淺談單位換算技術在水泵測試中的應用

初海波

（中南林業科技大學 機電工程學院，湖南 長沙 410004）

在水泵測試過程中，要采集流量、進口壓力、出口壓力、電壓、電流、功率等參數，并且根據這些數據計算出揚程、軸功率、NPSH（汽蝕余量）等數值，再與標準比較，得出水泵各項參數是否符合標準規定的結論。這些參數在不同國家采用的單位不同。有時，客戶要求得到水泵在特殊介質下的試驗數據，同一臺泵在每種介質下都做一遍試驗，會提高企業的生產成本和操作人員的勞動強度，亟需一個解決方案。現在，水泵測試軟件均為專用型，其通用性比較差，為了解決這個問題，滿足不同客戶的特殊要求，在現有的水泵測試軟件的基礎上增加了單位換算模塊，不同介質的液體直接進行密度換算，然后根據不同國家或者客戶的特殊要求求出不同的試驗報表和泵的性能曲線。其中流量單位換算中的體積流量和質量流量的換算，揚程兩種單位的換算，都涉及到液體密度的換算，這是軟件改進過程中的難點，也是核心部分。通過單位換算技術在水泵測試軟件中的應用，節省了試驗成本，提高了泵試驗效率，在實際應用中取得了企業的好評和不錯的實際效果。

表1 液體的特性

1 水泵測試系統概述

該系統傳感器采集的現場進口壓力信號、出口壓力信號、流量信號、轉速信號、溫度信號等，首先進入A/D轉換器，然后通過局域網輸出到微機顯示；功率采用WT230功率計采集現場電壓、電流、功率信號，然后通過局域網輸出到微機顯示；直接顯示進口壓力、出口壓力、流量、電機轉速、水溫度、三相電壓、電流、輸入功率等參數的同時，利用水泵測試軟件對采集進來的數據進行計算，輸出試驗報表和泵的性能曲線，水泵性能測試系統框架結構圖如圖1所示。

圖1 水泵性能測試系統框架結構

2 軟件改進思路

整個水泵測試軟件的工作流程如圖2所示，在開始一個試驗之前，先要進行常量輸入的工作，完成常量輸入的工作以后，進行現場數據采集，然后對采集進來的數據進行處理，生成報表和數據曲線。通過整個水泵測試軟件流程圖看到，要軟件能達到根據客戶要求來選擇參數的單位的功能，需要修改軟件的常量輸入部分和數據處理部分。在軟件的常量輸入部分留出了充足的頁面，水泵測試軟件中用的基本換算有流量換算、揚程換算、軸功率換算、NPSH換算，及數據處理部分將在下面給出詳細的說明。

圖2 水泵測試軟件工作流程

2.1 流量單位換算

單位時間流過管道任一截面的流體量，稱為流量。流量可用體積流量和質量流量表示。單位時間流過管道任一截面的流體體積稱為體積流量。可以表示為。

式中：Vs 為體積流量，m3／min；V 為流體體積，m3；T 為流動時間，min；

單位時間流過管道任一截面的流體質量稱為質量流量。可以表示為。

式中：ρ 為流體密度，kg／m3。

可見，流體的質量流量可表示為體積流量及其密度的乘積。

在軟件的改進過程中，流量的實測單位是m3／min。廠家要求，需要將流量單位轉化為立方米每秒（m3／s）、立方米每分鐘（m3／min）、立方米每小時（m3／h）、立方米每天（m3／day）、噸每分鐘（t／min）、噸每小時（t／h）、千克每秒（kg／s）、千克每分鐘（kg／min）、千克每小時（kg／h）、美加侖每分鐘（USGPM）、英加侖每分鐘 （IMGPM）、 立方英尺每秒 （ft3／s）、 立方分米每秒（dm3／s）。根據廠家的要求，在常量輸入界面增加流量換算單位下拉菜單，操作簡便，可以根據客戶要求的流量單位，在常量輸入時，在軟件中下拉菜單中選擇相應的流量單位即可，然后確認流量單位換算下拉菜單的選項，根據表2完成流量的單位換算，換算過程中其難點在于體積流量和質量流量之間要涉及密度換算，體積流量和質量流量之間的換算也是本軟件改進的核心部分。經過換算以后的流量值，傳遞到各個函數和計算公式，輸出客戶需要的泵的數據報表和性能曲線。

表中，ρ′為試驗溫度的密度（試驗介質密度）；Ρ為輸入的是常量輸入的密度（客戶要求密度）。

2.2 揚程單位換算

揚程是單位重量液體流經泵后獲得的有效能量，是泵的重要工作性能參數，又稱壓頭。可表示為流體的壓力能頭、動能頭和位能頭的增加，GB／T 3216－2005中規定揚程為出口

式中：Ws為質量流量，kg／min；M 為流體質量，kg；T 為流動時間，min。總水頭H2與入口總水頭H1的代數差。揚程H應用下式計算：H＝z2-z1+

式中：為橫截面中心相對基準面的高度；P為所述橫截面中心的表壓；ρm為輸送液體的平均密度；為速度水頭；G為重力加速度。

表2

現場揚程的實測單位是兆帕（MPa），廠家要求可以轉化為米水柱（mH2O）、千克力每平方厘米（kgf／cm2）、磅每平方英寸（psi）、巴（bar）、英尺水柱（ftH2O）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）、帕（Pa）。揚程既可以使用液柱的高度來表示，也可以用壓強來表示，兩個單位之間的轉換是軟件編制過程中的一個難點，揚程單位換算的具體過程如表3所示。

2.3 軸功率單位換算

泵在一定流量和揚程下，原動機單位時間內給予泵軸的功率稱為軸功率。軸功率的單位換算相對流量和揚程單位換算，不涉及密度換算，相對比較簡單。軸功率的實測單位是千瓦（kW）。 廠家要求，可以轉化為千瓦（kW）、馬力（PS）、英制馬力（HP，美國習慣體系中的功率單位，1HP＝745.7W），在常量輸入頁面設計軸功率單位換算下拉菜單，實際使用時，在做試驗之前，在常量輸入界面，根據客戶要求的單位，在下拉菜單中選擇相應的單位就可以了，操作非常簡便。軸功率單位換算軟件具體編制過程如表4所示。

2.4 NPSH換算

表3 揚程換算

表4 軸功率換算

泵在工作時液體在葉輪的進口處因一定真空壓力下會產生汽體，汽化的氣泡在液體質點的撞擊運動下，對葉輪等金屬表面產生剝蝕，從而破壞葉輪等金屬，此時真空壓力叫汽化壓力，汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。實測單位用米（m）標注。廠家要求，可以轉化為米（m）、英寸（ft）。NPSH 單位換算的軟件具體編制過程如表5所示。

表5 NPSH換算

3 結論

（1）該項單位換算技術，是依據試驗實際需要提出來的，能夠根據客戶要求的參數單位，出具試驗報表和曲線，減輕了操作人員的勞動強度，節約了生產成本，提高了企業的經濟效益，軟件運行可靠，操作方便，受到操作人員的好評。在水泵測試軟件中應用單位換算技術，能夠根據客戶要求的參數單位，出具試驗報表和曲線。

（2）在水泵測試軟件中應用單位換算技術，能夠節約生產成本，降低操作人員勞動強度，提高企業的經濟效益。

（3）僅修改水泵測試系統的軟件部分，不涉及水泵測試系統的硬件部分的變動。

（4）軟件留有擴充空間，可以方便地添加新的有關參數單位。

[1]張秀田.法定計量單位換算手冊[M].北京：石油工業出版社，1985.

[2]GB／T3216-2005，回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級[S].