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上海奧豐泵閥制造有限公司

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水泵知識

離心泵、混流泵、軸流泵實驗方法-GB3216-89

文章熱度:11840

     本標準等效采用了國際標準IS02548-1973《離心泵、混流泵和軸流泵驗收試驗規范—C級》和IS03555-1977《離心泵、混流泵和軸流泵驗收試驗規范—B級》。
1  主題內容與適用范圍
    本標準規定了離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵的流量、揚程、軸功率、轉速、汽蝕余量的測試方法及測試數據的處理和誤差分析。
    本標準適用于以常溫清水或性質與常溫清水類似的其他液體為試驗介質的泵的試驗,包括不帶任何管路附件的泵和帶有管路附件的泵的組合體。
    本標準按測量精度分為B級和C級。
2  引用標準
    GB 1032三相異步電機試驗方法
    GB 3214水泵流量的測定方法
    GB 10889  泵的振動測量與評價方法
    GB 10890  泵的噪聲測量與評價方法
3  符號
3.1  本標準使用符號
    表1  符號
符    號
量的名稱
單    位
量  綱
符    號
中文符號
m
質  量
kg
千克(公斤)
M
l
長  度
m
L
t
時  間
S
T
(min,h)
(分,小時)
θ
溫  度
@
A
面  積
m2
2
L2
V
體  積
m3
3
L3
 
    符    號
    量的名稱
    單    位
    量  綱
    符    號
中文符號
    ω
    角速度
    rad/s
    弧度/秒
    T-1
    v
    速  度
    m/s
    米/秒
    LT-1
    g
  自由落體加速度
    m/s2
    米/秒2
    LT-2
    n
    轉  速
    r/min
    轉/分
    T-1
    ρ
    密  度
    kg/m3
    千克/米3
    ML-3
    pe
    表壓力
    Pa
    帕
    ML-1T-2
    μ
    (動力)粘度
    Pa.s
    帕.秒
    ML-1T-1
    υ
    運動粘度
    m2/s
    米2/秒
    L2T-1
     P
    功  率
    kW
    千  瓦
    ML2T-3
    Re
    雷諾數
 
 
 
    D
    直  徑
    m
    米
    L
    q
    質量流量
    kg/s
    千克/秒
    MT-1
    Q
    體積流量
    m3/s
    米3/秒
    L3T-1
  (m3/h,L/s)
 (米3/小時,升/秒)
    Z
  至基準面的距離
    m
    米
    L
    H
    揚  程
    m
    米
    L
    H1
    入口總水頭
    m
    米
    L
    H2
    出口總水頭
    m
    米
    L
    Y
    比能
    J/kg
    焦/千克
    L2T-2
    Hj1
    入口水頭損失
    m
    米
    L
    Hj2
    出口水頭損失 
    m
    米
    L
    NPSH
    汽蝕余量
    m
    米
    L
    Pb
  大氣壓力(絕對)
    Pa
    帕
    ML-1T-2
    pv
  汽化壓力(絕對)
    Pa
    帕
    ML-1T-2
    Pa
    泵軸功率
    kW
    千瓦
    ML2T-3
    Pu
    泵輸出功率
    kW
    千瓦
    ML2T-3
    Pgr
  原動機輸入功率
    kW
    千瓦
    ML2T-3
    η
    泵效率
 
 
 
    K
    型式數
 
 
 
    λ
    摩阻系數
 
 
 
    M
    轉  矩
    N.m
    牛.米
    ML2T-2
    W
    重  力
    N
    牛
    MLT-2
 
    注:帶括號的單位不供定義式和計算式使用。
3.2  基本字母和下標(按字母順序排列)
表2  作符號用的字母
    符號
    量的名稱
    單位
符號
中文符號
    A
    面  積
    m2
    米
    D
    直  徑
    m
    米
    g
    自由落體加速度
    m/s2
    米/秒2
    H
    揚程
    m
    米
    Hi
    液體水頭損失
    m
    米
    K
型式數
 
 
    κ
    絕對粗糙度
    m
    米
    L
    長  度
    m
    米
    m
    質  量
    kg
    千克
    n
    轉  速
    r/min
    轉/分
    NPSH
    汽蝕余量
    m
    米
    p
    壓  力
    Pa
    帕
    P
    功  率
    kW
    千瓦
    g
    質量流量
    kg/s
    千克/秒
    Q
    體積流量
    m3/s
     米3/秒
(m3/h,L/s)
  (米3/小時,升/秒)
    Re
    雷諾數
 
 
    t
    時間
    S
     秒
   (min,h)
  (分,小時)
    v
速  度
  m/s
  米/秒
    V
    體積(容積)
    m3
    米3
    X
    容  差
 
 
    Y
    比  能
    J/kg
    焦/千克
    Z
    至基準面的距離
    m
    米
    h
    水銀壓力計讀數
    m
    米
    η
    效  率
 
 
    θ
    溫  度
    ℃
    度
 
符號
量的名稱
單位
符號
中文符號
λ
摩阻系數
 
 
μ
(動力)粘度
Pa.S
帕.秒
υ
運動粘度
m2/s
2/秒
ρ
密  度
kg/m3
千克/米3
ω
角速度
rad/s
弧度/秒
 
注:帶括號的單位不供定義式和計算式使用。
    表3  作下標用的字母和數字
    下    標
    意    義
     0
    規定轉速下的值
     1
      入口
     2
     出口
     a
    1)-般:可使用的,有效的;2)與P有關時,接受的
     b
大氣壓的
     c
    臨界
     e
    有效的,有用的
     gr
    機組的(總的)
   Hg
     水銀的
     j
    損失
    m
    平均
    sp
    規定的
    u
    有用的
    V
    汽化的
 
4  術語
4.1  -般術語
4.1.1  自由落體加速度g
    對C級試驗g=9.81 m/s2;對B級試驗應采用當地的g值。不過多數情況下,取g=9.8 1 m/s2不致有顯著的誤差。g的當地值可按下式計算:
    g=9.806 1 7 ×(1-2.6 4×1 0-3COS2 2φ+7×1 0-6COS22φ-3.08 6×10-6Z……(1)
式中:φ——當地的緯度;
      Z——當地的海拔高度。
4.1.2  轉速  n
    轉數被時間除的商。
4.1.3  密度  ρ
  單位體積的質量。
4.1.4  壓力 p 
    力被面積除的商。除非另有說明,所有壓力均指表壓力,即相對于大氣壓力測量的壓力。
4.1.5  (動力)粘度  /1
    由下式定義:
               τ=μμ0/h
式中:μ0—平板在其自身的平面內作平行于某-固定平壁運動時的速度;
          h—平板至固定平整的距離。但此距離應足夠小,使平板與固定平壁間的流體流動是層流;
          τ—平板運動過程中作用在平板單位面積上的流體摩擦力。
4.1.6運動粘度  υ
    (動力)粘度被密度除的商。
                            υ=μ/ρ
4.1.7  功率  P   
    某-時間間隔內所傳遞的能量被間隔時間除的商。
4.1.8  雷諾數  Re
    由下式定義:
                   Re=vD/v(4)
4.2本標準專用術語
4.2.1  體積流量  Q
    單位時間內從泵出口排出并進入管路的液體體積。
4.2.2質量流量 q
    其值為:
      Q=Qρ
4.2.3  流速  v
    平均流速等于體積流量被管路橫截面積除的商:
      v=Q/A
4.2.4水頭
    單位重量液體的能量。 
4.2.5基準面
    通過由葉輪葉片進口邊的外端所描繪的圓的中心的水平面(圖1)。
    對于多級泵以第一級葉輪為基準。
    對于立式雙吸泵以上部葉片為基準。
4.2.6  Z
    表示所研究的水平面與基準面之間的垂直高差。如果所指的水平面在基準面之上,2為正值;反之Z為負值。
4.2.7表壓力  Pe
    相對于大氣壓力的有效壓力。對應此壓力的壓力水頭為:
  Pe/ρg
如果該壓力高于大氣壓力,其值為正;低于大氣壓力,其值為負。
基準面示意圖
 
                     圖1  基準面
4.2.8速度水頭
    單位重量運動液體的動能,用式(8)表示:
                      v2/g(8)
式中:v—所研究的截面上的液體平均流速。
4.2.9  總水頭
在任何截面處液體的總水頭為:
                 Z+p/ρg+v2/2g
    這是相對大氣壓力的表達式,絕對總水頭為:
               Z+ p/ρg+ pb/ρg + v2/2g  
4.2.1 0  入口總水頭  H。
    泵入口截面處液體的總水頭為:
                 H1=Z1+ p1/ρ1g + v21/2g 
4.2.1 1  出口總水頭 H2
    泵出口截面處液體的總水頭為:
                 H2=Z2+ p2/ρ2g + v22/2g   
4.2.12  泵揚程  H
    其值等于泵的出口總水頭與入口總水頭的代數差。
                  H=H2-H1
如果泵輸送液體的密度改變不大,則:
公式14
如果泵輸送液體的密度改變顯著,則P應以平均值代替:
              ρm=(ρ1`+ρ2)/2
   4.2.1 3  比能 Y
    每單位質量液體的能量,由式(16)確定:
                  Y=gH 
4.2.1 4  入口總水頭損失  Hj1
    測量點處液體的總水頭與泵入口截面處液體的總水頭之差。
4.2.1 5  出口總水頭損失  Hj2
    泵出口截面處液體的總水頭與測量點處的總水頭之差。
4.2.1 6汽蝕余量NPSH
    入口總水頭加上相應于大氣壓力的水頭,減去相應于汽化壓力的水頭。
           NPSH=H1+Pb/ρg-Pv/ρg
     因此,同入口總水頭-樣,NPSH也與基準面有關。
4.2.1 7  必需汽蝕余量  (NPSH)r
    在規定的轉速和流量下必需的NPSH值,它由設計制造時給出。
4.2.1 8有效汽蝕余量  (NPSH)a
    在同-流量下有效的NPSH值,它由泵的安裝條件確定。
4.2.1 9  臨界汽蝕余量  (NPSH)c
    通過汽蝕試驗測得的NPSH臨界值。.該臨界值是在給定的流量下,在第一級內引起第一級揚程或效率下降(2+K/2)%時的NPSH值;或者在給定的揚程下,在第-級內引起流量或效率下降(2+K/2)%時的NPSH值。
4.2.20  泵輸出功率  Pu
    泵傳遞給液體的功率。
         Pu=ρQgH.10-3  
4.2.21  泵軸功率  Pu
    泵軸所接受的功率。
4.2.22  原動機輸入功率  Pgr
    泵的原動機所接受的功率。
4.2.23泵效率 η
     η=Pu/Pa
4.2.24機組效率  ηgr
     Ηgr=Pu/Pgr
4.2.25型式數  K
公式21
型式數是-個無因次量,由式(21)定義:
式中:Q’—每-吸入口的體積流量,
         H’—泵的單級揚程。
     注:型式數按規定點計算。
4.2.26規定點
    是指對于指定的泵,在設計制造時所給定的轉速、流量、揚程、軸功率、汽蝕余量以及效率的值所對應的工況點。
4.2.27泵工作范圍
    是指大于和小于規定流量(或揚程)值之間的一定區域。
4.2.28大流量點
    是指泵工作范圍內大于規定流量的邊界點。
4.2.29小流量點
    是指泵工作范圍內小于規定流量的邊界點。
5試驗的實施
5.1  型式檢驗和出廠檢驗
    型式檢驗的內容包括:運轉試驗、性能試驗、汽蝕試驗以及必要時進行的噪聲和振動試驗。
    出廠檢驗是對泵工作范圍內,包括小流量點、規定流量點、大流量點等三個以上流量點進行試驗,檢查其揚程和軸功率。在每個流量點下均應測定流量、揚程、軸功率和轉速。在開始試驗前,應進行試運轉試驗,試驗方法見本標準5.9條。
5.2試驗的組織
    精確的測量不僅取決于所使用的測量設備和儀表質量,而且也取決于測試人員的工作素質和技術水平。試驗負責人應由在測試技術方面有豐富經驗的技術人員擔任,-般試驗人員應由具備-定的試驗專業知識并能夠對泵試驗進行熟練操作的人員擔任。
5.3試驗用的液體
    若無特殊規定,試驗用常溫清水進行。當要求根據常溫清水性能預計輸送其他液體性能時,其方法應另行規定。
    本標準所謂“常溫清水”的特性應符合表4的規定。
    表4常溫清水的特性
    特    性
    單    位
    最    大
    溫    度
    ℃
    40
    運動粘度
    m2/s 
    1.75×10-6
    (質量)密度
    kg/m3  
    1050
    不溶解于水的固體含量
    kg/m3
    2.5
    溶解于水的固體含量
    kg/m3
    50
 
    水中溶解氣體和游離氣體的總含量(容積):
    對于開式回路,不應大于吸水池中溫度和壓力條件下的氣體飽和容積。
    對于閉式回路,不應大于吸水罐中溫度和壓力條件下的氣體飽和容積。
5.4  試驗設備
    所有測試設備均應附有證明其精度符合本標準5.7條要求的報告。精度證明可以通過校準或與其
他標準作比較獲得。
5.5試驗記錄和試驗報告
5.5.1  試驗記錄
    試驗記錄數據要真實、準確。記錄單應由試驗人員簽字。
    試驗數據的處理和特性曲線的繪制應在試驗裝置和儀表拆除之前完成,以便對有懷疑的測量結果進行復試。
5.5.2  試驗報告
    試驗報告應由試驗負責人審查簽字,其內容如下:
    a.  試驗的地點和時間;
    b.  制造廠名稱、泵名稱、型號、產品編號;
    c.  試驗性質;
    d.  規定的泵性能參數;
    e.  泵驅動機資料;
    f.  試驗設備和測試儀表的名稱、型號、規格及精度;
    9.  試驗測試數據;
    h.  測試數據的計算和分析;
    i.  試驗特性曲線;
    j.  結論。
    試驗結果與規定值相比較,確定產品性能是否滿足由試驗性質所要求的.規定指標。
5.6  試驗裝置
5.6.1  標準試驗裝置
    必須采取-切有效措施來保證通過測量截面的液流具有如下特性:
    a.  軸對稱的速度分布;
    b.  等靜壓分布;
    c.  無裝置引起的旋渦。
    對于C級試驗,以上條件是參考條件。
    為了保證這些條件,下面對標準試驗裝置推薦了-些方法。
    對于型式數小于或等于1.5的泵可以在標準試驗條件下進行試驗。
    對于型式數大于1.5的泵,這樣的試驗結果將只適合于規定的條件,而且這種試驗的目的在于提供一種保證,即如果安裝合適,泵將達到規定的性能。
    對于標準試驗回路,如圖2~4所示,從具有自由液面的水池中引水或是在閉式回路中所設置的具有靜止液面的大容器中引水,入口等徑直管段長度應是:
    a. 若入口節流閥-直保持全開狀態,入口等徑直管段長度應不少于7D;
    b. 若入口節流閥處于任意開度狀態,入口等徑直管段長度應不少于12D。 
    如果在閉式回路上,在緊接泵的上游處沒有靜面的大容器,則必須設法保證進入泵的液流無裝置引起的旋渦,且具有法向對稱的速度分布。
    采取下列措施可以避免出現大的旋渦:
    a.  精心設計測量截面上游的試驗回路;
    b.  審慎使用整流柵;
    c.  恰當布置取壓孔,使它對測量的影響減至最小。
標準試驗裝置泵出口等徑直管段長度應不小于4D。
圖2
                    圖2  臥式泵開式池試驗裝置示意圖
  1-試驗泵;2-測功計;3-測速儀;4-壓力表;5-流量調節閥;6-真空計;7-入口節流閥;8-水封節流閥;9-水堰;10-流量計;11-換向器;12-量桶
圖3
                圖3  臥式泵開式池試驗裝置示意圖
1-真空表;2-試驗泵;3-壓力表;4-流量調節閥;5-水堰
圖4
                  圖4  臥式泵閉式回路試驗裝置示意圖
1-汽蝕罐;2-水封式閘閥;3-穩定器;4-真空計;5-試驗泵;6-扭矩傳感器;7-電動機;8-扭矩轉速測量儀;9-壓力表;10-流量計;11-流量調節閥
圖5
                                                                     圖5整流柵
5.6.2模擬試驗裝置
    如果泵在模擬現場條件下進行試驗,則不宜在緊接泵的前面設置整流柵。重要的是模擬回路的液流特性應是可控制的;液流應當盡可能沒有裝置引起的大的旋渦,并且有對稱速度分布。必要時應當用精皮托管排(梳狀管)測定進入模擬回路的液流速度分布,以證實液流特性符合要求。如若不然,可以設置象圖5的整流柵-類的適當裝置來獲得要求的液流特性;但是務必注意保證試驗條件不受大的不能恢復的壓力損失的影響。
5.6.3  同配件-起試驗的泵
    如果有要求,可將泵同以下配件在一起進行試驗:
    a.  在現場實際最終安裝的有關配件;
    b.  或與a完全-樣的復制件;
    c.  或為試驗目的引入并作為泵本身組成部分的配件。
    整個機組的入口側和出口側與試驗管的連接應按本標準5.6.1條的圖2~4方式進行。
    此外,測量應按本標準6.2.1.4條進行。
5.6.4  淹沒條件下的泵裝置
    對于泵或泵與配件的組合體,當不能做到如本標準5.6.1條所述的標準管連接時(由于不能接近或淹沒之故),其測量應按本標準6.2.1.5條進行。
5.6.5  QJ深井泵
    通常,深井泵不可能將其全部揚水管都裝上進行試驗。對于未裝的這部分揚水管的水頭損失及傳動軸系所消耗的功率均不能測得。而且泵的任-止推軸承在試驗時所承受的負載也總比在最終實際安裝條件下工作的負載為輕,所以不能測定出最終的功率。
5.6.6  自吸泵
    原則上自吸泵的自吸特性應在規定的吸入靜水頭下并裝上與最終實際安裝時一樣的吸入管路來進行試驗。
    如果不能按照上述所提出的方式進行試驗,則應按另行規定的技術條件試驗。
5.7試驗條件
5.7.1試驗的進行
    試驗的持續時間應足夠,以獲得一致的結果,這將關系到試驗精度。
    對于取多次讀數以降低誤差的場合(見本標準5.7.2條)應在不等的時間間隔下取讀數。所有的測量均應在運轉穩定的情況下進行。
5.7.2運轉穩定性
5.7.2.1  對本標準而言,下列定義適用:
    波動—在一次讀數的時間內,讀數相對平均值的短周期變動。
    變化—同一量相鄰兩次讀數間的數值改變。
5.7.2.2允許讀數波動及穩定裝置的應用   
    在由泵的運轉或結構而導致讀數大幅度波動的場合下,可以用一種能提供至少是在全波動周期內讀數總和平均值的儀器來進行測量。這種儀器的校準應遵守專門條款的規定。
    在需要把波動幅度(測定量的平均值)減小到表5的規定范圍以內時,可以在測量儀表及其連接管中裝設有限的穩定裝置(阻尼器)。
    表5  最大允許波動幅度
    測定量
    最大允許波動幅度,%
   B級
C級   
    流  量
    揚  程
    轉  矩
    功  率
 
 
    ±3
 
 
 
    ±6
 
    轉  速
     ±1
    ±2
 
    注:①當便用差壓計測量流量時觀測液柱差的最大允許波動幅度:
    B級:可定為±6%;
    C級:可定為±12%。
    ②對入口總水頭和出口總水頭的測量來說,最大允許波動幅度應根據泵的揚程分別計算。
    當穩定裝置可能對讀數精度產生明顯影響時,應采用對稱的線性穩定裝置(例如毛細管)重做試驗。
5.7.3成組觀測讀數
5.7.3.1  在穩定和調整好的試驗條件下,對規定的試驗條件只記錄各個測定量的一組讀數。這一組讀數只有當觀測者確信波動已穩定在表5和表6規定的范圍以內時方向進行記錄。
5.7.3.2  當試驗條件不穩定引起對精度產生懷疑時,應按下述方法處理之。
    試驗點的讀數應重復多次,除轉速和溫度允許調節外,節流閥水位、軸封部分、平衡水等應完全保持不變。同一量的各次重復讀數間的差異是衡量試驗條件不穩定的一種尺度。這種不穩定性,除了安裝因素的影響外,試驗中的泵至少也對它產生一部分影響。
    對于每個試驗點,最低限度應取三組讀數,并且應記錄每一個獨立讀數的值,以及由每組讀數得出的效率值。每一量的最大值與最小值之間的百分數差應不大于表6的規定。應該注意,如果重復讀數次數增至最多9組時,允許允差已較寬。  
    這些允差用來保證由于離散所致的誤差與由表7所限定的系統誤差合在一起后的總測量誤差將不大于表8的規定值。
    取每一量的各次讀數的算術平均值作為該量的試驗實際值。
    如果不能達到表6的規定,則應找出原因,調整試驗條件,并重取一組新的讀數,亦即原先一組讀數應全部作廢。但是不應該以讀數超出范圍為理由,而拒絕讀數或從這成組觀測值中選擇讀數。
    要是讀數變化過大,不是由于操作方法或儀表誤差等所致,因而無法加以消除時,誤差限可以用統計分析法計算之。
表6  同一量多次重復測量的變化范圍(基于9 5%的置信限)
 
 
 
    重復讀數組數
 
 
    每-量重復讀數的最大值與最小值間的最大允差,%
    流  量
    揚  程
    轉  矩
    功  率
 
 
    轉  速
 
    B級
    C級
    B級
    C級
    3
    0.8
    1.8
    0.25
    1.0
    5
    1.6
    3.5
    0.5
    2.0
    7
     2.2
    4.5
    0.7
    2.7
    9
    2.8
    5.8
    0.9
    3.3
 
    注:最大值與最小值之間的百分數差等于:
            最大值-最小值/最大值×100%
5.7.4試驗時的轉速
    試驗轉速規與規定轉速九sp間的差異可用如下百分數表示:
    (n-nsp)/nsp×100% 
    其差應在下列范圍內:
    a.  對流量和揚程:轉速相差為規定值的+20%~-50%。
    b.  對泵的效率:轉速相差為規定值的±20%。
    對電動機-泵整體機組,試驗轉速和規定轉速下的電動機效率改變應另行規定。
    c.  對汽蝕試驗:假定試驗時泵的流量在最高效率點流量的(0.5~1.2 0)范圍內,轉速相差為±20%
    注:對于符合本標準7.1.1條要求的試驗,上述的轉速變化總是可以行得通的;對于符合本標準7.1.2條要求的試
    驗,對型式數小于或等于2的泵,這樣變化也是可行的;而對于型式數大于2的泵,則應得到有關各方的同意。
5.7.5揚程的調節
    采用同時節流吸入管路和排出管路或節流兩者之一的辦法以及連同采用其他方法可以得到所需的試驗條件。不過,在吸入管路上節流時,對可能發生汽蝕或使水中溶解空氣析出這-點必須給予應有的注意,它可能會影響泵的運轉(見本標準7.2條)或流量的測量(對節流式流量計),或者同時影響兩者。
5.8  測量精度
     本試驗中規定的測量誤差范圍是指測得的數據以及由這些數據算出的量的誤差范圍,它表示測得性能與實際性能之間的最大可能差異。詳細的誤差分析和計算方法見附錄D(補充件)。   
 本標準規定了測定流量、入口總水頭、出口總水頭、泵揚程、轉速和泵軸功率的標準測量方法及使用的儀表。
    凡是經過校準或通過與有關的國家標準相比較,證明其測量誤差不超過表7規定范圍的任何測試設備或方法均可使用。
  表7  測量儀表的允許系統誤差
測  定  量
允許范圍,%
B級
C級
流    量
土1.5
±2.5
泵揚程
泵軸功率
原動機輸入功率
(對機組效率試驗)
                       士1.0
±2
轉  速
±0.2
±1.0
 
    如果符合表7所規定的儀表系統誤差并遵循本標準的試驗方法,則可認為總的誤差限將不會超過表8的規定。
       表8最大總誤差限
測  定  量
允許范圍,%
B級
C級
流    量
士2.0
 
±3.5
 
 
泵  揚  程
泵軸功率
原動機輸入功率
(對機組效率試驗)
 
 
士1.5
 
轉    速
士04
±1.8
泵效率
±2.8
±5.0
機組效率
±2.5
±4.5
 
5.9  運轉試驗
    泵應在規定轉速及工作范圍內工況點進行運轉試驗,必要時可商定在最終安裝現場行。
    運轉試驗持續時間不得少于表9的規定。
    運轉試驗時應檢查泵的軸承和填料的溫升,填料函的泄漏及密封、噪聲、振動情況。關于泵的密封環、平衡盤、軸承等處磨損情況可在試驗完后, 進行檢查。
    表9  運轉試驗持續時間
    規定工況下泵的軸功率,kW
    運轉試驗時間,min
    <5 0
    30
    50~100
    60
    100~400
    90
    >400
    120
 
5.10  性能試驗
5.10.1  -般規定
    性能試驗是為了確定泵的揚程、軸功率、效率與流量之間的關系。試驗應從功率最小的工況開始順次進行。
    離心泵的試驗最好是從零流量開始。至少要試到大流量點流量的115%。
    混流泵、軸流泵和旋渦泵的試驗從閥門全開狀態開始。至少要試到小流量點流量的85%。
    試驗應有足夠的持續時間,以獲得-致的結果和達到預期的試驗精度。每測-個流量點應有-定的時間間隔,并應同時測量流量、揚程、轉速和軸功率。
5.10.2試驗測量點
    測量點應均勻地分布在整個性能曲線上。
    離心泵和旋渦泵應取13個以上不同流量點。
    混流泵和軸流泵應取15個以上不同流量點。
5.11  汽蝕試驗
    汽蝕試驗是為了確定泵的臨界汽蝕余量與流量之間的關系,或者是驗證泵的臨界汽蝕余量小于或等于規定的必需汽蝕余量值。
    決不應當用汽蝕試驗來驗證泵在其使用期限內不會發生汽蝕損壞。
6流量、揚程、轉速和軸功率測量方法 
6.1  流量的測量  
    流量測定應按GB 32 1 4進行。
6.2揚程的測量
6.2.1  泵揚程
6.2.1.1  泵的揚程按本標準4.2.1 2條所下的定義進行計算。
    但在有些情況下,泵的揚程可以用-個差壓計來直接進行測量。
    如認為更合適,泵的揚程可以用泵輸送液體的比能增量來表達(Y=gH見本標準4.2.1 3條)。
    比能的增量可由上述的泵揚程公式兩邊乘以g得出。
6.2.1.2  入口和出口摩阻損失
    泵的揚程是指泵的出口法蘭處與入口法蘭處的總水頭差,而測壓點通常離這些法蘭還有一段距離。因此,在測得的泵揚程中需將測壓點至泵法蘭之間由于摩阻所造成的水頭損失(Hj1和Hj2)加上。
    但是,只有當日jl+Hj2≥0.002H(對B級),或Hjl+Hj2≥0.00 5H(對C級)時才需進行這種修正。
    如果測壓點與法蘭之間的管路是等徑圓截面無阻礙直管路,則摩阻損失由式(2 3)求得:
公式23
λ值由下式求得:
公式24
λ值由下式求得
  式中:Re=vD/v (純數值)。
          k/D=管路粗糙度/管路直徑(純數值)。       
 附錄B(補充件)給出了指導性圖表,它可以用來核對是否需要作這種修正和計算修正值(如需修正的話)。
    如果管路不是定常圓截面無阻礙直管路,則應另行規定所用的修正方法。
  6.2.1.3  合乎本標準5.6.1條的試驗裝置。如采用彈簧壓力計測量出口和入口壓力,當入口壓力大于大氣壓力時,如圖6a所示,揚程的計算方法如下:

公式24、25、26

當入口壓力小于大氣壓力,入口測壓連接管內充滿空氣時,如圖6b所示,揚程的計算方法如下:
公式28、29、30
    注:在此條件下P。為負值,因此實際運算時,實測的P。,P2讀數(絕對值)應相加,如果P。的讀數單位是水銀柱高,應按水銀壓力計計算。
      如采用水銀壓力計測量泵出口壓力和入口壓力,當入口壓力大于大氣壓力時,如圖7a所示,揚程的計算方法如下:                                                  公式31、32、33
當入口壓力小于大氣壓力,入口測壓連接管內充滿空氣,如圖7b所示,揚程的計算方法如下:
                                                             

公式35、36、37

                                                                     
    注:h。在此情況下,水銀柱讀數為負值,所以實際計算時,實測的h2和h。的讀數(絕對值)應相加。
對于低揚程泵,使用一個雙管水銀壓力計測量泵出El和入口壓力差,如圖8所示,揚程的計算方法如下:
用彈簧壓力計測量泵的揚程
圖6  用彈簧壓力計測量泵的揚程
用彈簧壓力計測量泵的揚程
圖7  用液柱壓力計測量泵的揚程
圖8
    圖8  用一個差壓計直接測量泵的揚程
    6.2.1.4  當泵與構成現場裝置或試驗裝置-部分的配件合在-起進行試驗時,本標準6.2.1.3條中的
    規定是指配件的入口和出口法蘭而不是泵的入口和出口。
    這種測量方法就使入口側和出口側配件所引起的全部水頭損失都歸在泵上。
    試驗時泵應裝上與現場最終安裝相-致的管路設備。在這種情況下,測量入口壓力的截面與入口法
    蘭之間以及測量出口壓力的截面與出口法蘭之間的管路摩阻損失應按本標準6.2.1.2條所述的方法進行計算,并將其值加到位置水頭、壓力水頭和速度水頭三項增量的總和之中。
    6.2.1.5  如果在小流量工況泵入口處產生了預旋,則泵入口總水頭的測量將會產生誤差,其誤差的檢測和修正見附錄C(補充件)。
    6.2.1.6  如果泵的入口側或出口側不能接近或者兩側都不能接近,則泵的揚程測量應按下述方法進行。在某些情況下,如本標準6.2.1.2和6.2.1.4條中提到摩阻損失應予計及。
    6.2.1.7  象圖9a這類裝置的揚程計算應是:

公式38、39、40

    如果泵從有壓力的靜止液面水池中吸水,并向有壓力的靜止液面水池排出如圖9b所示,泵的揚程計算方法如下:

公式41、42

公式43

  顯然這樣的計算就使入口側和出口側的配件引起的全部損失都歸在泵上。
  在這種情況下,摩阻損失可按本標準6.2.1.2條所給出的方法和附錄B(補充件)來確定。
  入口摩阻損失主要由入口濾網、底閥以及吸入管中的流動阻力引起。
  出口摩阻損失由揚水管和出水彎頭中的流動阻力引起。
  通常深井泵不裝全部揚水管進行試驗,在此情況下,制造廠應估算與泵揚程有關的揚水管摩阻損失,并給予說明。
  假如需要通過現場試驗來核實所標明的數據,則應另行規定。
圖9
6.2.2  取壓孔
6.2.2.1  對于8級,分別在入El和出El管路上沿圓周方向對稱地各開設4個取靜壓孔;取壓孔的位置應在離泵的入口法蘭2倍入口管徑遠的上游處和離泵出口法蘭2倍出口管徑遠的下游處。
    各取壓孔應通過截止閥或旋塞與-環形匯集管連通,環形匯集管的橫截面積應不小于全部取壓孔橫截面積的總和。這樣,需要時就可以測量任-取壓孔的壓力。觀測前,應在正常的泵試驗條件下逐一分別打開各取壓孔,測量各取壓孔壓力。如果其-讀數與4個測量值的算術平均值之差超過總水頭的0.5%或者超過測量截面處速度水頭-倍時,則應在試驗開始前查明讀數彌散的原因,并對測量條件進行調整。
    注:當同樣的取壓孔用來測量NPSH值時,此偏差不應超過1%NPSH值或動水頭值的-倍。
    入口總水頭應根據環形匯集管測得的壓力水頭、測量點的位置水頭和速度水頭(假定入口管中的流速是均勻的進行計算)來確定。   
    出口總水頭應根據環形匯集管測得壓力水頭、測量點的位置水頭和速度水頭(假定出口管中的流速是均勻的進行計算)來確定。
    出口處能量測量的可能誤差是由旋渦和局部速度分布不同引起的。
6.2.2.2  對于C級,入口取壓孔-般設在與泵入口同心同直徑的管路上。正常情況下是設在泵入口法蘭上游2倍入口管徑處。不應在下列部位設置取壓孔
    a.  擴散管內和擴散管下游4 D以內的直管部分。
    b.  彎曲面內,無論彎頭本身或彎頭下游4 D以內的直管部分。但是在此區間,可以垂直于彎曲平面設置取壓孔;
    c.  截面急劇縮小部分下游4 D以內或者其他形式的截面積突變部分下游4 D以內的直管部分。
    處理非標準條件下的讀數結果時應考慮:
    a.  入口水頭本身值的重要性如何,如對汽蝕的試驗;
    b.  入口速度水頭與泵揚程的比例。
    如果此比值很小(0.5%以下)或入口水頭值不重要,可以把泵入口法蘭取壓孔的讀數代到入口總水頭公式(11)中計算。
    出口取壓孔通常設置在泵出口法蘭下游2倍出口管徑處。對于型式數小于或等于0.5的泵,如果出口取壓孔是在垂直于蝸殼平面或泵殼形成的彎管平面的位置上,那么該孔亦可直接設置在泵的出口法蘭上。
    對于型式數超過0.5的泵,直平行管必須與泵排出管同心、同直徑。在管壁上開取壓孔時應位于與蝸殼平面或泵殼形成的彎管平面相垂直,并通過管軸心線的平面內。
6.2.2.3  取壓孔應按圖10所示的要求制造。孔中心線應垂直于管的內壁面,邊緣不得有毛刺,周圍光滑齊平。取壓孔的直徑應為2~6 mm或等于取壓孔管徑的1/10,取兩者中的小者,孔深應不小于2.5倍孔徑。
    取壓孔與測壓儀表之間的連接管的內徑至少應等于取壓孔的直徑。連接系統要嚴密不漏。
測壓儀表之前應加裝三通旋塞閥或者加設有限的阻尼器。這樣,當測壓儀表的讀數劇烈波動時,可進行必要的調整,或者排除連接管中的空氣。
圖10
6.2.3  測壓儀表
6.2.3.1  液柱壓力計
    液柱壓力計不需要校準。
    液柱壓力計應避免在液柱差壓小于50 mm的區間內使用。
    液柱壓力計引壓管徑對于水銀至少應為6mm。對于水及其他液體至少應為10 mm。液柱壓力計內的液體必須清潔,以避免由于表面張力的改變而引起誤差。
    單管或雙管水銀壓力計開端使用測量真空時,應避免連接管內和壓力計內充水。
6.2.3.2彈簧壓力計
    彈簧壓力計的精度應不低于0.4級。
    按泵的規定點工況選用彈簧壓力計,指針的示值應在壓力計量程的1/3以上。
    彈簧壓力計的讀數應當讀到測定揚程的1/100。
    當測量壓力大于大氣壓力時,應排盡儀表與取壓孔之間連接管內的空氣并充滿水之后再讀儀表的示值。
    當測量壓力小于大氣壓力時,彈簧真空壓力計的連接管內允許充氣,但應注意連接管內不得存水。
6.2.3.3重力壓力計
  采用重力壓力計或活塞壓力計(無論是單式還是差動式)來測量超過液柱壓力計測量范圍的壓力是切實可行的。
  單式壓力計的有效直徑de可以取活塞直徑dp(直接測得的)和液缸直徑dc的算術平均值。如果試驗前滿足下列條件:
(dc-dp)/(dc+dp) ≤0.1%
    則可以用有效直徑de來計算壓力而不需要再作校準。
    由于活塞至少以30 r/min的速度作旋轉運動,活塞與液缸之間的摩擦力可看作零。
    最好是通過與-液柱壓力計相比較以確定在盡可能寬的壓力范圍內的有效活塞直徑,來校準重力壓力計。
    類似的原則也適用于差動式重力壓力計。用重力壓力計串聯液柱壓力計或采用有液柱壓力計的特殊重力壓力計來測量變化的壓力亦是有益之策。
    6.2.3.4其他型式壓力計
如符合本標準5.8條表7所規定的精度等級,并具備液柱壓力計、彈簧壓力計或重力壓力計功能的其他型式壓力計亦可使用。
  6.3轉速的測量
    轉速測量可用直接顯示的數字儀表測出測量時間內的轉數。
    對于交流電動機驅動的泵,可由平均頻率觀測值和轉差率確定。當采用閃光測頻法和感應線圈法測定轉數和轉差率時,可按GB1032中9.2.2及9.2.3條進行。
  6.4軸功率的測量和效率的計算
    泵的軸功率應通過測定轉速和扭轉力矩得出,或由測量與泵直接連接的已知效率的電動機的輸入功率來確定。
  6.4.1  扭轉力矩的測量
    測量扭轉力矩可采用天平式測功計和扭轉式測功計。測量扭轉力矩時應同時測定轉速。
    按泵的規定點軸功率選用天平式測功計和扭矩傳感器,其值應在測功計或扭矩傳感器額定值的1/3以上。
  6.4.1.1  天平式測功計的重心應位于旋轉軸軸心線上
    天平式測功計的不靈敏度可用加最小負荷△來確定。天平式測功計與泵脫離并且電樞旋轉時加負荷△使天平的秤盤平衡位置發生移動時的力矩即是不靈敏度。
    當天平力臂長等于0.974 m時,其不靈敏度不得超過表10的規定。當力臂大于或小于0.974 m時, 負荷△數值可以成比例地減小或增加。
  6.4.1.2  采用天平式測功計測量扭轉力矩時,應該用精度等級不低于0.1%的杠桿式天平或帶式天平測定作用于臂上的力。臂長和杠桿長應按誤差不超過0.1%計算確定之。   
  6.4.1.3  扭轉式測功計應在扭轉軸不承受彎矩的情況下測定扭轉力矩。為此,扭轉軸與泵和電動機的連接應保證同心。
  6.4.1.4  用扭轉力矩法計算軸功率
    Pa=π/3Mn10-4
當用天平式.測功計時
M=W.L
  式中:L—天平力臂長,m。
    表1 0  不同轉涑下天平涮功計介l許不晨敏序極限    N.m
 
500
750
1000
1500
3000
7
 
 
 
0.0716
0.0363
10
 
 
0.1509
0.1051
0.0525
20
 
0.4060
0.3104
0.2101
0.1051
50
1.6238
1.1271
1.7642
0.5253
0.2579
100
3.1044
2.1014
1.6238
1.1271
0.5253
200
7.4028
4.2984
3.1044
2.1014
1.1271
300
9.5520
7.4028
4.7760
3.1044
1.6238
 
6.4.2  電功率的測量
    當通過測量與泵直接聯接的電動機輸入電功率來確定泵的軸功率時,使用的電動機應當是以足夠的精度確定其效率的。
    交流異步電動機的效率應按GB 1032標準規定的方法進行確定。
6.4.2.1  電動機輸入功率的測量按GB l 03 2標準規定進行,試驗應保證使用儀表系統誤差滿足表的規定。
    儀表的量程選擇應使測量值盡可能在儀表額定值的20%~95%范圍內。
6.4.2.2  已知電動機效率7m。。的泵軸功率為:
Pa=Pgr×ηmot
    6.4.3效率的計算
6.4.3.1  泵的效率
        η=Pu/Pa×100%
Pu=ρQHg10-3
 6.4.3.2機組效率
        Ηgr=Pu/Pgr×100%
6.4.3.3  不能完整測得的效率
    例如深井泵通常不裝全部揚水管進行試驗,在這種情況下,泵的止推軸承、傳動軸系及軸承所消耗的功率不能全部測得,制造廠應估算并說明與功率和效率有關的止推軸承、傳動軸系及軸承的損失。
    對于潛水泵機組的功率測量,應在電纜的引入端進行。所給出的功率和效率應是扣除了電纜和起動器損失的機組本身的功率和效率。
6.5  噪聲和振動的測量
    泵的噪聲和振動測量應分別按GB 108 90、GB 10889進行。
7汽蝕試驗方法
      汽蝕試驗用常溫清水進行。以水為介質的汽蝕試驗,不能用來精確預測泵在輸送非常溫清水的其他介質時的汽蝕特性。   
7.1  試驗類型
    汽蝕試驗有如下兩種不同類型:
    一種是僅作校核試驗證明泵在規定的性能和NPSH下運轉時能可靠地避免汽蝕,這種試驗如本標準7.1.1條所述。
    另一種是通過減小NPSH直至可以測出汽蝕對泵性能的影響。這種試驗可以較圓滿地測得泵的汽蝕性能,如本標準7.1.2條所述。
7.1.1  在規定的流量和NPSH下的試驗
    這種試驗僅證明泵在規定的性能和NPSH下運轉時能可靠地避免汽蝕。
    如果對于同-流量點,在較低NPSH下的-次試驗得出與規定NPSH下試驗相同的揚程,則可以認為泵滿足不發生汽蝕的要求。
7.1.2確定臨界汽蝕余量的試驗
    通常保持流量等于常數,逐漸降低泵入口壓力。改變NPSH值至首級葉輪揚程降低量達(2+-K/2)H%。此時的NPSH即為臨界汽蝕余量(NPSH)c。這種試驗可以確定在各種偏離規定的NPSH值的情況下泵的特性。
7.2改變NPSH的方法
    可以采用下述方法改變NPSH:
    a.  采用在吸入管路中增加阻力的方法進行。例如,在吸入管路上裝設節流閥進行調節(參考圖11);
    對于節流閥引起的汽蝕,有時可以用串聯安裝兩個或多個節流閥來加以避免;或者讓液體通過節流閥后,直接進入-封閉容器或大口徑管中來加以消除。容器和管安裝在節流閥與泵的入口之間。此時需要設導流片以及用來抽走容器中空氣的裝置,特別是在低汽蝕余量時。
    當節流閥處于半開且與泵入口法蘭相距小于12倍入口管徑時,必須確保入口的取壓孔所在管路是
充滿液體的。   
    b.  改變自由液面高度。泵從液位可以調節的水池中,必須橫截面無節流的吸入管抽吸液體(參考圖12);
    c.  設置閉式回路系統。在保證泵揚程或流量不變的條件下,可以改變系統中壓力,或通過調節液溫改變汽化壓力,使泵內發生汽蝕(參考圖13)。
    出口和入口調節閥中的汽蝕,可能使這種試驗較為困難而需要采用特殊的閥。
    為了保持需要的溫度,須有對回路中的液體進行冷卻或加溫的裝置,而且還須有-個氣體分離罐。分離罐要有足夠的尺寸,并且要設計得能防止氣體被裹挾到泵的吸入液流中去。
    如果泵實際用于輸送除氣水,那末也必須用除氣水作汽蝕試驗。
    如果Q/A>0.25 m/s,則罐內需要設置穩流柵。
此處A是罐的橫截面積。
圖11  圖12
圖11  汽蝕試驗—利用入口節流閥改變NPSH     圖12  汽蝕試驗—用調節入口液位方法改變NPSH表
圖13
    圖1 3  汽蝕試驗——利用閉式回路改變  NPSH
    注:盤管冷卻可以用從自由液面上方注入冷水并放出熱水的方法代替之。
7.3  泵的臨界汽蝕余量(NPSH)c的測定
    試驗時可以采用本標準7.2.1~7.2.3條所述的任何-種方法改變NPSH,并可選用表ll中任何一種改變參數的方法,本標準推薦采用在試驗過程中改變兩個調節參數使流量保持恒定的方法。
    在泵的工作范圍內,應包括小流量點、規定流量點和大流量點3個以上不同流量點進行汽蝕試驗。對于采用使流量保持恒定的試驗方法時,對每-個流量點應逐漸降低NPSH,不同的NPSH值不宜少于15個,并在試驗曲線即將出現斷裂的區域應有較密集的試驗點。
7.4  測定NPSH的誤差限
    對B級試驗定為實測NPSH的3%或0.1 5 m,取兩者中的大者。
    對C級試驗定為實測NPSH的5.3%或0.2 m,取兩者中的大者。
    當用高溫液體或按近臨界點的液體做試驗時,要特別注意測量誤差限。
7.5  汽蝕試驗時泵的揚程、流量、轉速、軸功率(必要時)和汽化壓力的測量
    本標準第6章中有關流量、揚程、轉速和軸功率測量的各項要求,亦可用于汽蝕試驗。如果測試條件不穩定,而需要重復讀數時,允許將NPSH的變化量放寬到最大為表6所規定的揚程變化量的1.5倍或0.15 m,取兩者中大者。
  要注意保證:
  a.  流量測量時,汽蝕不致影響流量計的精度;
  b.  在泵吸入管中的測溫傳感器不會影響入口壓力的測量;
  c.  連接處和填料函處不漏氣和吸入管路內沒有窩存空氣的可能性;
  d.  應當按照本標準7.4條的規定,以足夠的精度測定進入泵的試驗液體的汽化壓力。如果汽化壓力是根據測得的進入泵的液體溫度按標準資料查得的,則應說明溫度測量的精度,以便核對是否滿足本標準5.4條的規定。
    e.  水的溫度測量應在吸入管路離泵不超過2 5倍管徑處測量。測溫傳感器的有效部分插入泵吸入
管中的深度應不少于吸入管徑的1/8。
8試驗結果按規定轉速的換算
    在與規定轉速不符的轉速下得到的所有數據均應換算為以規定轉速為基準的數據。
    如果試驗轉速與規定轉速相差在本標準5.7.4條所述的允許變化范圍內,則關于流量Q、揚程H、軸功率Pa、汽蝕余量NPSH和效率η的測量數據可按下式進行換算:

公式50、51、52、53、54

    如果試驗轉速與規定轉速相差超過本標準5.7.4條所述的允許變化范圍,則有必要另外規定將試驗結果換算為以規定轉速為基準的數據的計算公式。
9性能曲線圖的繪制
9.1性能曲線圖
9.1.1  泵的性能曲線圖應采用圖1 4的形式。橫坐標軸上表示流量Q,縱坐標上分別表示揚程H,軸功率Pa和效率η。
9.1.2  根據測定與計算得出數據繪制曲線,曲線應該圓滑。
9.1.3  繪制在如圖1 4形式上的性能曲線應當是規定轉速下的性能曲線。
圖14
                圖14  泵性能曲線圖
9.2  NPSH曲線圖
9.2.1  NPSH曲線圖應按試驗時所用的改變參數的方法分別按表ll所示的三種形式繪制。
9.2.2  取H—NPSH曲線上當揚程下降值達到(2+K/2)H/100的NPsH值作為泵的臨界汽蝕余量(NPSH)c值。  
1 0試驗的分析
10.1  流量、揚程允差
    泵的流量允差為±XQ,揚程允差為±XH。
    允差XQ和XH適用于規定性能點Q印、Hsp。這些允差包括流量Q和揚程H的最大允許總誤差限(見表8)和制造允差。
    對于B級XQ=0.04  XH=0.02
    對于C級XQ=0.07  XH=0.04
    如果規定點與試驗曲線的垂直距離為±△H,水平距離為±△Q(見圖l 5),則應算出下列的值:
                    
    如果此值大于或等于1,即可認為滿足了規定性能,如果總和小于1,即表明沒有滿足規定性能。
    若流量揚程測試值高出規定值并超過允許值時,可在-定范圍內通過減小葉輪直徑重試的方法使之達到規定的性能要求。
    注:此值表示試驗曲線上至少有-個點是落在以規定性能點為中心,以誤差限Q。pXQ和H。pxH為兩半軸的橢圓內。
    但是,它不可以用來作這樣的核對,即對于規定揚程Hsp應該得到-定的流量Q;或是對于規定的流量Qsp,應該得到-定的揚程Hs實際上應該注意,檢查上面的關系式并不一定意味著下面這種關系成立:
    對于規定流量Qsp,揚程日應為:Hsp=HspXH≤H≤Hsp+HspXH
    對于規定揚程Hsp,流量Q應為:Qsp—QspXQ≤Q≤Qsp+QspXQ
1 0.2  效率
    規定效率應按照由通過規定性能點QspHsp和QH坐標軸原點的直線與QH曲線的交點所確定的性能點來進行檢查。這一點的效率應根據對應的橫坐標在Q‘曲線上讀出。
    對于B級試驗:交點的效率至少應是規定值的0.972,對機組效率,此值為0.975。
    對于C級試驗:交點的效率至少應是規定值的0.950,對機組效率,此值為0.955。當試驗轉速超出本標準5.7.4條規定范圍降至50%時,效率應與換算后的規定值(見本標準第8章)相比較。
    效率值的差異僅是由于測量誤差所致。
10.3  批量生產的定型產品的性能允差
    對批量生產的定型產品,其試驗性能曲線與標準性能曲線相比較,除規定點的性能允差和效率允差
須符合本標準l10.1和1 0.2條要求外,工作范圍內其余點的性能允差對C級試驗須在下列范圍內:
    揚程                     ±0.0 6
    流量                     ±0.0 8
    軸功率                      0.08
    泵工作范圍內其余點的性能分析按式(5 5)計算后判定,判定方法,同本標準1 0.1條。
1 0.4汽蝕余量
1 0.4.1  臨界汽蝕余量(NPSH)c應小于或等于規定的必需汽蝕余量(NPSH)r。

圖15

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