CN102734148B - 水泵型式检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泵检验技术，旨在提供一种水泵型式检验方法。包括：向PLC控制系统输入被测水泵的基本数据以及测试参数，PLC控制系统自动判断系统是否正常、各参数是否满足启动条件，根据被测水泵的最小流量点、最大流量点和测试点数将测试流量点等分，并调节水泵出口的流体控制阀，调整流量到达指定流量点；记录各流量点的参数，并且计算获得泵扬程、电动机输入功率、泵的有效功率、泵的轴功率参数，生成性能试验的性能曲线。本发明能自动完成水泵型式检验的各项性能检测，中间无须人工干预，大大缩短了检验时间。检验装置精确度高、结果准确可靠、过程可视化，对异常情况反映迅速。

Description

水泵型式检验方法

技术领域

本发明涉及水泵型式检验方法，确切的说，是涉及一种可远程操作的自动控制的水泵型式检验方法。

背景技术

随着科技高速发展的时代，水泵已算不上是高科技产品，但水泵在国民经济发展中却一直发挥着十分重要的作用，仅在关系到国家经济和国防安全的能源、石化、航空、航天、钢铁、军工等重要领域就有大量应用。

水泵的性能参数关系到工艺能否安全运行，一些用在关键工艺上的水泵在出厂前必须进行检测。一套精度高、操作方便的全自动测试系统不仅可以提高水泵厂的检测效率，而且可以避免人工操作带来的误差，是水泵生产厂家走向现代化的一个重要标志。但是目前水泵厂的测试系统普遍比较老旧，几乎全部采用手动的方式进行测试，效率偏低，精度不高，已经无法满足水泵厂的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有水泵性能检测技术中的不足，提供一种水泵型式检验方法。

为解决技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种水泵型式检验方法，包括以下步骤：

（1）根据水泵的测试要求，向PLC控制系统输入被测水泵的基本数据以及测试参数：最小流量点、最大流量点和测试点数；PLC控制系统自动判断系统是否正常、各参数是否满足启动条件；

（2）PLC控制系统根据被测水泵的最小流量点、最大流量点和测试点数将测试流量点等分，并调节水泵出口的流体控制阀，调整流量到达指定流量点；

（3）PLC控制系统自动记录各流量点的入口压力、出口压力、轴扭矩、输入电压、电流、输入功率和转速，并且利用内置的计算模块根据下述公式获得泵扬程、电动机输入功率、泵的有效功率、泵的轴功率参数，生成性能试验的性能曲线；

A、扬程公式： $H=H_2-H_1=\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{V_1^2-V_2^2}{2g}$

其中，P₁为入口压力；P₂为出口压力；ρ为液体密度；g为重力加速度；V₁为入口流速，V₂为出口流速，流速流量为输入数据，入口和出口截面积属于水泵自带参数；

B、电动机输入功率公式：

$P_0=\sqrt{3}\×U\×I\×\cos \mathrm{\Φ}$

其中，U为输入电压；I为输入电流；cosФ为功率因素；

C、泵的有效功率：

P₁=ρgH×10^-3

其中，ρ为液体密度；g为重力加速度；H为扬程；

D、泵的轴功率:

首先计算得出水泵电机的输入功率，然后根据水泵电机铭牌上的效率，计算得到水泵的轴功率；

P_a=P₀×η_e

其中，P_a为轴功率，P₀为电机输入功率，η_e为电机的效率，属于水泵自带参数；

E、转速换算公式：

测试过程中，被测水泵的实际转速和额定转速可能并不一致，因此需要把测量所得的各种数据换算到额定转速下，默认的换算公式如下：

$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{n_1}{n_2}$ $\frac{H_1}{H_2}=\frac{n_1^2}{n_2^2}$ $\frac{P_1}{P_2}=\frac{n_1^3}{n_2^3}$

Q：流量；H：扬程；P：功率；n：转速，公式中标记了下标1、2的各符号分别表示实际转速和额定转速情况下的数据

但是实际水泵测试的过程中，有些特殊水泵（如轴流泵、混流泵或斜流泵）并不完全按照上述公式进行换算，为了保证测试平台的通用性，满足不同用户的需求，根据以下的公式对转速进行换算：

$\frac{Q_1}{Q_2}=a+b\frac{n_1}{n_2}$

$\frac{H_1}{H_2}=c+d\frac{n_1}{n_2}+e\frac{n_1^2}{n_2^2}$

$\frac{P_1}{P_2}=f+g\frac{n_1}{n_2}+h\frac{n_1^2}{n_2^2}+i\frac{n_1^3}{n_2^3}$

其中，a,b,c,d,e,f,g,h,i都为可变系数，可从上位软件上根据水泵的基本参数进行设定。

（4）上位软件获得泵扬程、泵效率、泵的轴功率参数及泵的转速后，可由上位软件生成流量-扬程、流量-效率、流量-轴功率等性能曲线，及与测试水泵相对应的流量、压力、扬程、电流、电压、功率、转速等性能参数表格。性能曲线图和性能表格，可作为水泵性能鉴定的参考，附于产品说明书等。

本发明中，所述步骤（2）中，测试点数不少于13个。

本发明中，所述步骤（2）中，如果所选的测试点流量波动太大无法稳定，自动将该流量点进行适当偏移，偏移量取该测试点的±2~5%。

用于实现前述方法的水泵型式检验装置，包括通过管路接至被测水泵出入口的储水箱，该装置还包括：设于被测水泵出口管路上的流量计和流体控制阀、分别设于被测水泵出入口的两个压力传感器、用于检测被测水泵电机电压和电流的电表，所述流量计、流体控制阀、两个压力传感器、电表均通过电缆连接至PLC控制系统，PLC控制系统内置所述运算模块。该检验装置还包括接于PLC控制系统的上位操作站，上位操作站包括显示器。

本发明的有益效果在于：

本发明能自动完成水泵型式检验的各项性能检测，中间无须人工干预，大大缩短了检验时间。检验装置精确度高，检验结果准确可靠，检验过程可视化，对异常情况反映迅速。检验装置测试台功能齐全，集成度高，操作简单方便，且设计灵活、扩展性强。

附图说明

图1为检验装置结构图。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明涉及PLC控制系统（可编程控制器）在工业控制中的应用。在本发明的实现过程中，会涉及到内置于PLC控制系统中的多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。前述软件功能模块包括但不限于运算模块等，凡本发明申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列举。而PLC控制系统则是一种很常见的在工业环境下应用的数字运算操作的电子装置，其选型可由使用者根据实际情况完成。

下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细表述。

图1中，流量计1和流体控制阀2安装在被测水泵4出口管路，用来测量和控制管路流量；两个高精度压力传感器3和6分别安装在被测水泵两端，用来获取被测水泵4两端的压差；多功能电表5连接至被测水泵4，用来获取被测水泵4的电流和电压；上述信号都接进PLC控制系统8，同时传送到上位操作站7进行相关处理。储水箱9为整个测试装置提供水源。

被测水泵4安装在装置测试台后，先对被测水泵4进行运转试验，如果泵的基本参数没有异常，则开始进行型式检验。测试人员在操作站7输入最小流量点、最大流量点和测试点数（点数不少于13个）系统自动将流量点等分。PLC控制系统自动调节水泵出口的流体控制阀，调整流量到达指定流量点。如果所选的测试点流量波动太大，无法稳定，系统自动将该流量点进行适当偏移，偏移量取规定点的±2~5%。PLC控制系统8根据给定信息自动调节出口流体控制阀2达到规定的流量点，各检测仪表记录在此流量点的入口压力、出口压力、轴扭矩、输入电压、电流、输入功率、转速等参数。

根据这些参数，利用内置于系统的计算模块中的相关数学模型计算出泵扬程、轴功率、输入功率、振动等参数，生成性能试验的性能曲线。

数学模型：

1）扬程公式： $H=H_2-H_1=\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{V_1^2-V_2^2}{2g}$

其中，P₁为入口压力；P₂为出口压力；ρ为液体密度；g为重力加速度；V₁为入口流速，V₂为出口流速，流速流量为输入数据，入口和出口截面积属于水泵自带参数。

2）电动机输入功率公式：

$P_0=\sqrt{3}\×U\×I\×\cos \mathrm{\Φ}$

其中，U为输入电压；I为输入电流；cosφ为功率因素；

3）泵的有效功率：

P₁=ρgH×10^-3

其中，ρ为液体密度；g为重力加速度；H为扬程；

4）泵的轴功率:

首先计算得出水泵电机的输入功率，然后根据水泵电机铭牌上的效率，计算得到水泵的轴功率；

P_a=P₀×η_e

其中，P_a为轴功率，P₀为电机输入功率，η_e为电机的效率，属于水泵自带参数；

5）转速换算公式：

测试过程中，被测水泵的实际转速和额定转速可能并不一致，因此需要把测量所得的各种数据换算到额定转速下，系统默认的换算公式如下：

$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{n_1}{n_2}$ $\frac{H_1}{H_2}=\frac{n_1^2}{n_2^2}$ $\frac{P_1}{P_2}=\frac{n_1^3}{n_2^3}$

Q：流量；H：扬程；P：功率；n：转速，公式中标记了下标1、2的各符号分别表示实际转速和额定转速情况下的数据。

但是实际水泵测试的过程中，有些特殊水泵（如轴流泵、混流泵或斜流泵）并不完全按照上述公式进行换算，为了保证测试平台的通用性，满足不同用户的需求，我们将根据以下的公式对转速进行换算：

$\frac{Q_1}{Q_2}=a+b\frac{n_1}{n_2}$

$\frac{H_1}{H_2}=c+d\frac{n_1}{n_2}+e\frac{n_1^2}{n_2^2}$

$\frac{P_1}{P_2}=f+g\frac{n_1}{n_2}+h\frac{n_1^2}{n_2^2}+i\frac{n_1^3}{n_2^3}$

其中，a,b,c,d,e,f,g,h,i都为可变系数，可从上位软件上根据水泵的基本参数进行设定。

显然，本发明不限于上述实施方法，还可以有许多相关方法，尤其是软件控制程序，相似的可以有许多种。本领域的普通技术人员能够从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有相关方法，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种水泵型式检验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据水泵的测试要求，向PLC控制系统输入被测水泵的基本数据以及测试参数：最小流量点、最大流量点和测试点数；PLC控制系统自动判断系统是否正常、各参数是否满足启动条件；

(2)PLC控制系统根据被测水泵的最小流量点、最大流量点和测试点数将测试流量点等分，并调节水泵出口的流体控制阀，调整流量到达指定流量点；如果所选的测试点流量波动太大无法稳定，自动将该流量点进行适当偏移，偏移量取该测试点的±2～5％；测试点数不少于13个；

(3)PLC控制系统自动记录各流量点的入口压力、出口压力、轴扭矩、输入电压、电流、输入功率和转速，并且利用内置的计算模块根据下述公式获得泵扬程、电动机输入功率、泵的有效功率、泵的轴功率参数，生成性能试验的性能曲线；

A、扬程公式： $H=H_2-H_1=\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{V_1^2-V_2^2}{2g}$

其中，P₁为入口压力；P₂为出口压力；ρ为液体密度；g为重力加速度；V₁为入口流速，V₂为出口流速，流量为输入数据，入口和出口截面积属于水泵自带参数；

B、电动机输入功率公式：

$P_0=\sqrt{3}\×U\×I\×\cos \mathrm{\Φ}$

其中，U为输入电压；I为输入电流；cosΦ为功率因素；

C、泵的有效功率：

P₁＝ρgH×10^-3

其中，ρ为液体密度；g为重力加速度；H为扬程；

D、泵的轴功率：

首先计算得出水泵电机的输入功率，然后根据水泵电机铭牌上的效率，计算得到水泵的轴功率；

P_a＝P₀×η_e

其中，P_a为轴功率，P₀为电机输入功率，η_e为电机的效率，属于水泵自带参数；

E、转速换算公式：

测试过程中，为避免被测水泵的实际转速和额定转速不一致，需要把测量所得的各种数据换算到额定转速下，默认的换算公式如下：

$\begin{array}{ccc}\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{n_1}{n_2}& \frac{H_1}{H_2}=\frac{n_1^2}{n_2^2}& \frac{P_1}{P_2}=\frac{n_1^3}{n_2^3}\end{array}$

Q：流量；H：扬程；P：功率；n：转速，公式中标记了下标1、2的各符号分别表示实际转速和额定转速情况下的数据；

但是实际水泵测试的过程中，轴流泵、混流泵或斜流泵这些特殊水泵并不完全按照上述公式进行换算，为了保证测试平台的通用性，满足不同用户的需求，根据以下的公式对转速进行换算：

$\frac{Q_1}{Q_2}=a+b\frac{n_1}{n_2}$

$\frac{H_1}{H_2}=c+d\frac{n_1}{n_2}+e\frac{n_1^2}{n_2^2}$

$\frac{P_1}{P_2}=f+g\frac{n_1}{n_2}+h\frac{n_1^2}{n_2^2}+i\frac{n_1^3}{n_2^3}$

其中，a，b，c，d，e，f，g，h，i都为可变系数，由上位软件根据水泵的基本参数设定；

(4)在获得泵扬程、泵效率、泵的轴功率参数及泵的转速后，由上位软件生成流量-扬程、流量-效率、流量-轴功率性能曲线，以及与测试水泵相对应的流量、压力、扬程、电流、电压、功率、转速性能参数表格。