| 水泵檢驗裝置總體設計要素分析 |
| 發布時間：2011/11/11 |
本文是水泵檢驗裝置設計經驗的總結，詳細敘述了檢驗裝置各組成部分：動力源，傳動系統及測控系統等的設計要素，對于水泵行業的同行，特別是對于從事水泵試驗臺架設計的同志，會有一定的幫助。
關鍵詞 消防泵 齒輪箱 檢驗裝置 柴油發動機
1．引言
泵作為一個工業產品，在輸送介質及作為動力源方面已經獲得越來越廣泛的應用，適用于各種專門場合的船用泵、消防泵、排污泵、潛水泵等也越來越多。某些專用泵，如消防泵，其發展迅速，日趨高壓力、大流量方向發展，原先單一的常壓泵也出現了朝中低壓、高低壓或高中低壓泵發展的趨勢，原有的一些檢驗裝置已顯得不相適應，因而，為使泵產品的質量能得到有效控制和提高，設計建造一些新的檢驗裝置尤為必要。
本文是在自動化大功率消防水泵檢驗裝置研制的基礎上，對泵的檢驗裝置的設計要素進行總結，以供同行參考。
2．水泵檢驗裝置的組成
一個完整的水泵檢驗裝置應包括以下幾個主要部分：
1)．動力源；
2)．傳動系統；
3)．測量與控制系統；
4)．輔助系統；
3．各組成部分的設計要素
3．1動力源
a．明確試驗對象，確定動力源功率各單位設計檢驗裝置的目的有所不同，有的只是為本單位的產品作試驗用，有的需要為各種各樣的泵服務(如檢驗中心)，所以動力源的功率應根據實際情況來確定。
以圖1所示系統為例，計算公式如下：
P動=P泵／(η齒×η扭×η離×η泵) =Q×P×H／(102×η齒×η扭×η離×η泵)
式中：
P動 所需的動力源輸出功率 KW
P泵 被試泵的水功率 KW
η齒 齒輪箱效率％
η扭 扭矩儀效率％
η離 離合器效率 ％
η泵 水泵的效率 ％
Q 水泵的流量m3／s
H 水泵的揚程m
V 水的重度 Kg／m3
我們可以以η泵為參考量，通過計算，作出P動與P泵的關系曲線(圖2)，計算中可以假定假定η齒、η扭和η離分別為0.95、0.98和0.98。當P泵和η泵已知時，就可從圖2確定所需的動力源輸出功率。
b．動力源型式
目前常見的有電動機與柴油發動機兩種。前者一般不調速，適用于一般的工業泵。由于各種工業泵的轉速有差異，因此泵的流量壓力功率等參數一般需要通過特定轉速(電動機轉速)下的測量值，換算到泵的規定轉速下的對應值，導致測量誤差放大。前者若需調速，直流電動機可用可控硅調速，交流電動機可用變頻調速，但成本較高。當然，使用電動機卻有噪聲相對較低，無其他污染的優點；后者適用于消防泵，因為消防泵有工況的變化，要求轉速變化。柴油發動機調速比較方便。調節油門大小再配以齒輪箱，可以獲得較大的轉速范圍，且成本相對較低。使用柴油發動機存在著噪聲大，有煙氣排放問題。
究竟選用哪一種動力源，要根據檢驗裝置的設計目的及單位在場地、經費及現有的相關條件而定。
3．2傳動系統
對使用柴油發動機的水泵檢驗裝置，有傳動裝置的問題。傳動系統主要由離合器和齒輪箱組成。對齒輪箱的設計，主要應考慮兩個問題：
a．速比確定
對工業泵而言，中心高800mm以下的泵，其轉速一般為1450r／min和2900～2950r／min。對消防泵而言，其轉速千差萬別，一般為2000～4000r／min。
齒輪箱速比的確定，既要考慮滿足不同轉速泵的試驗要求，又要考慮讓發動機在最大扭矩點附近工作。
經分析，下述五種轉速范圍基本上可覆蓋各種消防泵和工業泵的試驗要求：
1450 r／min；
2000～2400 r／min；
2900～2950 r／min；
3000～3600 r／min；
3600～4000 r／min。
在選定合適的發動機之后，根據該發動機的轉速和上述的五種轉速范圍，就可以確定相應的速比。
b．輸出軸轉向
泵有正轉泵、反轉泵之分，考慮到檢驗裝置的通用性，要求變速箱的輸出軸在確定的各種轉速范圍內均可正轉或反轉。
3．3測量與控制系統
以圖1所示系統為例，欲實現自動化測試，系統應由傳感器、二次儀表、計算機、接口板、伺服機構、采集器、組合屏和微機軟件等組成，以實現在控制室內對柴油機啟動、油泵啟動、緊急停車、柴油機增減速和電動閥的控制；實現柴油機高水溫、高油溫、低油壓和齒輪箱低油壓、高油溫的報警；實現水泵參數的自動采集和處理。下面就幾個具體問題說明如下：
a．測量內容
除水泵運行參數(轉速、流量、壓力或揚程、功率)和軸承座溫度外，還應包括發動機的運行參數 (水溫、油溫、油壓、發動機轉速)，齒輪箱的油壓、油溫以及輔助裝置的相關參數(如動力間溫度、油箱油位高度、蓄電池電壓等)，還應包括齒輪箱檔位與轉向的顯示。
b．測量精度
與測量水泵性能參數相應的傳感器和二次儀表，其系統的測量精度應符合GB3216《離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗方法》的規定(見表1)，其它各種測量儀表的精度根據需要確定。表2所示的一次、二次儀表的精度可供參考。
應包括：
油泵啟動，柴油機啟動、應急停車、增減速；
電動閥控制(控制流量)；
水泵工況切換進而實施試驗的程序控制；
動力間冷卻裝置的自動啟動控制；
柴油機水溫、油溫、油壓和齒輪箱油壓油溫的自動監視與報警。
d．注意事項
為了提高測量的自動化程度，需配備電動閥來調節流量。電動閥應保證在規定的壓力下能雙向運作(流量逐漸增大或減小)，一次點動的調節量0.1／s為宜；
試驗現場與控制室均應有水泵和發動機、齒輪箱運行參數的顯示，以保證運行安全可靠；
當水泵沒有止回閥的情況下，壓力測量儀表之前應設置閥門，以免一旦出現真空造成儀表損壞；
強、弱電應分開，以免互相干擾，影響測量精度；
測量水泵軸承座溫度中，由于離旋轉部件近，宜用磁性溫度探頭，以免試驗人員受到傷害；
盡可能使用穩壓裝置以提高測壓精度；
二次儀表的輸出信號宜采用相同型式、同一標準輸出信號范圍，便于與采集器、計算機接口相連：
自動化測量中，遙測數據是通過二次儀表變送后進入數據采集器的。由于二次儀表變送電壓的負極懸浮，使得多路電壓變送信號與數據采集器無法直接連接，此時可采用隔離模塊方法，使多路信號經隔離模塊變送后達到負極一致，實現變送信號與數據采集器的連接。這種連接雖然可以實現數據傳輸，但二次儀表變送數據內所迭加的波紋電壓無法改善，以致數據顯示值波動較大。為了對遙測數據與數據采集器連通過程中的波紋進行處理，可設計一種電平轉換方法的接口板，在電平轉換過程中進行波紋抑制，以保證數據顯示值穩定。
3．4輔助系統
這里特別需要提一下關于水泵升降平臺的問題。
由于發動機、齒輪箱、扭矩儀相互之間的連接關系是固定不變的，也就是說，當扭矩儀位置確定后，其輸出端的中心高度是固定不變的。為了適應不同中心高的水泵的試驗要求，需要有一個安裝泵用的升降平臺，要求平臺可以自由升降到某一預定高度，然后靠加墊及泵的軸向移動等來調節泵的輸入軸與扭矩儀輸出軸的對中程度以及連接法蘭間的平行度和間隙的要求。根據試驗泵的這一安裝特性，對升降平臺的高度調節要求完全自動化似乎沒有必要，然而完全靠加墊等來調節也顯得太繁雜，影響工作效率。因此，設計一個半自動化的水泵升降平臺是合適的。
4.建議
被測泵為工業泵時，動力源宜采用電動機；
被測泵為消防泵時，動力源宜采用柴油發動機；
測量控制中的問題，如文中“測量與控制系統”一節所述，在裝置設計中應引起足夠的重視；簡便的半自動的水泵升降平臺是一個合適的選擇。
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