CN103925205A

CN103925205A - 水泵综合试验台

Info

Publication number: CN103925205A
Application number: CN201310600814.4A
Authority: CN
Inventors: 李超; 郝中保; 刘霞; 李畅游; 史小红
Original assignee: Inner Mongolia Agricultural University
Current assignee: Inner Mongolia Agricultural University
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明涉及水泵综合试验台，属于测试实验仪器领域。该发明由两个进水管分别连接水箱和第一、第二水泵，水箱上部连接真空泵，每根进水管由闸阀控制，进水管上装有真空压力表，水泵由两个电机带动，每个水泵出水管上均有压力表和流量计，两个出水管合并到回水管，水流经回水管流回水箱，实现水流的循环。同时第二离心泵电机和水泵之间连接一个功率传感器，可以测试第二离心泵电机的功率。该水泵设试验台可以在一台设备上完成水泵的基本性能实验、水泵的变速性能实验、水泵的汽蚀性能实验、水泵的并、串联综合性能实验和电机效率测试实验，从而减少所需实验设备的台套数、减少实验占地、增强学生对所有水泵实验的系统和全面了解，增强了实验教学效果。

Description

水泵综合试验台

技术领域

本发明涉及一种水泵综合试验台，属于测试实验仪器领域。

背景技术

水泵性能实验是《水泵及水泵站》课程重要的实践教学环节，通过实际操作，学生可以了解水泵的基本性能、水泵的变速性能、水泵的汽蚀性能及其对水泵其他工作性能的影响和水泵的串、并联运行性能及其与单泵运行性能之间的关系。

目前，市场上水泵实验教学仪器很少，仅有的少数仪器仅能满足某一项实验内容的需要，没有能够完成多项测量项目的水泵实验的综合实验仪器。单项目的水泵测量仪器实验的缺点主要有：1)实验内容单一；2)需要设备台套数多、实验设备投资大、设备占用实验室面积大；3)学生无法系统理解水泵的各项性能，减弱了实验教学的效果。而综合实验可以克服上述问题，同时也有利于学生对各项水泵实验内容的全面了解，不易造成前后实验脱节增强实验教学的效果。

发明内容

对于以上问题，有必要提供针对现有实验设备、技术的缺点，提供一种水泵综合试验台，可以在一台设备上完成水泵的基本性能实验、水泵的变速性能实验、水泵的汽蚀性能实验、水泵的并、串联综合性能实验和电机效率测试实验，从而减少所需实验设备的台套数、减少实验占地、增强学生对所有水泵实验的系统和全面了解，增强现有实验教学效果。

为了解决上述问题，本发明技术方案如下。水泵综合试验台，在试验台上连接设置有水箱，水箱上连接有第一进水管和第二进水管，第一进水管上连接有第一离心泵，第一进水管与第一离心泵之间还设置有有第一进水管闸阀和第一进水管真空压力表，分别用来控制第一进水管的水的进入和进行流量测量；第一离心泵上连接有第一离心泵电机；第一离心泵出口端连接有第一出水管，第一出水管与回水管相连接，在第一出水管与回水管之间还连接有第一出水管闸阀、第一离心泵压力表和第一离心泵涡流流量传感器；第二进水管上连接有第二离心泵，第二进水管与第二离心泵之间还设置有第二进水管闸阀和第二进水管真空压力表，分别用来控制第二进水管的水的进入和流量测量；第二离心泵上连接有第二离心泵电机；第二离心泵出口端连接有第二出水管，第二出水管与回水管相连接，在第二出水管与回水管之间还连接有第二出水管闸阀和第二离心泵涡流流量传感器。

进一步地，水箱顶部连接有真空泵，用以对水箱抽真空；水箱顶部还设置有放气阀。

进一步地，第一出水管与第二进水管连接，第一出水管与第二进水管之间还连接有闸阀，便于进行水泵并联试验。

进一步地，第二离心泵上和第二离心泵电机之间还设置有功率传感器，用来测量第二离心泵电机输出功率。

本发明由两个进水管分别连接水箱和第一、第二水泵，水箱上部连接真空泵，用以对水箱抽真空，并在水箱顶端有放气阀，每根进水管由闸阀控制，进水管上装有真空压力表，水泵由两个电机带动，第一水泵出水管与第二水泵进水管相连，以便进行水泵并联实验，每个水泵出水管上均有压力表和流量计，来测量出水管的压力和流量，最后，两个出水管合并到回水管，水流经回水管流回水箱，实现水流的循环。同时第二离心泵电机和水泵之间连接一个功率传感器，可以测试第二离心泵电机的功率。

本发明的有益效果在于：该水泵设试验台可以在一台设备上完成水泵的基本性能实验、水泵的变速性能实验、水泵的汽蚀性能实验、水泵的并、串联综合性能实验和电机效率测试实验，从而减少所需实验设备的台套数、减少实验占地、增强学生对所有水泵实验的系统和全面了解，增强了现有实验教学效果。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中水泵综合试验台中的电路图。

附图标记说明：1、真空泵；2、水箱；3、放气阀；4、第一进水管；5、第一进水管闸阀；6、第一进水管真空压力表；7、第一出水管；8、第一出水管闸阀；9、第一离心泵压力表；10、闸阀；11、第一离心泵涡流流量传感器；12、第二出水管闸阀；13、第二出水管；14、第二离心泵涡流流量传感器；15、功率传感器；16、第二离心泵电机；17、回水管；18、第二离心泵；19、第二进水管真空压力表；20、第二进水管；21、第一离心泵电机；22、第一离心泵；23、第二进水管闸阀；24、第二离心泵压力表。

具体实施方式

下面结合附图阐述该发明的具体实施方式。

如图1所示的水泵综合试验台，在试验台上连接设置有水箱2，水箱2上连接有第一进水管4和第二进水管20，第一进水管4上连接有第一离心泵22，第一进水管4与第一离心泵22之间还设置有有第一进水管闸阀5和第一进水管真空压力表6，分别用来控制第一进水管4的水的进入和流量测量；第一离心泵22上连接有第一离心泵电机21；第一离心泵22出口端连接有第一出水管7，第一出水管7与回水管17相连接，在第一出水管7与回水管17之间还连接有第一出水管闸阀8、第一离心泵压力表9和第一离心泵涡流流量传感器11；第二进水管20上连接有第二离心泵18，第二进水管20与第二离心泵18之间还设置有第二进水管闸阀5和第二进水管真空压力表19，分别用来控制第二进水管20的水的进入和流量测量；第二离心泵18上连接有第二离心泵电机16；第二离心泵18出口端连接有第二出水管13，第二出水管13与回水管17相连接，在第二出水管13与回水管17之间还连接有第二出水管闸阀12和第二离心泵涡流流量传感器14。

水箱2顶部连接有真空泵1，用以对水箱2抽真空；水箱2顶部还设置有放气阀3。进一步地，第一出水管7与第二进水管20连接，第一出水管7与第二进水管20之间还连接有闸阀10，便于进行水泵并联试验。进一步地，第二离心泵18上和第二离心泵电机16之间还设置有功率传感器15，用来测量第二离心泵电机16输出功率。

图2为本发明实施例中水泵综合试验台中的电路图。其中，A1、A2、A3为水泵1、水泵2和变频器的常闭开关；B1、B2、B3为1#泵、2#泵和变频器的启动开关；C1、C2为水泵1和变频器的互锁开关；D1、D2、D3为水泵1、水泵2和变频器的接触器辅助触电；E1、E2、E3为水泵1、水泵2和变频器指示灯的接触器辅助触电；F1、F2、F3为水泵1、水泵2和变频器的电压；G1、G2、G3为水泵1、水泵2和变频器的控制系统开关；L1、L2、L3为水泵1、水泵2和变频器工作指示灯。

摁下开关B1，接通1#泵的电路，当松开开关B1时，1#泵接触器辅助触电D1和1#泵工作指示灯亮接触器辅助触电E1工作，这时工作灯亮，1#泵开始运行。同时，1#泵与变频器的互锁开关C1、C2工作，当用1#泵的启动系统开启1#泵时，不会启动变频器。2#泵的启动原理与1#泵相同。

当需要启动变频器和1#泵时，摁下开关B3，接通变频器和1#泵的电路，当松开开关B3时，1#泵和变频器接触器辅助触电D3和1#泵与变频器工作指示灯亮接触器辅助触电E3工作，这时工作灯亮，1#泵和变频器同时开始运行。同时，1#泵与变频器的互锁开关C1、C2工作，当用变频器的启动系统开启1#泵和变频器时，原来启动1#泵的电路将不会工作。这样就可以进行电机的变频实验了。

下面进一步以具体实施例来具体说明该综合试验台进行试验的过程。

实施例一：离心泵基本性能测试

在进行水泵基本性能曲线测试时，启动第二离心泵18，水箱2中的水流经第二进水管20进入第二离心泵18进行加压后，再经第二出水管13流回到水箱2。用第二出水管闸阀12调节水泵流量，第二进水管真空压力表19、第一离心泵压力表24的测量值用于计算水泵扬程H，功率传感器15的测量值用于计算水泵轴功率N，第二离心泵涡流流量传感器14用于测量水泵的流量。

具体试验步骤如下：

1)实验前，先检查各压力表的指针是否对零，拨动电动机与水泵的联轴器，检查转子转动是否灵活，检查电线是否接好，关闭压力表的开关，从灌水孔向泵内灌水。

2)按启动电钮，打开各表的开关，并将出水管上的闸阀拧开1-2转，检查机组及各种仪表是否正常，如正常即可开始观测。

3)逐渐打开出水管路上的闸阀(流量自零到最大共分十次开启，即测10个点)，每开大一次后均读真空表、压力表、涡轮流量计及功率表读数，并将各读数记入实验报告表中。

4)在实验时，泵的实际转速与泵铭牌上的转速不完全相同，可按比例律公式将Q、H、N换算为水泵铭牌上转速时的参数，然后绘制Q～H、Q～N、Q～η性能曲线，如发现有远离曲线点应进行重测。

5)观测完毕后，关闭各表上的开关及出水管路上的闸阀，然后停机。

水泵扬程H计算公式：

式中：M——压力表读数P(kg／cm²)，化为米水柱高为M=10P(m)；V——真空表读数(mmHg)化为米水柱高；Z₂、Z₁——分别为压力表、真空表测点到泵轴线高差，测点高于轴线为正，反之为负；V_进、V_出——分别为真空表及压力表测点处水流平均流速(m／s)。

流量测量：

从涡轮流量计上可直接读到。

轴功率计算：

本实验设备用两瓦特表法测电机输入功率，据此求出水泵轴功率

N_输入=(W₁+W₂)×100／1000 (KW)

式中：W₁、W₂——分别为两功率表的读数；N_输入——电动机输入功率。

则水泵轴功率N_轴为，N_轴=N_输入×η_mot

式中：η_mot——电功率效率

有效功率测试：

N_效=ρgQH／1000 (KW)

水泵效率

根据以上测试内容，在坐标纸上分别绘制水泵的Q～H、Q～N、Q～η性能曲线。

实施例二：水泵变速性能曲线测试：

在进行水泵变速性能曲线测试时，采用变频器改变电源频率，以改变水泵转速。其余各部件连接关系与基本性能曲线相同。

实施例三：、水泵汽蚀性能实验：

在进行水泵汽蚀性能曲线测试时，启动第一离心泵22，调节第一出水管闸阀8在某一开度，采用接于水箱2顶部的真空泵1来改变水泵进口真空度，第一进水管真空压力表6、第一离心泵压力表9的测量值用于计算水泵扬程H，第一离心泵涡流流量传感器11用于测量水泵的流量，进而计算汽蚀余量。

在水泵工作范围内使其流量保持为一定值，通过加大水泵进口的真空度来减少汽蚀余量，使其等于或小于水泵临界汽蚀余量，形成水泵汽蚀。找到该流量下的临界汽蚀余量Δhcr，每改变一次水泵进口处的真空度，同时读取水泵进口真空表读数和出口压力表读数，并计算出该流量下的水泵扬程及有效汽蚀余量Δh_a，并绘制H～Δh_a关系曲线，据以找出该流量下的临界汽蚀余量Δhcr。对每一流量进行6-8次实验，测定6个以上不同流量下的ΔH_cr值，由Δhcr=Δh_r，绘制水泵的Δh_r～H曲线；由Δh_sr=Δh_r+0.3(m)，可绘制Δh_sr-Q曲线。

具体实验步骤为：

1)给汽蚀箱灌水，充水至罐内4/5的容积，给水环式真空泵充水；

2)启动水泵机组，并开启出水管上的闸阀，使水泵流量为一定值；

3)启动真空泵，使水泵进口达到一定的真空值，记录此时的流量Q、真空表和压力表等读数，并计算水泵扬程及装置的汽蚀余量Δh_a；

4)重新启动真空泵，加大水泵进口真空度，并通过调节出口闸阀使流量保持为上述稳定值不变，重复步骤3，6-8次，在测量过程中，当扬程H稍有改变时，应加密测试数据。直到扬程发生陡降，从而找出该流量下的临界汽蚀点。

5)打开真空泵阀门，使液面恢复为大气压强，改变出口阀的开度，重复步骤3、4，即可对其它流量下的参数进行测量。

水泵扬程H计算公式：

有效汽蚀余量Δh_a

式中：——分别为大气压力水头和水的气化压力水头(m)；H_s——水泵进口真空表读数(化为m水柱)；V_进——水泵进口流速(m／s)。

根据以上实验结果，绘制Δh_r～Q曲线或Δh_sr-Q曲线。

实施例四：水泵并、串联综合性能实验：

1)单泵性能实验：

关闭第二进水管闸阀23和第二出水管闸阀12，启动第一离心泵22，由水泵基本性能实验的方法，即可对第一离心泵22进行单泵性能实验。同理，关闭第一进水管闸阀5和第一出水管闸阀8，打开第二进水管闸阀23和第二出水管闸阀12，启动第二离心泵18，对第二离心泵18进行单泵性能实验，在同一张图上分别绘制出I泵和II泵的特性曲线(Q～H)_I、(Q～H)_II。

2)水泵并联运行实验

打开第一进水管闸阀5、第一出水管闸阀8、第二进水管闸阀23和第二出水管闸阀12，启动第一离心泵22和第二离心泵18，第一离心泵22和第二离心泵18抽取的水汇合后，经回水管17流回水箱2，第一离心泵涡流流量传感器11和第二离心泵涡流流量传感器14的流量为并联系统的流量。两泵型号相同，管路装置情况也完全相同。调节第一出水管闸阀8和第二出水管闸阀12，使第一离心泵22和第二离心泵18流量相等，则并联系统扬程可计算为：

H=H_单+3S_前Q²

式中：H_单——并联运行；H_前——并联点前管路阻力参数；Q——并联运行时单泵流量。

3)水泵串联运行实验：

关闭第一出水管闸阀8，同时打开第一进水管闸阀5、第二进水管闸阀23和第二出水管闸阀12，启动第一离心泵22，待第一离心泵22运行稳定后，再开启第二离心泵18。通过第一进水管真空压力表6记录真空表和压力表的读数，按下式进行水泵总扬程。

式中：V₆——第二进水管真空压力表19读数，化为m水柱；M₈、M₇——分别为第二离心泵压力表24、第一离心泵压力表9的读数，化为m水柱；h₈、h₇——分别为压力表中心到测点高度(m)；V_出、V_进——分别为第一离心泵22出口和第二离心泵18进口处的平均流速，m／s。

根据以上所测数据，在同一张纸上绘制出第一离心泵22和第二离心泵18的特性曲线(Q～H)_I、(Q～H)_II，两台泵并联的综合性能曲线Q_I+II～H和两台泵串联的性能曲线(Q～H)_I+II。

实施例五电机效率测试：

关闭第一进水管闸阀5以及第一出水管7与第二进水管20之间的闸阀10，开启第二离心泵18，记录功率传感器15上的功率P₀值，同时记录第二离心泵压力表24的压力和流量，得到水泵的扬程。

由公式P₁=γQH来计算电机作用在水泵上的实际功率。

式中：γ——水的容重，取9800(N／m³)；Q——流量(m³／s)；H——水泵的扬程(m)；P₁——水泵的功率(w)。

可以得到电机的效率η=P₁／P₀。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.水泵综合试验台，在试验台上连接设置有水箱，其特征在于：所述水箱上连接有第一进水管和第二进水管，所述第一进水管上连接有第一离心泵，第一进水管与第一离心泵之间还设置有第一进水管闸阀和第一进水管真空压力表，分别用来控制第一进水管的水的进入和进行流量测量；第一离心泵上连接有第一离心泵电机；第一离心泵出口端连接有第一出水管，第一出水管与回水管相连接，在第一出水管与回水管之间还连接有第一出水管闸阀、第一离心泵压力表和第一离心泵涡流流量传感器；所述第二进水管上连接有第二离心泵，第二进水管与第二离心泵之间还设置有第二进水管闸阀和第二进水管真空压力表，分别用来控制第二进水管的水的进入和流量测量；第二离心泵上连接有第二离心泵电机；第二离心泵出口端连接有第二出水管，第二出水管与回水管相连接，在第二出水管与回水管之间还连接有第二出水管闸阀和第二离心泵涡流流量传感器。

2.根据权利要求1所述的水泵综合试验台，其特征在于：所述水箱顶部连接有真空泵，用以对水箱抽真空；水箱顶部还设置有放气阀。

3.根据权利要求1所述的水泵综合试验台，其特征在于：所述第一出水管与第二进水管连接，第一出水管与第二进水管之间还连接有闸阀，便于进行水泵并联试验。

4.根据权利要求1所述的水泵综合试验台，其特征在于：所述第二离心泵上和第二离心泵电机之间还设置有功率传感器，用来测量第二离心泵电机输出功率。

5.根据权利要求1所述的水泵综合试验台，其特征在于：该设备能够综合完成水泵基本性能和变速性能实验、水泵的汽蚀性能实验、水泵的并、串联性能实验和测试电机的效率实验。