一种微扬程立式轴流泵扬程测量装置及测量方法与流程

本发明属于轴流泵扬程测量技术领域，具体涉及一种微扬程立式轴流泵扬程测量装置及测量方法。

背景技术：

液体通过泵装置获得能量后，沿出口管路排出，由于管路本身的阻力特性，当泵装置排出不同流量的液体时，其需要克服不同的沿程阻力。具体说来，对于一定结构的管路，通过流量越大，管路的沿程阻力损失也越大，相反则越小。现有的扬程试验装置针对的是扬程为几米以上的泵装置，它通过直接测量泵装置的进出口压力，算出一定流量下的对应的扬程，此时，管路系统的管阻对于扬程的测量影响很小，管路的沿程损失相对于泵的扬程可以忽略不计，也无须考虑泵装置运行中克服管阻的问题。而微扬程泵在运行的过程中，由于泵本身扬程低，难以克服管路的沿程阻力，尤其是大流量工况时，管阻显著增加，则扬程的测量误差更大，甚至有可能出现微扬程泵无法工作的情况。因此在测量微扬程泵的扬程时，不能忽略管阻对扬程测量的影响。然而如何准确地测量微扬程泵的扬程和管路特性曲线，就成了本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微扬程立式轴流泵扬程测量装置，本装置通过在轴流泵的管路系统中增设辅助泵，有效地克服了试验时管路系统的阻力，从而为准确地测量微扬程泵的扬程和管路特性曲线提供了坚实的试验装置平台。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种微扬程立式轴流泵扬程测量装置，包括轴流泵和水箱，所述轴流泵的泵出口与水箱之间的管路上设置有第一压力传感器、第一阀门、辅助泵、第二阀门；所述轴流泵的泵出口与水箱之间的管路上还设置有流量计；所述辅助泵的进口和出口处分别设置有第二压力传感器和第三压力传感器。

优选的，所述辅助泵的流量范围与轴流泵的流量范围相适配，所述辅助泵的扬程高于轴流泵的扬程。

优选的，本装置还包括电机，所述电机与所述轴流泵之间设置有联轴器，所述联轴器上设置有扭矩仪。

进一步的，所述联轴器包括套设在电机输出轴上的电机轴套管，还包括设置在泵轴上的泵轴套管，所述扭矩仪的两端分别连接电机轴套管和泵轴套管，所述扭矩仪通过固定架与固定电机的支撑架固接在一起。

优选的，所述第一压力传感器通过压力测量装置设置在轴流泵的泵出口直管段上。

进一步的，所述压力测量装置包括沿轴向依次固设在所述泵出口直管段上的两块定位挡板，两块定位挡板之间设置有套设在泵出口直管段上的测量套管，所述测量套管和两块定位挡板之间共同围合成测量区域；所述测量套管上设置有用于安放第一压力传感器的支座；所述泵出口直管段在位于测量区域内的管身上设置有测压孔；处于上方的定位挡板或所述测量套管的顶部设置有排气孔，排气孔处设置有丝堵。

更进一步的，四个所述测压孔沿所述泵出口直管段的周向均匀分布，且所述测压孔的孔中心与所述支座的孔中心处于同一水平面上；环状所述测量区域内的轴向截面面积大于四个测压孔的横截面总面积的四倍。

为了避免环状测量区域内的液体压力波动对压力测量的不利影响，需保证环状测量区域内的轴向截面面积大于四个测压孔83的横截面总面积的四倍。

优选的，所述泵出口直管段的管内直径为D，所述泵出口直管段的管长大于4D，所述第一压力传感器的安装位置与轴流泵的泵出口之间的距离大于2D。

优选的，所述辅助泵为管道泵。

本发明还提供了一种如前所述的一种微扬程立式轴流泵扬程测量装置的测量方法，其技术方案如下：

S1，轴流泵不开启，调节第一阀门和第二阀门的开度，开启辅助泵,对辅助泵的汽蚀特性进行验证，得到辅助泵的无汽蚀流量区间；

S2，在辅助泵的无汽蚀流量区间内，保持轴流泵关闭和辅助泵继续开启，测量不同流量下对应的第一压力传感器的压力值，获得轴流泵出口管段的管阻特性曲线；

S3，将第一阀门和第二阀门全开，辅助泵继续运行，开启轴流泵；在辅助泵的无汽蚀流量区间内，测量得到所述轴流泵的流量扬程曲线和相应的效率曲线、轴功率曲线；

S4，利用步骤S2中测量得到的管阻特性曲线对所述轴流泵的流量扬程曲线、效率曲线、轴功率曲线进行校核，得到轴流泵的校核后的流量扬程曲线、效率曲线、轴功率曲线；

S5，撤掉辅助泵，在轴流泵的流量范围内的不同工况下进行试验，测得轴流泵单独工作时的工况特性曲线；

S6，将步骤S4和步骤S5的特性曲线进行对比，若两步骤测量得到的相应曲线的对应部分彼此吻合，则测量结束；否则需重复步骤S1至S5，直至步骤S4和步骤S5测量得到的相应曲线的对应部分彼此吻合。

本发明的有益效果在于：

1)本发明在轴流泵的管路系统中增设有辅助泵，所述辅助泵用于在测试时克服管路系统的阻力。试验时通过调节辅助泵前后两端的阀门，即可准确地测量得到立式轴流泵未运行时的管路系统的管阻特性曲线。当立式轴流泵和辅助泵共同运行之后，即可测得轴流泵与辅助泵共同工作时的扬程曲线，将再次测得的扬程曲线与已测得的管路系统的管阻特性曲线相结合，即可以准确地获得立式轴流泵的真正扬程。因此，利用本发明中的测量装置对立式轴流泵的微扬程进行测量可以有效地减小测量误差，提高测量结果的准确度。

2)本发明采用扭矩仪测量轴流泵运转时的扭矩，可以准确地算出泵装置的轴功率；本发明在轴流泵的泵出口直管段上安装第一压力传感器，可以测量得到轴流泵的出口压力。本发明还在辅助泵的出口端连接金属软管，所述金属软管用于调节辅助泵出口与第三阀门之间的距离。通过设置扭矩仪、第一压力传感器，本发明还可以测量得到轴流泵的效率曲线和轴功率曲线。

3)本发明通过在压力测量装置的测量套管上设置排气孔，有效地解决了测量区域内气体无法排尽的问题；通过在测量套管顶端处单独开设可启闭的排气孔，从而实现了测量区域内气体的自主排尽功能，最终避免了测量区域内的气泡对压力测量过程的干扰，其获得的测量数据自然更为精确。具体而言，试验时，泵出口直管段内的液体经由测压孔而进入环状测量区域，此时在液压力作用下，环状测量区域内的气体经由排气孔逸出；待排尽环状测量区域内的气体后再密封该排气孔，即可通过第一压力传感器进行微扬程泵出口压力的准确测量。

4)由圆钢管制成的支座在此处作为第一压力传感器的安装载体以及第一压力传感器与测量套管之间的衔接固定件而使用。支座一方面通过与测量套管间的焊固来实现两者固接功能；另一方面则通过自身阶梯孔状管腔处的大孔径段来实现第一压力传感器的拧紧操作。使用时，支座的中轴线与测压孔的轴线处于同一水平面上，通过支座的小口径段来保证液压的准确传递功能。

5)本发明设有四道均匀环绕泵出口直管段设置的测压孔，至少可保证测压孔出水端周围区域压力分布的均衡性，再配合与测压孔轴线处于同一水平面处的圆钢管制成的支座，即可有效的提升第一压力传感器的测量精确性。

附图说明

图1为电机与轴流泵的连接结构示意图。

图2为泵出口直管段上的压力测量装置的结构示意图。

图3为图2的A-A剖面示意图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为图4的主视图。

图6为图4的俯视图。

图7为辅助泵的汽蚀曲线。

图8为立式轴流泵的出口管路的管阻特性曲线。

图9为立式轴流泵的泵特性曲线。

图10为校核后的立式轴流泵泵特性曲线。

图11为立式轴流泵独立工作时的小流量工况特性曲线。

图12为添加辅助泵和不添加辅助泵时的立式轴流泵特性曲线局部对比图。

图中标记的含义如下：

1-电机 2-支撑架 3-电机轴套管 4-固定架 5-扭矩仪

6-泵轴套管 7-轴流泵 8-泵出口直管段 81-连接法兰

82-90°弯管 83-测压孔 9-第一压力传感器 91-支座

92-测量套管 921-排气孔 922-丝堵 923-安装孔

93-定位挡板 10/12-长直管 11-流量计 13/15-直管

14-第一阀门 16-第二压力传感器 17-辅助泵

18-第三压力传感器 19-金属软管 20-第二阀门 21-水箱

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图4-6所示，一种微扬程立式轴流泵扬程测量装置，包括轴流泵7和水箱21，所述轴流泵7的泵出口与水箱21之间的管路上设置有第一压力传感器9、第一阀门14、辅助泵17、第二阀门19；所述轴流泵7的泵出口与水箱21之间的管路上还设置有流量计11；所述辅助泵17的进口和出口处分别设置有第二压力传感器16和第三压力传感器18。所述辅助泵17的流量范围与轴流泵7的流量范围相适配，所述辅助泵17的扬程高于轴流泵7的扬程。本实施例中的所述辅助泵17为管道泵。

如图1所示，本装置还包括电机1，所述电机1与所述轴流泵7之间设置有联轴器，所述联轴器上设置有扭矩仪5。所述联轴器包括套设在电机输出轴上的电机轴套管3，还包括设置在泵轴上的泵轴套管6，所述扭矩仪5的两端分别连接电机轴套管3和泵轴套管6，所述扭矩仪5通过固定架4与固定电机1的支撑架2固接在一起。

如图4所示，由电机1和立式轴流泵7构成的整个进口结构部分安装在敞口水箱21内，水箱21中间的隔板下方有矩形空间，此矩形空间便于水能稳定回流至立式轴流泵7的入口处。所述轴流泵7安装在水箱21底部，支撑架2安装在轴流泵7的上方，如图1所示，电机1安装在支撑架2上，电机轴套管3与电机的输出轴相连，扭矩仪5与电机轴套管3相连，两块固定架4的底板固定在支撑架2上，固定架4的侧板将扭矩仪5夹持在中间，且固定架4的侧板通过螺钉与扭矩仪5紧固在一起。所述固定架4的底板上开有U型槽，以便于移动调节侧板的位置，安装时使侧板贴紧扭矩仪5设置；固定架4的侧板上也开有U型槽，便于上紧螺钉。扭矩仪5下方是泵轴套管6，泵轴套管6与轴流泵7的泵轴相连。所述泵轴套管6的长度可以设置的较长，以确保扭矩仪5位于水面上方的安全位置。

如图4所示，所述第一压力传感器9通过压力测量装置设置在轴流泵7的泵出口直管段8上。

如图2、3所示，所述压力测量装置包括沿轴向依次固设在所述泵出口直管段8上的两块定位挡板93，两块定位挡板93之间设置有套设在泵出口直管段8上的测量套管92，所述测量套管92和两块定位挡板93之间共同围合成测量区域；所述测量套管92上设置有用于安放第一压力传感器9的支座91；所述泵出口直管段8在位于测量区域内的管身上设置有测压孔83；所述测量套管92的顶部设置有排气孔921，排气孔921处设置有丝堵922。

如图2、3所示，四个所述测压孔83沿所述泵出口直管段8的周向均匀分布，且所述测压孔83的孔中心与所述支座91的孔中心处于同一水平面上；环状所述测量区域内的轴向截面面积大于此四个测压孔83的横截面总面积的四倍。

如图4所示，轴流泵7的出口下方是一段长度大于4D(D为管内直径)的泵出口直管段8，第一压力传感器9安装泵出口直管段8上，且第一压力传感器9的位置与泵出口的距离为2D；长直管10通过90°弯管82与泵出口直管段8相连，长直管10的长度大于4D，流量计11安装在长直管10的末端，流量计11后端的长直管12长度也大于4D；第一阀门14安装在流量计11的出口后端，第一阀门14进口前段的直管13长度为2.5D，辅助泵17的流量与立式轴流泵7的流量相当，辅助泵17安装在第一阀门14的后端，辅助泵17的进出口各安装有一个压力传感器，分别为第二压力传感器16和第三压力传感器18，所述辅助泵17进口前段的直管15长度为4D,出口段通过金属软管19与控制泵流量的第二阀门20相连接，所述第二阀门20的出口端伸入水箱21中。

下面结合具体的工作过程对本发明的测量方法做进一步详细描述。

(1)前期准备。

当轴流泵7和管路系统安装完毕之后，向水箱21内灌水，此时第一阀门14和第二阀门20全开，以便排尽管路系统内的空气。将第一阀门14开到最大，关闭辅助泵17出口段的第二阀门20，启动辅助泵17。

(2)辅助泵汽蚀特性的验证。

慢慢打开第二阀门20，由小到大调节出口流量，当流量调节定值Q1时，得到辅助泵17的进口压力值Po_ut(通过第二压力传感器16测得)为P1，出口压力值P_in(通过第三压力传感器18测得)为P1’,根据算出此时的辅助泵扬程H₁，然后慢慢调小第一阀门14的开度，在保证管路的出口流量Q₁恒定的情况下微调第二阀门20的开度；在调节第一阀门14和第二阀门20的过程中，若扬程H₁下降在3％以内，则未发生汽蚀，若扬程下降超过3％，则辅助泵17发生汽蚀。恢复第二阀门20的开度，调节第二阀门20至流量Q2,此时辅助泵17的进出口压力值分别为P2和P2’,算出此时辅助泵的扬程H2，然后慢慢调小第一阀门14的开度，依然微调第二阀门20的开度保持流量Q2不变，直至辅助泵17的扬程下降3％，辅助泵17发生汽蚀。按照上述相同步骤分别调节第二阀门20开度至流量Q3，Q4，Q5，Q6等，然后调节辅助泵17进口段的第一阀门14，验证辅助泵17的汽蚀特性。

(3)图7中，辅助泵17在A点与B点的流量之间没有发生汽蚀，此时，流量计11和第一压力传感器9收集的数据是可用的，当流量在A、B点以外时，由于辅助泵17发生了汽蚀，所有收集的数据都是不可用的。因此，将辅助泵17在A、B点之间由小到大调节得到若干个流量点Qa，Qb，Qc，Qd，Qe，Qf，Qg，Qh，Qi，Qj，Qk，Ql，立式轴流泵7出口处的第一压力传感器9也会显示的对应的压力值pa，pb，pc，pd，pe，pf,pg，ph，pi，pj，pk，pl；按照相同的步骤，循环调节辅助泵17的流量7次，获得7组上述流量与压力的数据，然后将7组数据相加并取平均值，得到A、B流量点之间Q和第一压力传感器9显示的压力值p各自的平均值，根据将压力值分别换算成H，从而获得一条Q-H曲线Ⅰ，此曲线显示的是立式轴流泵7进出口段之间的管阻特性曲线，如图7所示。

(4)立式轴流泵外特性参数的测量。

将第一阀门14和第二阀门20全开全开，辅助泵17继续运行，开启立式轴流泵7；依次从大到小调节第二阀门20的开度，分别记录立式轴流泵7的流量计11的数据Qa，Qb，Qc，Qd，Qe，Qf，Qg，Qh，Qi，Qj，Qk，Ql和第一压力传感器9的数值pa’，pb’，pc’，pd’，pe’，pf’，pg’，ph’，pi’，pj’，pk’，pl’；按照上面的步骤循环调节泵的流量点7次，获得7组上述流量与压力的数据，，然后对7组数据分别取均值，根据将第一压力传感器9的数据转换为Ha’，Hb’，Hc’，Hd’，He’，Hf’，Hg’，Hh’，Hi’，Hj’，Hk’，Hl’，此时，依据泵功率算出各流量点对应的泵功率，而立式轴流泵7上的扭矩仪5测得扭矩分别为Ta’，Tb’，Tc’，Td’，Te’，Tf’，Tg’，Th’，Ti’，Tj’，Tk’，Tl’.依据轴功率算出轴功率分别为Pa’，Pb’，Pc’，Pd’，Pe’，Pf’，Pg’，Ph’，Pi’，Pj’，Pk’，Pl’，依据泵的效率算出泵效率点ηa’，ηb’，ηc’，ηd’，ηe’，ηf’，ηg’，ηh’，ηi’，ηj’，ηk’，ηl’。最终得到扬程曲线Ⅱ，效率曲线Ⅲ，轴功率曲线Ⅳ，如图9所示。

(5)立式轴流泵特性曲线的校核。

结合图8和图9对立式轴流泵7的特性曲线进行校核，把两条曲线相同流量下的扬程相加，即H_总＝H+H’，得到新的Q-H曲线Ⅴ，此曲线是立式轴流泵的实际扬程曲线。如当流量为Qa时,立式轴流泵17的实际扬程为HA＝Ha+Ha’,其实际泵功率为根据立式轴流泵7上的扭矩仪5所测得扭矩T’，此时立式轴流泵的轴功率算出新的泵效率如图10所示。

(6)对试验方案的准确性进行验证。

关闭第二阀门20，再关闭立式轴流泵7和辅助泵17。撤掉辅助泵17，打开阀门重新开启立式轴流泵7，由于立式轴流泵7的扬程很小，撤掉辅助泵17之后无法在大流量工况下正常运行，因此只测量立式轴流泵7在小流量工况下的泵特性参数，重复做7组试验，将收集的数据取平均值之后，得到小流量段立式轴流泵特性曲线如图11所示，将得到的曲线与步骤(5)中立式轴流泵校核后的曲线的小流量段进行对比，如图12。若相对应的曲线基本重合或彼此吻合，则测量结束；否则需重复步骤(1)至(5)，直至步骤(4)和步骤(5)测量得到的相应曲线的对应部分彼此吻合。