離心泵的性能試驗(yàn)

付吉海， 張國釗， 劉金營

（1.中國人民解放軍95905部隊(duì) 機(jī)務(wù)大隊(duì)，遼寧 錦州 121018；2.上海寰球工程有限公司，上海 200032）

0 引言

離心泵是泵類設(shè)備中運(yùn)用最多的泵型，雖然其結(jié)構(gòu)比較簡單，但液體在泵中的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，至今都無法完全采用解析的方法確定泵在不同工況下的特性。因此，泵的試驗(yàn)對于泵的設(shè)計(jì)、制造和使用都具有重要的意義。離心泵的性能試驗(yàn)是衡量離心泵產(chǎn)品能否滿足設(shè)計(jì)和制造要求的一項(xiàng)最重要的檢驗(yàn)。

1 試驗(yàn)要求和試驗(yàn)裝置

石化行業(yè)中較多采用的離心泵制造標(biāo)準(zhǔn)是美國石油協(xié)會(huì)的API610標(biāo)準(zhǔn)［1］，此標(biāo)準(zhǔn)要求泵的性能試驗(yàn)至少要測量5個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，正常情況下這5個(gè)點(diǎn)包括關(guān)死點(diǎn)、最小連續(xù)穩(wěn)定流量點(diǎn)、最小與額定流量之間的中間點(diǎn)、額定流量點(diǎn)和最大允許流量點(diǎn)（至少為最佳效率點(diǎn)的120%）。此標(biāo)準(zhǔn)還要求額定流量的試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)在額定流量±5%公差范圍之內(nèi)；試驗(yàn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在泵額定轉(zhuǎn)速的3%以內(nèi)。

試驗(yàn)裝置如圖1所示，它是一種開式試驗(yàn)裝置，由測功計(jì)、壓力表、流量計(jì)、真空計(jì)、測速儀等組成，并通過各個(gè)變送器把信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖疫M(jìn)行采集和讀取［2-3］。對于試驗(yàn)裝置中各種儀器的選擇方法、試驗(yàn)操作、測量不確定度的處理等可參考相關(guān)文獻(xiàn)。

圖1 臥式泵試驗(yàn)裝置示意圖

表2 離心泵工廠性能試驗(yàn)數(shù)值

2 計(jì)算公式

性能試驗(yàn)用到的計(jì)算公式有：

式中：Q 為體積流量，m3/s；A 為面積，m2；U 為平均流速，m/s；H 為揚(yáng)程，m；z為相對基準(zhǔn)面的高度，m；p為壓力，Pa；ρ為密度，kg/m3；g 為重力加速度，m/s2；P 為軸功率，kW；η為效率；n為轉(zhuǎn)速，r/min。下角標(biāo)中，1表示入口；2表示出口；T表示轉(zhuǎn)換的；sp表示規(guī)定的。

公式中所給的進(jìn)出口是指泵進(jìn)出口，由于測量點(diǎn)離泵進(jìn)出口還有一段距離，若此段距離影響到測量精度，必須考慮此段的壓力損失。本試驗(yàn)由于距離很小，此損失忽略不計(jì)。但壓力表的表位差還需要考慮。

表1 離心泵設(shè)計(jì)參數(shù)

3 試驗(yàn)

離心泵的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1所示。此試驗(yàn)中采用的試驗(yàn)電機(jī)功率為160 kW，試驗(yàn)清水水溫16℃，水密度為1000 kg/m3，入口表位差為0，出口表位差0.6 m，重力加速度為9.8 m/s2，入口管徑0.1m，出口管徑0.08m。

根據(jù)泵的外形圖可以查到泵進(jìn)出口的相對高度z2-z1=0.35 m。根據(jù)以上公式即可計(jì)算額定轉(zhuǎn)速下泵的各種參數(shù)（表2的計(jì)算值）。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合［4-5］得到性能曲線（圖2）。

圖2 離心泵性能曲線

根據(jù)圖2可得離心泵的整體性能，見表3所示。試驗(yàn)值跟設(shè)計(jì)值進(jìn)行偏差分析，并與API610標(biāo)準(zhǔn)中允許的偏差進(jìn)行對比，實(shí)際偏差都在允許偏差內(nèi)才能說明試驗(yàn)泵合格。根據(jù)此表分析可知此泵滿足設(shè)計(jì)要求，性能合格。如不滿足，就需要進(jìn)行分析并找出原因，制定修改措施，修改完成后按原試驗(yàn)程序重新進(jìn)行試驗(yàn)，直到所有的參數(shù)都能滿足標(biāo)準(zhǔn)的允許偏差為止。

表3 離心泵總體性能

4 結(jié)論

離心泵的性能試驗(yàn)是離心泵所有試驗(yàn)中比較重要的試驗(yàn)，通過實(shí)例對整個(gè)試驗(yàn)的計(jì)算過程進(jìn)行了分析，為設(shè)計(jì)院檢驗(yàn)人員或第三方檢驗(yàn)人員去泵廠進(jìn)行離心泵的見證試驗(yàn)時(shí)提供了參考。

［1］ Centrifugal Pumps for Petroleum，Petrochemical and Natural Gas Industries：API610-2010［S］.

［2］ 關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)［M］.北京：中國宇航出版社，2011：186-240.

［3］ 汪世涌，周紹萍，蘇永升，等.離心泵計(jì)算機(jī)輔助性能試驗(yàn)系統(tǒng)的研究［J］.流體機(jī)械，2003，31（6）：27-29.

［4］ 石一民.離心泵性能曲線多項(xiàng)式擬合的一種簡單方法［J］.上海煤氣，2005（4）：39-41.

［5］ 方清華.離心泵流量-揚(yáng)程性能曲線的二階多項(xiàng)式回歸數(shù)學(xué)模型處理［J］.化工設(shè)備與管道，2005，42（2）：43-45.