CN114704477B - 一种自吸泵自吸高度测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自吸泵自吸高度测试装置及方法，所述自吸泵自吸高度测试装置包括大气压力实验舱、自吸泵试验操作台和大气压力监测系统；自吸泵试验操作台设置于大气压力实验舱内。大气压力实验舱包括实验舱壳体，以及和它连接的大小功率真空泵。自吸泵试验操作台用于放置自吸泵，进水管和出水管一端连接自吸泵的进出水口，另一端置于水箱中。大气压力监测系统包括大气压传感器模块、数据传输线传输管、上位机及LED显示器，用于检测和显示大气压力值。用上述测试装置进行自吸泵自吸高度测量时，只需通过调节真空泵的工作功率，观测并自动记录气压值变化，即可算出自吸泵的最大自吸高度，节省了测试空间，自动化程度高，操作方便。

Description

一种自吸泵自吸高度测试装置及方法

技术领域

本发明属于自吸泵产品测试技术领域，具体涉及一种应用气压差对自吸泵自吸性能(高度)测试的装置及方法。

背景技术

所谓自吸泵，就是指在启动前只需灌少量引水，经短时间运转，靠泵本身的作用，即可把水吸上来，投入正常运转。从狭义上讲，当人们提到自吸泵时，一般都指自吸离心泵。

自吸离心泵的工作原理是：启动前自吸离心泵泵壳内部自身存在一定量的水，离心泵启动后由于叶轮的旋转作用，吸入管路的空气和水充分混合，并被排到气水分离室。气水分离室上部的气体排出，下部的液体重新返回叶轮，和吸入管路的气体混合，直到把泵及吸入管路内的气体全部排出，完成自吸，正常抽水。

按照自吸离心泵的标准要求规定，需要对自吸离心泵的规定自吸高度和规定自吸时间进行测定。目前对于自吸泵自吸高度的测试，对测试试验台的空间、垂直距离有较高的要求，不方便操作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是设计能够节约实验空间、降低试验台测试高度、无需移动水箱高度、节约成本的测试装置，具体提供了一种应用测试装置内部气压变化对自吸泵自吸性能(高度)进行测试的装置及方法。本发明可以在相对狭小的空间、难以寻找到合适的高度差放置水箱并在不移动水箱高度的条件下，自行测试出自吸泵的自吸高度。可通过调节与本发明测试装置连接的真空泵，来测试该自吸泵的自吸高度。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

一种自吸泵自吸高度测试装置，包括大气压力实验舱、自吸泵试验操作台和大气压力监测系统；所述自吸泵试验操作台设置于大气压力实验舱内。

所述大气压力实验舱包括实验舱壳体、大功率真空泵、大功率电机、小功率电机和小功率真空泵；所述实验舱壳体设有三个接口，分别与所述大功率真空泵、小功率真空泵和大气压力监测系统连接。

所述自吸泵试验操作台包括水箱、试验台升降装置、激光测距传感器、液体流量传感器、进水管、出水管、自吸泵和红外开关无线控制模块；所述自吸泵的进水口和出水口分别连接所述进水管和出水管；所述进水管和出水管的另一端置于水箱中；所述自吸泵置于试验台升降装置上。

所述大气压力监测系统包括大气压传感器模块、气压传感器模块数据传输线传输管、上位机及LED显示器。

所述激光测距传感器设置于进水管距离水箱的最高点处，所述液体流量传感器设置于靠近自吸泵进水口前端的进水管并夹紧，均通过所述气压传感器模块数据传输线传输管将所测得数据显示于LED显示器上。

进一步说，所述水箱包括水箱一号、水箱二号，所述水箱一号和水箱二号之间设有下部带有圆形气孔的挡板，设置于同一水平高度。

进一步说，所述大气压传感器模块包括四个BMP180型大气压传感器，设置于所述水箱竖直方向上方10-15cm处。

进一步说，所述大功率真空泵、小功率真空泵与实验舱壳体通过十二孔法兰连接。

进一步说，所述实验舱壳体上设有的透明观察窗口，用于观察实验舱壳体内部自吸泵的工作状态。

一种自吸泵自吸高度测试方法，采用上述自吸泵自吸高度测试装置，测试步骤为：

Step1：在实验舱壳体关舱前，在水箱中加入有色溶液；

由外部红外遥控器控制红外开关无线控制模块，启动自吸泵；保证所述有色溶液从水箱二号中经由进水管抽出，并经过自吸泵后由出水管流入水箱一号，记录此时的四个BMP180型大气压传感器采集到的大气压力值，取平均值后得到P₀；

Step2：开启大功率真空泵，并增加其工作功率，观测LED显示器显示的气压数值变化；

通过透明观察窗口，观察进水管有色溶液的液位高度，进而调整大功率真空泵的电机功率，使自吸泵刚好从进水管中吸入极少的有色溶液，但一旦增加其功率就无法吸入水箱二号中的有色溶液，此时保持大功率真空泵的功率，并记录实验舱壳体内的大气压力值，取平均值后得到P₁；

根据压差数学模型，得出自吸泵自吸高度受大气压力影响的自吸高度变化量ΔH₁为：

其中ΔP₁＝丨P₁-P₀丨，即两次大气压力数值变化的绝对值，ρ_液为测试液体的密度，g为重力加速度；

Step3：重复上述实验步骤，多次试验取平均值；

Step4：保持大功率真空泵的工作状态，微调小功率电机的功率，使得此时进水管的有色溶液液柱高度降至自吸泵进水口同高度点H点；记录此时实验舱壳体内的大气压力值P₂；

根据压差数学模型，得出自吸泵自吸高度受大气压力影响的自吸高度微变化量ΔH₂为：

其中ΔP₂＝丨P₁-P₂丨；

自吸泵的最大自吸高度算法为：

ΔH＝ΔH₁+ΔH₂+h_j×N+h_f (5)

其中，V为管中流速，θ为弯管的扩散角，D为管径，R为弯管中线的曲率半径，h_j为局部水力损失高度，h_f为沿程水头损失，N为弯管个数，g为重力加速度，V为管中流速，为雷诺数，l为进水管最高点激光测距传感器返回的距离值。

Step5：重复上述实验步骤1-4，多次试验取平均值，得到最大自吸高度。

本发明的有益效果如下：

与传统技术相比，可大大节省测试空间，无需移动沉重的水箱来测量最大自吸高度，只需通过控制外部真空泵的工作功率，观测并自动记录气压传感器数值变化，即可测量自吸离心泵的最大自吸高度。

能够在短时间内，对满足密闭性良好的外壳内多种自吸离心泵的最大自吸高度进行有效测量，自动化程度高，操作方便，精度高。

附图说明

图1为本发明的自吸泵自吸高度测试装置结构示意图；

图2为本发明的自吸泵试验操作台示意图；

图3为本发明的大气压力实验舱示意图；

图4为本发明的大气压力监测系统示意图；

图5为本发明的大气压传感器设置示意图(俯视)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例

如图1所示，为本实施例的自吸泵自吸高度测试装置，包括自吸泵试验操作台20、大气压力实验舱21、大气压力监测系统22。

如图2所示，所述自吸泵试验操作台20包括水箱一号1、水箱二号2、挡板3、试验台升降装置4、进水管5、出水管6、自吸泵7、电机及红外开关无线控制模块8、VL53L0X激光测距传感器23、FD-Q夹钳式液体流量传感器24。

所述进水管5通过螺栓结构连接自吸泵7的进水口，自吸泵7的出水口通过法兰连接所述出水管6，进水管与出水管中的弯管通过螺栓结构连接。采用红色胶带粘贴在进水管5用以标识液位高度，其中G点为进水管弯管处的最高高度。H点为该自吸泵进水口同高度点。所述VL53L0X激光测距传感器23设置于进水管距离水箱的最高点处，并通过大气压力监测系统的气压传感器模块数据传输线传输管将所测得数据显示于LED显示器上；所述FD-Q夹钳式液体流量传感器24设置于靠近自吸泵进水口前端的进水管，并夹紧，所测得的数据通过大气压力监测系统的气压传感器模块数据传输线传输管将所测得数据显示于LED显示器上。

所述水箱一号1、水箱二号2之间设有下部带有圆形气孔的挡板3，用于水的流动。

所述进水管、出水管、弯管均为透明材料制成，方便观察。

如图3所示，所述大气压力实验舱21包含底座支架9、实验舱壳体10、吊环11、放气阀12、大功率真空泵13、大功率电机14、小功率电机15和小功率真空泵16。

通常选择真空泵的真空度，要高于真空设备真空度半个到一个数量级。其中大功率真空泵13和小功率真空泵16的选型参考标准如下：

S＝2.303·V/t·Log(P₁/P₂)；

其中S为真空泵抽气速率(L/s)，V为真空装备的容积(L)，t为达到要求真空度所需时间(s)，P₁为环境真空度(Torr)，P₂为要求真空度。为了精确测得气压变化，小功率真空泵16的工作功率通常是大功率真空泵13的10％～25％，两个真空泵组合成为真空泵工作组。

所述的大功率真空泵13与小功率真空泵16，根据实验舱壳体10的容积小于25(m³)、大气压力实验舱设备的真空度要求，以及实验时间低于40min等因素，根据计算所得的真空泵抽气速率，并考虑大气压力实验舱设备的泄漏率等因素，要求满足大功率真空泵的效率大于1.1～1.3倍的计算所得的真空泵抽气速率。最终确定大功率真空泵13选用75kw的2BE1-303，小功率真空泵16选用18.5kw的2BE1-202。都采用直联传动的联轴器传动。

所述大功率真空泵13与实验舱壳体10通过十二孔法兰连接。实验舱壳体10密闭性良好，采用不锈钢材质，防止实验溶液溅出水箱，对实验舱壳体10表面造成腐蚀。两侧的大功率真空泵13和小功率真空泵16采用同轴转动，机械密封。所述大功率真空泵13和小功率真空泵16的吸气口通过十二孔法兰连接实验舱壳体10的连接口，并通过胶封防止漏气。

所述实验舱壳体10上设有的透明观察窗口，用于观察实验舱壳体内部自吸泵的工作状态。

所述放气阀12与吊环11设置于实验舱壳体10顶端。

如图4和图5所示，所述大气压力监测系统22包括大气压传感器模块17、气压传感器模块数据传输线传输管18、上位机及LED显示器19。

所述大气压传感器模块17包括四个BMP180型大气压传感器，两个一组，对称、均匀分布于上水箱一号1和水箱二号2竖直高度方向上方10-15cm处；在横向方向，位于水箱长度的中点处，宽的1/3、2/3处；在水平方向上，呈正方形分布于水箱一号1、水箱二号2的四周。

所述BMP180型大气压传感器采集到的数据，经由气压传感器模块数据传输线传输管18穿过外接口，传输到位于实验舱壳体10外部上方的上位机及LED显示器19中，该测试程序的LED显示器所显示的数据为实验舱壳体10内部的大气压力。

所述自吸泵试验操作台设置在实验舱壳体10内部。所述自吸泵试验操作台水平置于水箱一号1、水箱二号2的右侧。

采用自吸泵自吸高度测试装置进行试验时，操作方法如下：

步骤1：在实验舱壳体关舱前，在水箱一号、水箱二号中加入有色颜料均匀搅拌，便于观察实验进程。通过外部红外遥控器，控制红外开关无线控制模块，开启自吸泵的电机，启动自吸泵。保证其能够将有色溶液从水箱二号中经由进水管抽出，并依次经过出水管到达收集作用的水箱一号，并能够稳定运行。通过LED显示器中所示的实时数据，记录下此时的四个BMP180型大气压传感器采集到的实验舱壳体内部大气压力值，并且经过取平均值后得到P₀。注意：实验舱壳体内部与外部此时应该为相同大气压力值。

步骤2：开启大功率真空泵，并缓慢增加其工作功率，观测LED显示器显示的气压数值变化。

通过实验舱壳体上设有的透明观察窗口，观察实验舱壳体内部自吸泵的工作状态，观察进水管有色溶液液位高度，进而调整大功率真空泵的电机功率，进而使得自吸泵能够只从进水管中吸入极少的有色溶液，但一旦增加其功率就无法吸入水箱二号中的有色溶液，此时停止增加大功率真空泵的工作功率，稳定住。记录此时LED显示器所显示的大气压力检测传感器采集到的内部气体压力数值，并经过取平均值后得到P₁。

根据压差数学模型，得出：

其中ΔP₁＝丨P₁-P₀丨，即两次大气压力数值变化的绝对值，ρ_液为测试液体的密度，g为重力，大小约为9.8N/kg。此时的ΔH₁即为该实验例的自吸高度受大气压力影响的自吸高度变化量。

步骤3：重复上述实验步骤，多次试验取平均值，减少实验误差对实验的影响，得到自吸泵的自吸高度变化量。

步骤4：结束步骤3后，保持大功率真空泵的工作状态，微调小功率电机的功率，使得此时进水管的有色溶液液柱高度降至H点。注:此H点与自吸泵的进水口高度相同。记录此时的实验舱壳体内部的大气压力值P₂。

根据压差数学模型，得出：

其中DP₂＝丨P₁-P₂丨，即两次大气压力数值变化的绝对值，ρ_液为测试液体的密度，g为重力，大小约为9.8N/kg。此时的ΔH₂即为该实验例的自吸高度受大气压力影响的自吸高度微变化量。

根据经验公式，自吸泵的进水管每经过一个弯管(如图中G所示)，则该实验例的最大自吸高度算法为：

ΔH＝ΔH₁+ΔH₂+h_j×N+h_f (5)

其中，h_j为局部水力损失高度，V为管中流速，g为重力加速度，θ为弯管的扩散角，D为进水管的管径，R为弯管中线的曲率半径；h_f为沿程水头损失，为雷诺数，l为进水管最高点激光测距传感器返回的距离值；N为弯管个数。

步骤5：重复上述实验步骤1-4，多次试验取平均值，减少实验误差对实验的影响，得到该实验例最终的最大自吸高度。

Claims (3)

1.一种自吸泵自吸高度测试装置，其特征在于：

包括大气压力实验舱、自吸泵试验操作台和大气压力监测系统；

所述自吸泵试验操作台设置于大气压力实验舱内；

所述大气压力实验舱包括实验舱壳体、大功率真空泵、大功率电机、小功率电机和小功率真空泵；所述实验舱壳体设有三个接口，分别与所述大功率真空泵、小功率真空泵和大气压力监测系统连接；所述实验舱壳体上设有的透明观察窗口，用于观察实验舱壳体内部自吸泵的工作状态；

所述自吸泵试验操作台包括水箱、试验台升降装置、激光测距传感器、液体流量传感器、进水管、出水管、自吸泵和红外开关无线控制模块；所述自吸泵的进水口和出水口分别连接所述进水管和出水管；所述进水管和出水管的另一端置于水箱中；所述自吸泵置于试验台升降装置上；所述水箱包括水箱一号、水箱二号，所述水箱一号和水箱二号之间设有下部带有圆形气孔的挡板，设置于同一水平高度；

所述大气压力监测系统包括大气压传感器模块、气压传感器模块数据传输线传输管、上位机及LED显示器；

所述激光测距传感器设置于进水管距离水箱的最高点处，所述液体流量传感器设置于靠近自吸泵的进水口前端的进水管并夹紧，均通过所述气压传感器模块数据传输线传输管将所测得数据显示于LED显示器上；所述大气压传感器模块包括四个BMP180型大气压传感器，设置于所述水箱竖直方向上方10-15cm处。

2.根据权利要求1所述的一种自吸泵自吸高度测试装置，其特征在于：

所述大功率真空泵、小功率真空泵与实验舱壳体通过十二孔法兰连接。

3.一种自吸泵自吸高度测试方法，采用权利要求1-2任一项所述自吸泵自吸高度测试装置，测试步骤为：

Step1：在实验舱壳体关舱前，在水箱中加入有色溶液；

由外部红外遥控器控制红外开关无线控制模块，启动自吸泵；保证所述有色溶液从水箱二号中经由进水管抽出，并经过自吸泵后由出水管流入水箱一号，记录此时的四个BMP180型大气压传感器采集到的大气压力值，取平均值后得到P₀；

Step2：开启大功率真空泵，并增加其工作功率，观测LED显示器显示的气压数值变化；

通过透明观察窗口，观察进水管有色溶液的液位高度，进而调整大功率真空泵的电机功率，使自吸泵刚好从进水管中吸入极少的有色溶液，但一旦增加其功率就无法吸入水箱二号中的有色溶液，此时保持大功率真空泵的功率，并记录实验舱壳体内的大气压力值，取平均值后得到P₁；

根据压差数学模型，得出自吸泵自吸高度受大气压力影响的自吸高度变化量ΔH₁为：

其中ΔP₁＝丨P₁-P₀丨，即两次大气压力数值变化的绝对值，ρ_液为测试液体的密度，g为重力加速度；

Step3：重复上述实验步骤，多次试验取平均值；

Step4：保持大功率真空泵的工作状态，微调小功率电机的功率，使得此时进水管的有色溶液液柱高度降至自吸泵进水口同高度点H点；记录此时实验舱壳体内的大气压力值P₂；

根据压差数学模型，得出自吸泵自吸高度受大气压力影响的自吸高度微变化量ΔH₂为：

其中ΔP₂＝丨P₁-P₂丨；

自吸泵的最大自吸高度算法为：

ΔH＝ΔH₁+ΔH₂+h_j×N+h_f (5)

其中，V为管中流速，θ为弯管的扩散角为管径，D为弯管中线的曲率半径，h_j为局部水力损失高度，h_f为沿程水头损失，N为弯管个数，R_l为雷诺数，l为进水管最高点激光测距传感器返回的距离值；

Step5：重复上述实验步骤1-4，多次试验取平均值，得到最终的最大自吸高度。