1．引言
泵作為一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，在輸送介質(zhì)及作為動(dòng)力源方面已經(jīng)獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，適用于各種專(zhuān)門(mén)場(chǎng)合的船用泵、消防泵、排污泵、潛水泵等也越來(lái)越多。某些專(zhuān)用泵，如消防泵，其發(fā)展迅速，日趨高壓力、大流量方向發(fā)展，原先單一的常壓泵也出現(xiàn)了朝中低壓、高低壓或高中低壓泵發(fā)展的趨勢(shì)，原有的一些檢驗(yàn)裝置已顯得不相適應(yīng)，因而，為使泵產(chǎn)品的質(zhì)量能得到有效控制和提高，設(shè)計(jì)建造一些新的檢驗(yàn)裝置尤為必要。
本文是在自動(dòng)化大功率消防水泵檢驗(yàn)裝置研制的基礎(chǔ)上，對(duì)泵的檢驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行總結(jié)，以供同行參考。
2．水泵檢驗(yàn)裝置的組成
一個(gè)完整的水泵檢驗(yàn)裝置應(yīng)包括以下幾個(gè)主要部分：
1)．動(dòng)力源；
2)．傳動(dòng)系統(tǒng)；
3)．測(cè)量與控制系統(tǒng)；
4)．輔助系統(tǒng)；
3．各組成部分的設(shè)計(jì)要素
3．1動(dòng)力源
a．明確試驗(yàn)對(duì)象，確定動(dòng)力源功率各單位設(shè)計(jì)檢驗(yàn)裝置的目的有所不同，有的只是為本單位的產(chǎn)品作試驗(yàn)用，有的需要為各種各樣的泵服務(wù)(如檢驗(yàn)中心)，所以動(dòng)力源的功率應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。
計(jì)算公式如下：
P動(dòng)=P泵／(η齒×η扭×η離×η泵) =Q×P×H／(102×η齒×η扭×η離×η泵)
式中：
P動(dòng) 所需的動(dòng)力源輸出功率 KW
P泵 被試泵的水功率 KW
η齒 齒輪箱效率％
η扭 扭矩儀效率％
η離 離合器效率 ％
η泵 水泵的效率 ％
Q 水泵的流量m3／s
H 水泵的揚(yáng)程m
V 水的重度 Kg／m3
我們可以以η泵為參考量，通過(guò)計(jì)算，作出P動(dòng)與P泵的關(guān)系曲線(xiàn)，計(jì)算中可以假定假定η齒、η扭和η離分別為0.95、0.98和0.98。當(dāng)P泵和η泵已知時(shí)，就可從確定所需的動(dòng)力源輸出功率。
b．動(dòng)力源型式
目前常見(jiàn)的有電動(dòng)機(jī)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)兩種。前者一般不調(diào)速，適用于一般的工業(yè)泵。由于各種工業(yè)泵的轉(zhuǎn)速有差異，因此泵的流量壓力功率等參數(shù)一般需要通過(guò)特定轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)下的測(cè)量值，換算到泵的規(guī)定轉(zhuǎn)速下的對(duì)應(yīng)值，導(dǎo)致測(cè)量誤差放大。前者若需調(diào)速，直流電動(dòng)機(jī)可用可控硅調(diào)速，交流電動(dòng)機(jī)可用變頻調(diào)速，但成本較高。當(dāng)然，使用電動(dòng)機(jī)卻有噪聲相對(duì)較低，無(wú)其他污染的優(yōu)點(diǎn)；后者適用于消防泵，因?yàn)橄辣糜泄r的變化，要求轉(zhuǎn)速變化。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速比較方便。調(diào)節(jié)油門(mén)大小再配以齒輪箱，可以獲得較大的轉(zhuǎn)速范圍，且成本相對(duì)較低。使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在著噪聲大，有煙氣排放問(wèn)題。
究竟選用哪一種動(dòng)力源，要根據(jù)檢驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)目的及單位在場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)及現(xiàn)有的相關(guān)條件而定。
3．2傳動(dòng)系統(tǒng)
對(duì)使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵檢驗(yàn)裝置，有傳動(dòng)裝置的問(wèn)題。傳動(dòng)系統(tǒng)主要由離合器和齒輪箱組成。對(duì)齒輪箱的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)考慮兩個(gè)問(wèn)題：
a．速比確定
對(duì)工業(yè)泵而言，中心高800mm以下的泵，其轉(zhuǎn)速一般為1450r／min和2900～2950r／min。對(duì)消防泵而言，其轉(zhuǎn)速千差萬(wàn)別，一般為2000～4000r／min。
齒輪箱速比的確定，既要考慮滿(mǎn)足不同轉(zhuǎn)速泵的試驗(yàn)要求，又要考慮讓發(fā)動(dòng)機(jī)在大扭矩點(diǎn)附近工作。
經(jīng)分析，下述五種轉(zhuǎn)速范圍基本上可覆蓋各種消防泵和工業(yè)泵的試驗(yàn)要求：
1450 r／min；
2000～2400 r／min；
2900～2950 r／min；
3000～3600 r／min；
3600～4000 r／min。
在選定合適的發(fā)動(dòng)機(jī)之后，根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和上述的五種轉(zhuǎn)速范圍，就可以確定相應(yīng)的速比。
b．輸出軸轉(zhuǎn)向
泵有正轉(zhuǎn)泵、反轉(zhuǎn)泵之分，考慮到檢驗(yàn)裝置的通用性，要求變速箱的輸出軸在確定的各種轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。
3．3測(cè)量與控制系統(tǒng)
欲實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，系統(tǒng)應(yīng)由傳感器、二次儀表、計(jì)算機(jī)、接口板、伺服機(jī)構(gòu)、采集器、組合屏和微機(jī)軟件等組成，以實(shí)現(xiàn)在控制室內(nèi)對(duì)柴油機(jī)啟動(dòng)、油泵啟動(dòng)、緊急停車(chē)、柴油機(jī)增減速和電動(dòng)閥的控制；實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)高水溫、高油溫、低油壓和齒輪箱低油壓、高油溫的報(bào)警；實(shí)現(xiàn)水泵參數(shù)的自動(dòng)采集和處理。下面就幾個(gè)具體問(wèn)題說(shuō)明如下：
a．測(cè)量?jī)?nèi)容
除水泵運(yùn)行參數(shù)(轉(zhuǎn)速、流量、壓力或揚(yáng)程、功率)和軸承座溫度外，還應(yīng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù) (水溫、油溫、油壓、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)，齒輪箱的油壓、油溫以及輔助裝置的相關(guān)參數(shù)(如動(dòng)力間溫度、油箱油位高度、蓄電池電壓等)，還應(yīng)包括齒輪箱檔位與轉(zhuǎn)向的顯示。
b．測(cè)量精度
與測(cè)量水泵性能參數(shù)相應(yīng)的傳感器和二次儀表，其系統(tǒng)的測(cè)量精度應(yīng)符合GB3216《離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗(yàn)方法》的規(guī)定，其它各種測(cè)量?jī)x表的精度根據(jù)需要確定。一次、二次儀表的精度可供參考。
應(yīng)包括：
油泵啟動(dòng)，柴油機(jī)啟動(dòng)、應(yīng)急停車(chē)、增減速；
電動(dòng)閥控制(控制流量)；
水泵工況切換進(jìn)而實(shí)施試驗(yàn)的程序控制；
動(dòng)力間冷卻裝置的自動(dòng)啟動(dòng)控制；
柴油機(jī)水溫、油溫、油壓和齒輪箱油壓油溫的自動(dòng)監(jiān)視與報(bào)警。
d．注意事項(xiàng)
為了提高測(cè)量的自動(dòng)化程度，需配備電動(dòng)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量。電動(dòng)閥應(yīng)保證在規(guī)定的壓力下能雙向運(yùn)作(流量逐漸增大或減小)，一次點(diǎn)動(dòng)的調(diào)節(jié)量0.1／s為宜；
試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)與控制室均應(yīng)有水泵和發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱運(yùn)行參數(shù)的顯示，以保證運(yùn)行安全可靠；
當(dāng)水泵沒(méi)有止回閥的情況下，壓力測(cè)量?jī)x表之前應(yīng)設(shè)置閥門(mén)，以免一旦出現(xiàn)真空造成儀表?yè)p壞；
強(qiáng)、弱電應(yīng)分開(kāi)，以免互相干擾，影響測(cè)量精度；
測(cè)量水泵軸承座溫度中，由于離旋轉(zhuǎn)部件近，宜用磁性溫度探頭，以免試驗(yàn)人員受到傷害；
盡可能使用穩(wěn)壓裝置以提高測(cè)壓精度；
二次儀表的輸出信號(hào)宜采用相同型式、同一標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)范圍，便于與采集器、計(jì)算機(jī)接口相連：
自動(dòng)化測(cè)量中，遙測(cè)數(shù)據(jù)是通過(guò)二次儀表變送后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集器的。由于二次儀表變送電壓的負(fù)極懸浮，使得多路電壓變送信號(hào)與數(shù)據(jù)采集器無(wú)法直接連接，此時(shí)可采用隔離模塊方法，使多路信號(hào)經(jīng)隔離模塊變送后達(dá)到負(fù)極一致，實(shí)現(xiàn)變送信號(hào)與數(shù)據(jù)采集器的連接。這種連接雖然可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，但二次儀表變送數(shù)據(jù)內(nèi)所迭加的波紋電壓無(wú)法改善，以致數(shù)據(jù)顯示值波動(dòng)較大。為了對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)采集器連通過(guò)程中的波紋進(jìn)行處理，可設(shè)計(jì)一種電平轉(zhuǎn)換方法的接口板，在電平轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)行波紋抑制，以保證數(shù)據(jù)顯示值穩(wěn)定。
3．4輔助系統(tǒng)
這里特別需要提一下關(guān)于水泵升降平臺(tái)的問(wèn)題。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱、扭矩儀相互之間的連接關(guān)系是固定不變的，也就是說(shuō)，當(dāng)扭矩儀位置確定后，其輸出端的中心高度是固定不變的。為了適應(yīng)不同中心高的水泵的試驗(yàn)要求，需要有一個(gè)安裝泵用的升降平臺(tái)，要求平臺(tái)可以自由升降到某一預(yù)定高度，然后靠加墊及泵的軸向移動(dòng)等來(lái)調(diào)節(jié)泵的輸入軸與扭矩儀輸出軸的對(duì)中程度以及連接法蘭間的平行度和間隙的要求。根據(jù)試驗(yàn)泵的這一安裝特性，對(duì)升降平臺(tái)的高度調(diào)節(jié)要求完全自動(dòng)化似乎沒(méi)有必要，然而完全靠加墊等來(lái)調(diào)節(jié)也顯得太繁雜，影響工作效率。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)半自動(dòng)化的水泵升降平臺(tái)是合適的。
4.建議
被測(cè)泵為工業(yè)泵時(shí)，動(dòng)力源宜采用電動(dòng)機(jī)；被測(cè)泵為消防泵時(shí)，動(dòng)力源宜采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；測(cè)量控制中的問(wèn)題，如文中“測(cè)量與控制系統(tǒng)”一節(jié)所述，在裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視；簡(jiǎn)便的半自動(dòng)的水泵升降平臺(tái)是一個(gè)合適的選擇。
