的泵和性能之间的综合参数，这个综合参数就是比转数。2 离心泵的测试原理及方法水泵的结构虽然简单，但其内部液体的流动却非常复杂，所以人们常说水泵是最简单的机械又是最复杂的机械。泵的特性至今还不能完全用理论的方法来精确确定，而是用实验的方法求得。下面我们具体介绍一下离心泵的测试原理及方法。2.1性能试验各个参数的测量原理及计算 2.1.1 参数测量原理 （1）扬程扬程就是单位重量的液体通过水泵后所获得的能量，通常用符号H来表示，单位为

20、米水柱，简称m(米)。水泵扬程是评判水泵质量优劣的重要技术指标。对扬程的测量实际上就是对压力的测量，也就是对水泵进口压力、出口压力的测量。扬程的计算公式： （2.1）式中: -分别为泵入口和出口处的压力，单位为Pa； -分别为水泵进口、出口取压孔至基准面问的垂直距离，单位为； -为重力加速度，试验取g=9.81m/s； -液体的密度，单位为kg/m； -分别为泵入口和出口处的水流速度，单位为。其大小等于体积流量与管路横截面积相除所得的商，分别为： （2.2） 式中： -分别为泵入口出口截面内径，单位为m -水泵流量测量值，单位为（2）流量流量又称排水量或扬水量，用符号Q表示。流量表示泵在单位时

21、间内排出泵外的液体量。单位为。用流量计来测量，流量的表达式为： （2.3）式中： -流体体积，单位为m； t-时间，单位为。水泵的大流量点指的是泵工作范围内大于规定流量点的边界点。小流量点指的是泵工作范围内小于规定流量点的边界点。（3）轴功率 水泵轴功率就是指水泵轴从原动机(异步电机)中得到的功率，单位用kW来表示。轴功率是水泵的基本参数之一。泵的轴功率应通过测定转速和扭转力矩得出，或由测量与泵直接连接的己知效率的电动机的输入功率来确定。轴功率的表达式为： （2.4） 式中：-扭矩，单位为； -转速，单位为根据水泵和配套动力机的类型和结构形式的不同，轴功率常用以下两种测试方法测试。1)扭转力矩

22、测量法：测量扭转力矩可采用天平式测功计和扭转式测功计。测量扭转力矩时应同时测定转速。按泵的规定点轴功率选用天平式测功计和扭矩传感器时，其值应在测功计或扭矩传感器额定值的1/3以上。转速的测量有专门的转速测量仪器。由扭转力矩和转速即可求出轴功率： （2.5）式中：N-轴功率，W； A-扭转力矩做功，J； T-时间，s； M-扭转力矩，Nm； -角速度，rad/s。2）电机功率测量法通过对已知电机功率的测量，可以得到电机功率P，由此可求出水泵轴功率： （2.6）式中：P-轴功率，W； -电动机效率，%； -传动效率，%。（4）效率水泵效率是指水泵的有效功率与轴功率之比值，用符号表示。有效功率是指单

23、位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量，用符号表示，单位为kw，水泵的有效功率的表达式为： （2.7）水泵的效率计算公式如下： （2.8）（5）转速电机转速是反映水泵机组在运行中的一个重要物理参数，目前其测试方法有很多，按照测量设备不同，可以分为离心式、磁性转速表、电动式、磁电式、闪光式转速表等方法。1)离心式转速表：利用离心力与拉力的平衡来指示转速。离心式转速表是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在2级，一般就地安装。一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点。但是结构比较复杂。2)磁性转速表：利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利

24、用旋转力与游丝力的平衡来指示转速。磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表。一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。3)电动式转速表：由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成。小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机。小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致。磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速表，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机和船舶设备。4)磁电式转速表：是根据电磁感应定律把被测参数变换为感应电动势的传感器，异地安装非常方便。磁电式转速表，因结构简单，目前应用非常普遍

25、。5)闪光式转速表：利用视觉暂留的原理。闪光式转速表，除了检测转速(往复速度)外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械设备的工作状态，是一必不可少的观测工具。2.1.2 参数测试过程（1）试验方法离心泵的试验最好是从零流量开始至少要试到大流量点流量115%。混流泵、轴流泵和旋涡泵的试验从阀门全开状态开始，至少要试到小流量点流量的85。试验应有足够的持续时间，以获得一致的结果和达到预期的试验精度。每测一个流量点应有一定的时间间隔，并应同时测量流量、扬程、转速和轴功率。试验测量点应均匀地分布在整个性能曲线上。离心泵和旋涡泵应取13个以上不同的流量点。混流泵和轴流泵应取15个以上不同的流量点

26、。（2）试验数据处理为了便于试验分析和比较，在与规定转速不符的转速下得到的数据均应换算为规定转速下的数据。试验测量得到的流量Q、扬程H、轴功率Pa和效率的换算公式为： （2.9）式中、均为规定转速下的换算值。（3）试验分析 任何一个测量的不确定度或误差限，只有通过对其所使用试验装置的一切误差源和影响因素以及所测量现象的波动和变化进行专门检查才能完全获知，但对每一个测量都进行如此详细的研究通常是行不通的，而依靠有效的依据并进行分析来估计测量误差的绝对值上界值(不确定度)或总误差限。测量仪表的允许系统误差好需要据实际情况加以准确的判断及分析。 国标GB3216标准规定，凡是经过校准或通过与有关国家

27、标准相比较，能证明其测量误差不超过表2-1所规定的仪表系统误差并遵循标准的试验方法，则可认为总的误差限不超过表2-2的规定，也就不需根据表2-2的最大总误差限来进行估算，可直接判定试验结果是否达到相应的精度等级。此次试验中系统误差将是我选择仪表的一个重要参照依据。表2-1 测量仪表的允许系统误差允许范围%测定量流量泵扬程泵轴功率原动机输入功率（对机组效率计算）转速B级 C级 表2-2 最大总误差限允许范围%测定量流量泵扬程、泵轴功率原动机输入功率转速泵效率机组效率B级C级 泵的流量允差为，扬程允差为。允差和适用于规定性能点和，包括流量Q和扬程日的最大允许总误差限。若规定性能点A(，)与试验曲线

28、的垂直距离为，水平距离为，如图2-1所示，代入下面的椭圆方程：并计算其值。若方程的值l，则可判定该泵满足了规定的性能；若方程的值1，则判定该泵没有满足规定的性能。图2-1 检查规定点用Q-H曲线通过坐标原点和规定点A（，）连成一直线，该直线与流量扬程曲线的交点为B，过口点做纵轴的平行线，与流量效率曲线交于C点，C点对应的效率值就是水泵的实测效率。国标GB3216规定，对于B级实验，若0.972，则可判定泵效率达到了规定要求；对于C级实验，若0.950则可判定泵效率达到了规定要求。2.2 汽蚀试验原理及方法2.2.1 试验原理（1）必需汽蚀余量必需汽蚀余量，是指在规定的转速和流量下必需的值，它由

29、设计制造时给出。（2）装置汽蚀余量装置汽蚀余量，又称为有效汽蚀余量，是指在泵的进口处单位重量的液体具有的超过汽化水头压力的富裕能量。装置汽蚀余量是由吸入装置提供的，随装置参数而变化，单位(米水柱)，如下式所示： （2.10）式中：-为大气压值，单位为Pa； -为气化压力值，单位为Pa；（3）临界汽蚀余量通过汽蚀试验测得汽蚀余量的临界值，该临界值是在给定的流量下，在第一级内引起第一级扬程或效率下降时的汽蚀余量值；或者在给定的扬程下，在第一级内引起流量或效率下降时的汽蚀余量值。用符号表示其中为型式数，按下式计算： （2.11）式中： -每一吸入口的体积流量，单位为; -泵的单级扬程，单位为米水柱。

30、图2-2 泵临界汽蚀余量的测定2.2.2 试验方法国标GB3216标准规定，汽蚀实验至少应在规定流量点、小流量点和大流量点这三个流量点进行，并分别找出各个流量点下的临界汽蚀余量（NPSH)值。规定流量点、小流量点和大流量点通过性能试验确定。闭式试验系统通过顺次降低进口压力的方法使水泵发生汽蚀，开式试验系统通过调节进口阀门增加流阻的方法使水泵发生汽蚀。在水泵逐渐发生汽蚀的过程中，测量得到流量、进口压力、出口压力和转速等的相应数值，就可以计算出相应的扬程和装置汽蚀余量，从而得到对应的临界汽蚀余量值以及临界汽蚀余量与流量的关系曲线。图2-3 NPSH-H关系为了便于试验分析和比较，在与规定转速不符的

31、转速下得到的数据均应换算为以规定转速为基准的数据。试验测量得到的流量Q、扬程日和装置汽蚀余量(NPSH)的换算公式为： （2.12）式中：(NPSH)为额定转速矿下的测量值；(NPSH)为实测转速n下的测量值。1)泵的临界汽蚀余量(NPSH)的测定，试验时可以采用上述的任何一种方法改变NPSH并可选用其中任何一种改变参数的方法。一般大都采用在试验过程中改变两个调节参数使流量保持恒定的方法。2)在泵的工作范围内，应包括小流量点、规定流量点和大流量点3个以上不问流量点进行汽蚀试验。对于采用使流量保持恒定的试验方法时，对每一个流量点应逐渐降低NPSH，不同的NPSH值不宜少于15个，并在试验曲线即将

32、出现断裂的区域应有较密集的试验点。测量误差限对B级试验定为实铡NPSH的3或0.15m，取两者中的大者。对C级试验定为实测NPSH的5.3或0.2m，取两者中的大者。当用高温液体或接近临界点的液体做试验时，要特别注意测量误差限。根据大流量点、规定流量点和小流量点对应的临界汽蚀余量值绘制出NPSH-Q曲线，得到临界汽蚀余量与流量之间的关系。在规定的流量下，如果泵的临界汽蚀余量(NPSH)。小于或等于规定的必需汽蚀余量(NPSH)，则认为泵的汽蚀性能达到了要求。可以采用下述方法改变NPSH：1)采用在吸入管路中增加阻力的方法进行。例如，在吸入管路上装设节流阀进行调节。对于节流阀引起的汽蚀，有时可以

33、用串联安装两个或多个节流阀来加以避免，或者让液体通过节流阀后，直接进入一个封闭容器或大口径管中来加以消除。容器和管安装在节流阀与泵的入口之间。此时需要设导流片以及用来抽走容器中空气的装置，特别是在低汽蚀余量时。当节流阀处于半开且与泵入口法兰相距小于12倍入口管径时，必须确保入口的取压孔所在管路是充满液体的。2)改变自由液面高度。泵从液位可以调节的水池中，必须采用横截面无节流的吸入管抽吸液体。3)设置闭式回路系统。在保证泵扬程或流量不变的条件下，可以改变系统中压力，或通过调节液温改变汽化压力，使泵内发生汽蚀。出口和入口调节阀中的汽蚀，可能使这种试验较为困难而需要采用特殊的阀。为了保持需要的温度，

34、须有对回路中的液体进行冷却或加温的装置，而且还须有一个气体分离罐。分离罐要有足够的尺寸，并且要设计得能防止气体被裹挟到泵的吸入液流中去。如果泵实际用于输送除汽水，那么也必须用除汽水作汽蚀试验。3 系统总体方案设计3.1 设计目标水泵开式测试系统主要用于不同规格的离心泵、混流泵的性能试验、汽蚀性能试验以及出厂试验。系统须满足以下的设计条件： （1）符合国家标准GB/T3216离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法GB/T3214水泵流量的测定方法，试验精度达到国家B级；（2）可对不同规格的离心泵和混流泵进行性能试验、汽蚀性能试验和出厂试验；（3）被试泵最大功率为315kW/380V，可试验的泵的

35、流量范围为0-4000m/h，最高扬程为600m，试验管径范围为50mm-400mm； （4）要求操作简便，维护方便；3.2系统方案的设计原则系统设计时应遵循以下几条原则：1完整性原则从系统论的观点来看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整。因此在对本系统进行设计时，首先要考虑系统的完整性，否则在安装和使用时就会出现这样或那样的问题，并带来许多不必要的麻烦。最好使设计好的系统的性能略高于实际要求，按这样设计的系统扩展性较好。2可靠性原则可靠性原则考虑的是设计好的系统能否可靠地工作，即系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。能否满足重要场合下的可靠性要求、是否进行冗余配置。无论其

36、在原理上如何先进、功能如何全面精度如何高级，但如果可靠性差，故障频繁，不能长期可靠的正常运行，则该系统就没有使用价值。因此系统的可靠性设计应该贯穿整个设计和制造过程。3发展性原则发展性原则有两个重要内涵：一个就是留有发展余地，在作系统配置时，要考虑系统的规模增大了怎么办?第二个就是要选择技术寿命长，维修及部件的补充。4经济性原则为了获得较高的性能价格比，在进行系统设计时并不是一味的追求复杂的高级方案，在满足性能指标的前提下，尽可能采用简单实用的方案。5开发周期短对于这个发展速度越来越快的社会，时间就是金钱，所以要尽量缩短开发周期，尽早让系统投入正常运行，以期获得较高的经济效益和社会效益。6操作

37、维护方便在系统总体设计时应考虑到操作维护方便，使系统易学易用，降低对操作人员专业知识要求，努力做到使用户无须专门的训练，就能很快地掌握本系统的使用方法。当设备出现故障将要造成停机，如不能迅速维修，必然产生较大的损失，因此测试系统不仅要求可靠，而且一旦出现故障必须能维护方便，保证测试系统连续运行，为用户带来较高经济效益和实用价值。3.2.1 需要采集的变量由离心泵工作原理及其基本试验方法可知，水泵性能试验的目的是要得到规定转速下的扬程与流量的曲线、轴功率与流量的曲线、效率与流量的曲线，然后依据国标GB3216的规定，用椭圆方程和实测效率值判断被试泵的性能是否合格；水泵汽蚀性能试验的目的是要在规定

38、的转速下，绘制出小流量点、设计流量点和大流量点下的扬程与装置汽蚀余量关系曲线。 然后依据国标GB3216的规定，确定泵的临界汽蚀余量，绘制出水泵临界汽蚀余量与流量的关系曲线，从而判定泵的汽蚀性能是否合格。综上所述，水泵的性能和汽蚀性能试验需要现场采集的变量有流量Q、进口压力、出口压力、转矩M、转速n、三相电流、三相电压、电机输入功率以及液体的温度T等参数。3.2.2 试验装置设计方案对比试验装置选择：水泵试验装置按管路的循环方式可分为开式和闭式两种。开式试验装置结构较为简单，使用方便，稳定性好，其缺点是采用调节进口阀门开度进行汽蚀试验时，容易造成泵进口的流动不稳定，影响泵汽蚀性能试验的测试精度

39、。闭式试验装置系统中的液体与外界空气隔绝，构成封闭循环系统，其优点是汽蚀试验精度高，缺点是结构复杂，不易安装被试泵。总的来说，两种形式的装置各有优劣，需要根据实际应用情况选择。本试验设计研究的是水泵开式台自动测试系统。研究的目的是要构建一个水泵测试平台，用于测量不同功率、不同类型和不同管径的泵。因此，系统设计时就必须要考虑到不同功率电机的启动、管线的布置、仪表的选择与匹配以及被试泵的安装方式等一系列问题。在开式系统中，扭矩法的试验装置如图3-1所示，电测法的试验装置如图3-2所示。图3-1 离心泵开式试验装置（扭矩法）图3-2 离心泵开式试验装置（电测法）1-流量调节阀 2-涡轮流量计 3-压

40、力传感器 4-离心泵 5-联轴器 6-电动机 7-水池 8-止回阀 9-管道-图3-3 试验所用离心泵开式试验装置（扭矩法）此次实验设计，我选择的是图3-3所示的扭矩法离心泵开式试验装置。此试验装置是基于图3-2所示的扭矩法开式实验装置进行改进的，改进主要表现在进水管路上，缩短了进水管直管段的长度，且在进水口处安装了止回阀，因此改进后的实验装置更好的防止了汽蚀现象的发生。试验时，水由水池经进水阀门和管路流入被试泵，被试泵的出水经流量计、出口流量调节阀流回水池，形成一个回路。压力变送器完成进口压力和出口压力的测量，扭矩测量仪完成轴功率和转速的测量，涡轮流量计完成流量的测量。3.2.3 管道和水池

41、的设计管道和水池是水泵测试必备的硬件设施。水池的容量在可能的条件下尽量做的大些，对散热和稳定液体流动均有好处。容量至少应等于泵抽5-7分钟液体的体积再加20-30的余量，深度为2-4m，长度为最大管路直径的50-600倍。国内大型水泵测试系统水池一般容量为1000-2000m，科研单位一般为200-1000m。根据本测试台的最大流量计算可知，本系统水池体积选在1000m比较适宜。具体设计成容积为17154=1020m。对于从具有自由液面的池中或从设在闭式回路上液面静止的大容器中引水的标准试验装置， 建议口直管段长度L按下式确定: L / D =K+5 ， 式中D为管路直径。这一点尤其适合于1级

42、试验管线的选择除了根据实际需要进行设计外，还必须符合国标GB3216的要求。查阅Is型、D型、DG型、S型等泵的样本，本系统所试泵的一些常用管径、流量范围、扬程范围等参数不难看出，常用的测试管线有50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm，其中小等于200mm的管线多用于单吸单级或单吸多级离心泵，大于200mm的管线多用于双吸泵或混流泵。考虑到涡轮流量计的工作范围，将测试管线的规格设计为50mm、80mm、100mm、200mm、300mm、400mm共六种。如果测试泵时，没有符合尺寸的管线时可以选择尺寸相近的管线，采用渐缩管或渐扩管

43、进行连接。当液体流过渐缩管或渐扩管时，会产生能量的损失，但这个能量损失是极小的，对试验的结论不会造成影响。依据以上原则标准本实验台进出口管路直径我选定为80mm，管道材料我选用为无缝钢管，则可以根据GB3216-89来设计管路长度、关管壁厚度。管壁厚度可依据公式来确定，其中P=0.084MPa，D=80mm，=113MPa,；所以管壁厚度t=0.03m在一般情况下，给水管网中管段直径小于1m时，经济流速在0.5 -1.0m/s之间，对于大于1.0m的管径，经济流速在1.0 2.0m/s之间。阀门的口径并不是依据工艺管线的尺寸来确定，通过用比管径低一档的尺寸来选择阀门口径是很不科学的。阀门口径的

44、计算实际是流通能力的计算，既保证了阀门全开时能达到的工艺要求的最大流量。一般情况阀门的选择还应该加上一个安全系数，最大流量应高于工艺要求的25%-60%。参照GB3126-89对于标准的实验回路，从具有自由液面的水池中吸水或是在闭式回路中所涉值得具有静止液面的大容器中饮水，入口等径直管长度应该是：若入口节流阀一直保持全开状态入口等径直管长度不小于7D，若入口节流阀保持任意开度状态入口等径直管长度不小于12D。涡轮流量计的安装需要选择充满液体的直管段，可垂直安装(流体自下而上流动)或水平安装。水平安装时，为了保证变送器内的液体流动稳定，须保证两个电极处在同一水平面上。安装时，上游直管段须大于5D

45、，下游直管段须大于3D。本实验台进出口管道设计管径均为80mm，根据本实验台的实际情况，为防止汽蚀现象的发生且保证一定流量及流速，所以入口等径直管长度为450mm，而出口等径直管长度考虑到高度是否影响仪表使用问题，我选择出水管直管长度为350mm。涡轮流量计上游直管长度选定为650mm，下游直管长度选定为400mm。泵的几何安装高度是影响泵入口压力的一个重要参数。增加泵的几何安装高度会在较小的流量下发生汽蚀。对水泵来说尽管其性能可以满足使用要求，但是如果几何安装高度不合适，由于汽蚀的原因会使泵的流量减小，导致性能达不到设计要求。因此，正确地确定泵的几何安装高度是保证泵在运行时不发生汽蚀的必要条件。立式离心泵的几何安装高度是指第一级工作叶轮进口边的中心线至吸水池面的高度差。 （3.1）式中：-几何安装高度，m-吸水池液面压力，Pa-泵吸入口压力，Pa-泵吸入口平均速度，m/s-吸入管道中的流动损失，m