水泵性能测试实验装置设计全套图纸

摘要水泵是人类把自然能转变为有用功的发明之一，水泵种类繁多、使用广泛，属于通用类机械然而由于液体在泵内流动情况十分复杂，运行工况因时因地都有变化要确保水泵在较高的效率范围内安全经济的运行，就必须了解水泵基本原理、性能变化规律，及时检测水泵性能参数，掌握水泵的实际性能曲线，更好地为生产实践服务，以达到节能的目的目前获得水泵性能参数及这些参数之间的相互关系，主要依赖于性能试验为了测定离心泵的各项性能参数，从而绘制离心泵性能曲线我设计了离心泵性能测试开式试验台，通过此次试验可以熟悉离心泵试验装置的布置以及各种仪表仪器的原理及使用方法通过该试验台对离心泵流量、扬程、轴功率、效率等的测定可以绘制出离心泵性能曲线，进而达到对离心泵性能的深入了解本文研究的系统符合国家标准GB/T3216《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》关键词水泵性能参数性能测试实验装置AbstractHumannatureisthepumpcanturnintooneofinvention，pumps，phyletic，widelyusebelongsto.However，duetoliquidflowwithinthepumpisextremelycomplex，operatingconditionsarechangingtoensurealsodescribesinhighefficiencywaterwithinthescopeofthesafeandeconomicoperation，wemustunderstandthebasicprinciple，theperformanceofwaterpump，timelydetectionperformanceparametersofthepump，masterofactualperformancecurve，betterservicefortheproductionpractice，inordertoachievethepurposeofsavingenergy.Nowgetpumpperformanceparametersandtherelationshipbetweentheseparameters，mainlyrelyonperformancetests.Todeterminetheperformanceparametersofthecentrifugalpump，thusrenderingcentrifugalpumpperformancecurve.Idesignedthecentrifugalpumpperformancetesting，throughthetestbenchtypecanbefamiliarwithcentrifugalpumptestequipmentlayoutandvariousinstrumentprincipleandmethodofuse.Throughthetestofcentrifugalpumpcapacityandhead，theshaftpower，efficiencyofdeterminationcandrawthecentrifugalpumpperformancecurvesofcentrifugalpump，andthedeepunderstandingoftheperformance.ThisresearchsystemcomplieswiththestatestandardofGB/T3216thecentrifugalpump，mixedflowpump，axialvortexpumpsandtestmethods.Keywords:pumpsperformanceparametersperformancetestingtestequipment目录TOC\o1-3\h\z\u前言11绪论

21.1课题来源及意义

21.2国内外水泵测试技术发展概况

31.3离心泵的工作原理

41.4离心泵的主要参数52离心泵的测试原理及方法

62.1性能试验各个参数的测量原理及计算

62.

1.1参数测量原理

62.

1.2参数测试过程

92.2汽蚀试验原理及方法

122.

2.1试验原理

122.

2.2试验方法133系统总体方案设计

163.1设计目标

163.2系统方案的设计原则

163.

2.1需要采集的变量

173.

2.2试验装置设计方案对比

183.

2.3管道和水池的设计

203.3阀门的设计

233.

3.1阀门的种类及特点

233.

3.2阀门的调节机构的选择

253.

3.3阀门的选择

263.4泵的选型设计

283.

4.1泵的选型原则

283.

4.2泵的具体选择

293.5电动机的选型设计

303.6联轴器的选型设计

313.7转速仪的选型设计

323.

7.1转速仪的基本原理

323.

7.2具体选型324测试仪表的选择

344.1流量计的种类及特点

344.

1.1流量计的选择

354.

1.2流量计的选型原则

374.

1.3流量计的具体选择

374.2压力仪器的种类及选择

384.

2.1压力仪器的种类

384.

2.2压力变送器的选型原则

394.

2.3压力变送器的具体选择

394.3取力孔的设计405实验指导书

425.1实验目的

425.2实验内容

425.3实验台介绍

425.4实验原理、方法和手段

435.5实验步骤

445.6实验注意事项

445.7实验报告

445.

7.1实验报告要求

445.

7.2实验数据记录及处理45结束语47致谢48参考文献49附录50外文资料与中文翻译50前言自从首次采用泵装置输送和提升水开始就出现了这样或那样的泵试验手段对泵装置的每一次改进只有经过试验后才被接受，这种试验证明了这一改进的价值随着泵设备的日趋精制，泵的试验方法也越来越完善，每一台泵，不论其大小或种类如何，都应经过某种形式的试验之后才能被用户接受如果不这样，用户就无法知道该产品是否满足全部要求、采用哪种试验、以及采用什么方法进行试验，这要根据试验的最终目的而定试验的最终目的一般有以下一个或两个设计或操作上的改进进行检验；检验产品否达到合同规定的性能指标，从而对要求的、预测的和实际的性能进行比较此次实验设计我是基于学校实验室离心泵闭式性能测试实验装置，尝试开式实验装置的设计本说明书共分五个章节，第一章绪论，第二章离心泵的测试原理及方法，第三章系统总体方案设计，第四章测试仪表的选择，第五章实验指导书其中第三章总体方案设计是本书的重点及难点，第五章实验指导书是对所设计的实验装置的总结应用与检验1绪论

1.1课题来源及意义水泵作为最广泛应用的通用机械之一，目前在水利、电力、石油、化工、航天航空、航海、核工业、矿山、冶金、机械、医疗、卫生、农业排灌等许多部门得到广泛的应用，并且对其生产起着非常重要的作用为了保证水泵能正常的工作，需要水泵从研究、开发、生产到使用，都必须做一系列的测试，观察是否达到要求或从中选择较好的模型在水泵的各种测试中，都包括试验数据的测试、采集和处理问题，也就是通常所说的测试技术问题因此，测试技术在水泵的发展和应用中具有极其重要的作用人们总是希望水泵安全可靠地运行，希望它们的效率高并且汽蚀性能好、机械振动和噪声小，这也就是不但要求水泵具有好的能量和汽蚀特性，而且还要有好的机械特性水泵的性能是以输送流量、产生全压、所需功率及使用效率来体现的，这些工作参数之间存在着相应的关系，当流量与转速变化时，会引起其他参数相应的变化为了正确选择、使用水泵，必须了解这些参数之间的相互关系由于水泵理论至今仍不十分完善，所以水泵性能参数的获取主要依赖于性能试验对泵装置的每一次改进只有经过试验后才被接受，这种试验证明了这一改进的价值随着泵设备的日趋精制，泵的试验方法也越来越完善，在制造厂或试验室和使用现场的情况都是如此每一台泵，不论其大小或种类如何，都应经过某种形式的试验之后才能被用户接受如果不这样，用户就无法知道该产品是否满足全部要求、采用哪种试验、以及采用什么方法进行试验，这要根据试验的最终目的而定试验的最终目的一般有以下一个或两个设计或操作上的改进进行检验；检验产品是否达到合同规定的性能指标，从而对要求的、预测的和实际的性能进行比较水泵作为仅次于电机的第二大通用机械，在国民生产中占有极其重要的地位，因此，开发出一套适合我国国情、能够在众多中小型厂家推广的水泵性能测试系统，对于提高产品质量、减少返修率以及节约能源都有重要意义本文即在这方面作了深入探讨和尝试同时，本文在水泵测试系统功能多样化等方面所作的一些尝试和创新，对今后水泵试验台的建设具有借鉴意义

1.2国内外水泵测试技术发展概况水泵行业的工程技术人员在长期的产品设计实践中，积累了大量工程设计理论和经验，然而传统的工程试验方法不可避免的存在重复性试验、计算和数据处理工作量大、效率低、精度差和周期长等弊病在国外，欧美等发达国家关于泵的相关研究起步普遍较早，在特殊泵的制造、的内特性测试等方面目前仍领先于国内对泵的外特性测试装置而言，早在1961年，英国国立工程试验室NEL就建立了自己的水力机械试验台，可用于泵和模型水轮机的性能试验，可以在开式和闭式两种循环方式进行效率和汽蚀试验，部分参数实现半自动控制，试验数据由计算机自动采集和处理，并能自动绘制试验曲线和打印试验结果大量外文书刊及互联网资料显示，目前国外水泵测试系统的产品已经比较成熟，美国、德国等发达国家已经普遍化，并呈现出高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等特点例如美国生产的一台用于离心泵测试的试验装置，为研究离心泵在不同扬程、流量和转速下的特性提供露一种新的测试方法尽管这类水泵测试装置具有高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等优点，但在数据处理方面功能薄弱，缺少嵌入式的数据处理分析系统，效率不高我国的水泵测试手段比较落后其水泵性能参数测试设备仍主要以手动操作试验过程、手工测量试验数据、手工记录试验数据和绘制曲线，存在测量手段落后，测量精度不高和劳动强度高等缺点20世纪70年代，泵的测试基本采用分立式仪器和仪表来测量各种物理量例如，用水银压力计、弹簧压力计等测量压力，用文吐里流量计、涡轮流量计等测量流量，用电流表、电压表等测量电力参数测试仪体积庞大，成本高，可靠性差，试验人员多，工作量大，试验误差大，效率低等都是这一时期水泵测试系统存在的问题一般情况下，整整一天时间很难做完所有试验，为了得到性能优良的水力模型，往往需要反复进行多次模型试，效率极低其实，这种状况在我国还相当普遍在我国，许多厂家是由国有企业改制后的中、小型企业，或者是乡镇企业、民营企业，其生产规模一般不大，而且产品多样，甚至许多水泵厂家是按照用户的需求生产，所以很难形成统一的系列对于这种需求现状，目前的测试系统中存在着一些不足，例如参数测量不完整，系统过于庞大且复杂，造价太高而不能为众多小型水泵生产厂家所采用，功能单一不易推广等等因此，在大多数小型泵厂，其型式试验和出厂试验仍然靠手工操作为主那么，如何按照国家标准的要求，利用高技术、低成本的手段实现水泵性能的自动测试与分析已成为国内众多水泵生产厂家及研究单位的迫切需求

1.3离心泵的工作原理当工作轮转动时其叶片与被输送的流体相互作用，将能量传递给流体以增加其压头，达到输送的目的离心泵在工作前，吸入管路和泵内首先要充满液体，当叶轮旋转时叶片拨动叶轮内的液体旋转，液体就获得能量，从叶轮内甩出叶轮内甩出的液体经过泵壳流道、扩散管，再从排出管流出在这同时，叶轮内产生真空，而吸入液面的液体通常在大气压作用下，经过吸入管路压入叶轮中泵在某一工况下工作时，其扬程、轴功率、效率和流量存在一定的关系当流量变化时，这些参数也随之变化，即工况点及其对应的参数是可变的

1.4离心泵的主要参数

1.体积流量Q指单位时间内从泵出口排出并进入管路的液体体积，单位为

2.入口总水头泵入口处单位重量液体具有的能量，单位为m

3.出口总水头泵出口处单位重量液体具有的能量，单位为m

4.扬程H泵出口和进口单位重量液体能量的差值，单位为m

5.汽蚀余量NPSH泵进口处单位重量液体具有的超过汽化压力水头的富裕能量

6.规定点指对于指定的泵，在设计制造时所给定的转速、流量、扬程、轴功率、汽蚀余量以及效率值所对应的工况点对应规定点的参数为规定参数

7.泵的工作范围指大于和小于规定流量或扬程值之间的一定范围大流量点指工作范围大于规定流量的边界点，一般取为规定点流量的120％小流量点指工作范围小于规定流量的边界点，一般取为规定点流量的80％

8.比转数n在相似定律的基础上，可以推导出一系列几何相似的泵和性能之间的综合参数，这个综合参数就是比转数2离心泵的测试原理及方法水泵的结构虽然简单，但其内部液体的流动却非常复杂，所以人们常说水泵是最简单的机械又是最复杂的机械泵的特性至今还不能完全用理论的方法来精确确定，而是用实验的方法求得下面我们具体介绍一下离心泵的测试原理及方法

2.1性能试验各个参数的测量原理及计算

2.

1.1参数测量原理

（1）扬程扬程就是单位重量的液体通过水泵后所获得的能量，通常用符号H来表示，单位为米水柱，简称m米水泵扬程是评判水泵质量优劣的重要技术指标对扬程的测量实际上就是对压力的测量，也就是对水泵进口压力、出口压力的测量扬程的计算公式（

2.1）式中:-----分别为泵入口和出口处的压力，单位为Pa；-----分别为水泵进口、出口取压孔至基准面问的垂直距离，单位为；-----为重力加速度，试验取g=

9.81m/s；-----液体的密度，单位为kg/m；-----分别为泵入口和出口处的水流速度，单位为其大小等于体积流量与管路横截面积相除所得的商，分别为（

2.2）式中------分别为泵入口出口截面内径，单位为m----水泵流量测量值，单位为

（2）流量流量又称排水量或扬水量，用符号Q表示流量表示泵在单位时间内排出泵外的液体量单位为用流量计来测量，流量的表达式为（

2.3）式中------流体体积，单位为m；t------时间，单位为水泵的大流量点指的是泵工作范围内大于规定流量点的边界点小流量点指的是泵工作范围内小于规定流量点的边界点

（3）轴功率水泵轴功率就是指水泵轴从原动机异步电机中得到的功率，单位用kW来表示轴功率是水泵的基本参数之一泵的轴功率应通过测定转速和扭转力矩得出，或由测量与泵直接连接的己知效率的电动机的输入功率来确定轴功率的表达式为（

2.4）式中------扭矩，单位为；------转速，单位为根据水泵和配套动力机的类型和结构形式的不同，轴功率常用以下两种测试方法测试1扭转力矩测量法测量扭转力矩可采用天平式测功计和扭转式测功计测量扭转力矩时应同时测定转速按泵的规定点轴功率选用天平式测功计和扭矩传感器时，其值应在测功计或扭矩传感器额定值的1/3以上转速的测量有专门的转速测量仪器由扭转力矩和转速即可求出轴功率（

2.5）式中N---轴功率，W；A---扭转力矩做功，J；T---时间，s；M---扭转力矩，Nm；---角速度，rad/s2）电机功率测量法通过对已知电机功率的测量，可以得到电机功率P，由此可求出水泵轴功率（

2.6）式中P---轴功率，W；----电动机效率，%；----传动效率，%

（4）效率水泵效率是指水泵的有效功率与轴功率之比值，用符号表示有效功率是指单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量，用符号表示，单位为kw，水泵的有效功率的表达式为（

2.7）水泵的效率计算公式如下（

2.8）

（5）转速电机转速是反映水泵机组在运行中的一个重要物理参数，目前其测试方法有很多，按照测量设备不同，可以分为离心式、磁性转速表、电动式、磁电式、闪光式转速表等方法1离心式转速表利用离心力与拉力的平衡来指示转速离心式转速表是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在2级，一般就地安装一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点但是结构比较复杂2磁性转速表利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋转力与游丝力的平衡来指示转速磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装3电动式转速表由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速表，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机和船舶设备4磁电式转速表是根据电磁感应定律把被测参数变换为感应电动势的传感器，异地安装非常方便磁电式转速表，因结构简单，目前应用非常普遍5闪光式转速表利用视觉暂留的原理闪光式转速表，除了检测转速往复速度外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械设备的工作状态，是一必不可少的观测工具

2.

1.2参数测试过程

（1）试验方法离心泵的试验最好是从零流量开始至少要试到大流量点流量115%混流泵、轴流泵和旋涡泵的试验从阀门全开状态开始，至少要试到小流量点流量的85％试验应有足够的持续时间，以获得一致的结果和达到预期的试验精度每测一个流量点应有一定的时间间隔，并应同时测量流量、扬程、转速和轴功率试验测量点应均匀地分布在整个性能曲线上离心泵和旋涡泵应取13个以上不同的流量点混流泵和轴流泵应取15个以上不同的流量点

（2）试验数据处理为了便于试验分析和比较，在与规定转速不符的转速下得到的数据均应换算为规定转速下的数据试验测量得到的流量Q、扬程H、轴功率Pa和效率的换算公式为（

2.9）式中、、、均为规定转速下的换算值

（3）试验分析任何一个测量的不确定度或误差限，只有通过对其所使用试验装置的一切误差源和影响因素以及所测量现象的波动和变化进行专门检查才能完全获知，但对每一个测量都进行如此详细的研究通常是行不通的，而依靠有效的依据并进行分析来估计测量误差的绝对值上界值不确定度或总误差限测量仪表的允许系统误差好需要据实际情况加以准确的判断及分析国标GB3216标准规定，凡是经过校准或通过与有关国家标准相比较，能证明其测量误差不超过表2-1所规定的仪表系统误差并遵循标准的试验方法，则可认为总的误差限不超过表2-2的规定，也就不需根据表2-2的最大总误差限来进行估算，可直接判定试验结果是否达到相应的精度等级此次试验中系统误差将是我选择仪表的一个重要参照依据表2-1测量仪表的允许系统误差允许范围%测定量流量泵扬程泵轴功率原动机输入功率（对机组效率计算）转速B级C级表2-2最大总误差限允许范围%测定量流量泵扬程、泵轴功率原动机输入功率转速泵效率机组效率B级C级泵的流量允差为，扬程允差为允差和适用于规定性能点和，包括流量Q和扬程日的最大允许总误差限若规定性能点A，与试验曲线的垂直距离为，水平距离为，如图2-1所示，代入下面的椭圆方程并计算其值若方程的值l，则可判定该泵满足了规定的性能；若方程的值1，则判定该泵没有满足规定的性能图2-1检查规定点用Q-H曲线通过坐标原点和规定点A（，）连成一直线，该直线与流量扬程曲线的交点为B，过口点做纵轴的平行线，与流量效率曲线交于C点，C点对应的效率值就是水泵的实测效率国标GB3216规定，对于B级实验，若

0.972，则可判定泵效率达到了规定要求；对于C级实验，若

0.950则可判定泵效率达到了规定要求

2.2汽蚀试验原理及方法

2.

2.1试验原理

（1）必需汽蚀余量必需汽蚀余量，是指在规定的转速和流量下必需的值，它由设计制造时给出

（2）装置汽蚀余量装置汽蚀余量，又称为有效汽蚀余量，是指在泵的进口处单位重量的液体具有的超过汽化水头压力的富裕能量装置汽蚀余量是由吸入装置提供的，随装置参数而变化，单位米水柱，如下式所示（

2.10）式中----为大气压值，单位为Pa；----为气化压力值，单位为Pa；

（3）临界汽蚀余量通过汽蚀试验测得汽蚀余量的临界值，该临界值是在给定的流量下，在第一级内引起第一级扬程或效率下降时的汽蚀余量值；或者在给定的扬程下，在第一级内引起流量或效率下降时的汽蚀余量值用符号表示其中为型式数，按下式计算（

2.11）式中----每一吸入口的体积流量，单位为;----泵的单级扬程，单位为米水柱图2-2泵临界汽蚀余量的测定

2.

2.2试验方法国标GB3216标准规定，汽蚀实验至少应在规定流量点、小流量点和大流量点这三个流量点进行，并分别找出各个流量点下的临界汽蚀余量（NPSH值规定流量点、小流量点和大流量点通过性能试验确定闭式试验系统通过顺次降低进口压力的方法使水泵发生汽蚀，开式试验系统通过调节进口阀门增加流阻的方法使水泵发生汽蚀在水泵逐渐发生汽蚀的过程中，测量得到流量、进口压力、出口压力和转速等的相应数值，就可以计算出相应的扬程和装置汽蚀余量，从而得到对应的临界汽蚀余量值以及临界汽蚀余量与流量的关系曲线图2-3NPSH-H关系为了便于试验分析和比较，在与规定转速不符的转速下得到的数据均应换算为以规定转速为基准的数据试验测量得到的流量Q、扬程日和装置汽蚀余量NPSH的换算公式为（

2.12）式中NPSH为额定转速矿下的测量值；NPSH为实测转速n下的测量值1泵的临界汽蚀余量NPSH的测定，试验时可以采用上述的任何一种方法改变NPSH并可选用其中任何一种改变参数的方法一般大都采用在试验过程中改变两个调节参数使流量保持恒定的方法2在泵的工作范围内，应包括小流量点、规定流量点和大流量点3个以上不问流量点进行汽蚀试验对于采用使流量保持恒定的试验方法时，对每一个流量点应逐渐降低NPSH，不同的NPSH值不宜少于15个，并在试验曲线即将出现断裂的区域应有较密集的试验点测量误差限对B级试验定为实铡NPSH的3％或

0.15m，取两者中的大者对C级试验定为实测NPSH的

5.3％或

0.2m，取两者中的大者当用高温液体或接近临界点的液体做试验时，要特别注意测量误差限根据大流量点、规定流量点和小流量点对应的临界汽蚀余量值绘制出NPSH-Q曲线，得到临界汽蚀余量与流量之间的关系在规定的流量下，如果泵的临界汽蚀余量NPSH小于或等于规定的必需汽蚀余量NPSH，，则认为泵的汽蚀性能达到了要求可以采用下述方法改变NPSH1采用在吸入管路中增加阻力的方法进行例如，在吸入管路上装设节流阀进行调节对于节流阀引起的汽蚀，有时可以用串联安装两个或多个节流阀来加以避免，或者让液体通过节流阀后，直接进入一个封闭容器或大口径管中来加以消除容器和管安装在节流阀与泵的入口之间此时需要设导流片以及用来抽走容器中空气的装置，特别是在低汽蚀余量时当节流阀处于半开且与泵入口法兰相距小于12倍入口管径时，必须确保入口的取压孔所在管路是充满液体的2改变自由液面高度泵从液位可以调节的水池中，必须采用横截面无节流的吸入管抽吸液体3设置闭式回路系统在保证泵扬程或流量不变的条件下，可以改变系统中压力，或通过调节液温改变汽化压力，使泵内发生汽蚀出口和入口调节阀中的汽蚀，可能使这种试验较为困难而需要采用特殊的阀为了保持需要的温度，须有对回路中的液体进行冷却或加温的装置，而且还须有一个气体分离罐分离罐要有足够的尺寸，并且要设计得能防止气体被裹挟到泵的吸入液流中去如果泵实际用于输送除汽水，那么也必须用除汽水作汽蚀试验3系统总体方案设计

3.1设计目标水泵开式测试系统主要用于不同规格的离心泵、混流泵的性能试验、汽蚀性能试验以及出厂试验系统须满足以下的设计条件

（1）符合国家标准GB/T3216《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》GB/T3214《水泵流量的测定方法》，试验精度达到国家B级；

（2）可对不同规格的离心泵和混流泵进行性能试验、汽蚀性能试验和出厂试验；

（3）被试泵最大功率为315kW/380V，可试验的泵的流量范围为0-4000m/h，最高扬程为600m，试验管径范围为50mm-400mm；

（4）要求操作简便，维护方便；

3.2系统方案的设计原则系统设计时应遵循以下几条原则1．完整性原则从系统论的观点来看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整因此在对本系统进行设计时，首先要考虑系统的完整性，否则在安装和使用时就会出现这样或那样的问题，并带来许多不必要的麻烦最好使设计好的系统的性能略高于实际要求，按这样设计的系统扩展性较好2．可靠性原则可靠性原则考虑的是设计好的系统能否可靠地工作，即系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力能否满足重要场合下的可靠性要求、是否进行冗余配置无论其在原理上如何先进、功能如何全面精度如何高级，但如果可靠性差，故障频繁，不能长期可靠的正常运行，则该系统就没有使用价值因此系统的可靠性设计应该贯穿整个设计和制造过程3．发展性原则发展性原则有两个重要内涵一个就是留有发展余地，在作系统配置时，要考虑系统的规模增大了怎么办第二个就是要选择技术寿命长，维修及部件的补充4．经济性原则为了获得较高的性能价格比，在进行系统设计时并不是一味的追求复杂的高级方案，在满足性能指标的前提下，尽可能采用简单实用的方案5．开发周期短对于这个发展速度越来越快的社会，时间就是金钱，所以要尽量缩短开发周期，尽早让系统投入正常运行，以期获得较高的经济效益和社会效益6．操作维护方便在系统总体设计时应考虑到操作维护方便，使系统易学易用，降低对操作人员专业知识要求，努力做到使用户无须专门的训练，就能很快地掌握本系统的使用方法当设备出现故障将要造成停机，如不能迅速维修，必然产生较大的损失，因此测试系统不仅要求可靠，而且一旦出现故障必须能维护方便，保证测试系统连续运行，为用户带来较高经济效益和实用价值

3.

2.1需要采集的变量由离心泵工作原理及其基本试验方法可知，水泵性能试验的目的是要得到规定转速下的扬程与流量的曲线、轴功率与流量的曲线、效率与流量的曲线，然后依据国标GB3216的规定，用椭圆方程和实测效率值判断被试泵的性能是否合格；水泵汽蚀性能试验的目的是要在规定的转速下，绘制出小流量点、设计流量点和大流量点下的扬程与装置汽蚀余量关系曲线然后依据国标GB3216的规定，确定泵的临界汽蚀余量，绘制出水泵临界汽蚀余量与流量的关系曲线，从而判定泵的汽蚀性能是否合格综上所述，水泵的性能和汽蚀性能试验需要现场采集的变量有流量Q、进口压力、出口压力、转矩M、转速n、三相电流、三相电压、电机输入功率以及液体的温度T等参数

3.

2.2试验装置设计方案对比试验装置选择水泵试验装置按管路的循环方式可分为开式和闭式两种开式试验装置结构较为简单，使用方便，稳定性好，其缺点是采用调节进口阀门开度进行汽蚀试验时，容易造成泵进口的流动不稳定，影响泵汽蚀性能试验的测试精度闭式试验装置系统中的液体与外界空气隔绝，构成封闭循环系统，其优点是汽蚀试验精度高，缺点是结构复杂，不易安装被试泵总的来说，两种形式的装置各有优劣，需要根据实际应用情况选择本试验设计研究的是水泵开式台自动测试系统研究的目的是要构建一个水泵测试平台，用于测量不同功率、不同类型和不同管径的泵因此，系统设计时就必须要考虑到不同功率电机的启动、管线的布置、仪表的选择与匹配以及被试泵的安装方式等一系列问题在开式系统中，扭矩法的试验装置如图3-1所示，电测法的试验装置如图3-2所示图3-1离心泵开式试验装置（扭矩法）图3-2离心泵开式试验装置（电测法）1-流量调节阀2-涡轮流量计3-压力传感器4-离心泵5-联轴器6-电动机7-水池8-止回阀9-管道-图3-3试验所用离心泵开式试验装置（扭矩法）此次实验设计，我选择的是图3-3所示的扭矩法离心泵开式试验装置此试验装置是基于图3-2所示的扭矩法开式实验装置进行改进的，改进主要表现在进水管路上，缩短了进水管直管段的长度，且在进水口处安装了止回阀，因此改进后的实验装置更好的防止了汽蚀现象的发生试验时，水由水池经进水阀门和管路流入被试泵，被试泵的出水经流量计、出口流量调节阀流回水池，形成一个回路压力变送器完成进口压力和出口压力的测量，扭矩测量仪完成轴功率和转速的测量，涡轮流量计完成流量的测量

3.

2.3管道和水池的设计管道和水池是水泵测试必备的硬件设施水池的容量在可能的条件下尽量做的大些，对散热和稳定液体流动均有好处容量至少应等于泵抽5-7分钟液体的体积再加20％-30％的余量，深度为2-4m，长度为最大管路直径的50-600倍国内大型水泵测试系统水池一般容量为1000-2000m，科研单位一般为200-1000m根据本测试台的最大流量计算可知，本系统水池体积选在1000m比较适宜具体设计成容积为17154=1020m对于从具有自由液面的池中或从设在闭式回路上液面静止的大容器中引水的标准试验装置，建议口直管段长度L按下式确定:L/D=K+5，式中D为管路直径这一点尤其适合于1级试验管线的选择除了根据实际需要进行设计外，还必须符合国标GB3216的要求查阅Is型、D型、DG型、S型等泵的样本，本系统所试泵的一些常用管径、流量范围、扬程范围等参数不难看出，常用的测试管线有50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm，其中小等于200mm的管线多用于单吸单级或单吸多级离心泵，大于200mm的管线多用于双吸泵或混流泵考虑到涡轮流量计的工作范围，将测试管线的规格设计为50mm、80mm、100mm、200mm、300mm、400mm共六种如果测试泵时，没有符合尺寸的管线时可以选择尺寸相近的管线，采用渐缩管或渐扩管进行连接当液体流过渐缩管或渐扩管时，会产生能量的损失，但这个能量损失是极小的，对试验的结论不会造成影响依据以上原则标准本实验台进出口管路直径我选定为80mm，管道材料我选用为无缝钢管，则可以根据GB3216-89来设计管路长度、关管壁厚度管壁厚度可依据公式来确定，其中P=

0.084MPa，D=80mm，=113MPa；所以管壁厚度t=

0.03m在一般情况下，给水管网中管段直径小于1m时，经济流速在

0.5-

1.0m/s之间，对于大于

1.0m的管径，经济流速在

1.0–

2.0m/s之间阀门的口径并不是依据工艺管线的尺寸来确定，通过用比管径低一档的尺寸来选择阀门口径是很不科学的阀门口径的计算实际是流通能力的计算，既保证了阀门全开时能达到的工艺要求的最大流量一般情况阀门的选择还应该加上一个安全系数，最大流量应高于工艺要求的25%-60%参照GB3126-89对于标准的实验回路，从具有自由液面的水池中吸水或是在闭式回路中所涉值得具有静止液面的大容器中饮水，入口等径直管长度应该是若入口节流阀一直保持全开状态入口等径直管长度不小于7D，若入口节流阀保持任意开度状态入口等径直管长度不小于12D涡轮流量计的安装需要选择充满液体的直管段，可垂直安装流体自下而上流动或水平安装水平安装时，为了保证变送器内的液体流动稳定，须保证两个电极处在同一水平面上安装时，上游直管段须大于5D，下游直管段须大于3D本实验台进出口管道设计管径均为80mm，根据本实验台的实际情况，为防止汽蚀现象的发生且保证一定流量及流速，所以入口等径直管长度为450mm，而出口等径直管长度考虑到高度是否影响仪表使用问题，我选择出水管直管长度为350mm涡轮流量计上游直管长度选定为650mm，下游直管长度选定为400mm泵的几何安装高度是影响泵入口压力的一个重要参数增加泵的几何安装高度会在较小的流量下发生汽蚀对水泵来说尽管其性能可以满足使用要求，但是如果几何安装高度不合适，由于汽蚀的原因会使泵的流量减小，导致性能达不到设计要求因此，正确地确定泵的几何安装高度是保证泵在运行时不发生汽蚀的必要条件立式离心泵的几何安装高度是指第一级工作叶轮进口边的中心线至吸水池面的高度差（

3.1）式中--几何安装高度，m--吸水池液面压力，Pa--泵吸入口压力，Pa--泵吸入口平均速度，m/s--吸入管道中的流动损失，m--输送流体密度，kg/m本实验中液面压力就是大气压力，其设计参数如下=

0.084MPa，=

0.009MPa，=Q/S=200/

3.

140.6460=

1.66m，=1000kg/m，所以代入数据得出最大安装高度=

6.9m根据本实验设计要求和管路实际布置需要，我选定安装高度为2000mm

3.3阀门的设计

3.

3.1阀门的种类及特点阀门是管路输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能

1.按作用和用途分类截断阀截断阀又称闭路阀，其作用是接通或截断管路中的介质截断阀类包括闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀和隔膜阀等止回阀止回阀又称单向阀或逆止阀，其作用是防止管路中的介质倒流水泵吸水关的底阀也属于止回阀类安全阀安全阀类的作用是防止管路或装置中的介质压力超过规定数值，从而达到安全保护的目的调节阀调节阀类包括调节阀、节流阀和减压阀，其作用是调节介质的压力、流量等参数分流阀分流阀包括各种分配阀和疏水阀等，其作用是分配、分离或混合管路中的介质排气阀:排气阀是管道系统中必不可少的辅助元件，广泛应用于锅炉、空调、石油天然气、给排水管道中往往安装在制高点或弯头等处，排除管道中多余气体、提高管道路使用效率及降低能耗

2.按驱动方式分类自动阀是指不需要外力驱动，而是依靠介质自身的能量来使阀门动作的阀门如安全阀、减压阀、疏水阀、止回阀、自动调节阀等动力驱动阀动力驱动阀可以利用各种动力源进行驱动电动阀借助电力驱动的阀门气动阀借助压缩空气驱动的阀门液动阀借助油等液体压力驱动的阀门手动阀手动阀借助手轮、手柄、杠杆、链轮，由人力来操纵阀门动作当阀门启闭力矩较大时，可在手轮和阀杆之间设置此轮或蜗轮减速器必要时，也可以利用万向接头及传动轴进行远距离操作

3.阀门的用途广泛，种类繁多，分类方法也比较多总的可分两大类一类依靠介质液体、气体本身的能力而自行动作的阀门如止回阀、安全阀、调节阀、疏水阀、减压阀等另一类借助手动、电动、液动、气动来操纵动作的阀门如闸阀，截止阀、节流阀、蝶阀、球阀、旋塞阀等

4.按结构种类分主要有旋塞阀、闸阀、截止阀、球阀—用于开启或关闭管道的介质流动止回阀包括底阀—用于自动防止管道内的介质倒流节流阀—用于调节管道介质的流量蝶阀—用于开启或关闭管道内的介质也可作调节用安全阀—用于锅炉、容器设备及管道上，当介质压力趔过规定数值时，能自动排除过剩介质压力，保证生产运行安全减压阀—用于自动降低管道及设备内介质压力系使介质经过阀瓣的间隙时，产生阻力造成压力损失，达到减压目的疏水器—用于蒸汽管道上自动排除冷凝水，防止蒸汽损失或泄漏

5.按用途，根据阀门的不同用途可分开断用用来接通或切断管路介质，如截止阀、闸阀等止回用用来防止介质倒流，如止回阀调节用用来调节介质的压力和流量，如调节阀、减压阀分配用用来改变介质流向、分配介质，如分配阀、滑阀等安全阀在介质压力超过规定值时，用来排放多余的介质，保证管路系统及设备安全，如安全阀、事故阀

6.按用途和作用分类截断阀类—主要用于截断或接通介质流包括闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、碟阀、柱塞阀、球塞阀、针型仪表阀等调节阀类—主要用于调节介质的流量、压力等包括调节阀、节流阀、减压阀等止回阀类—用于阻止介质倒流包括各种结构的止回阀分流阀类—用于分离、分配或混合介质包括各种结构的分配阀和疏水阀等安全阀类—用于介质超压时的安全保护包括各种类型的安全阀

3.

3.2阀门的调节机构的选择为了使调节阀正常工作，配用的执行机构要能产生足够的输出力来保证高度密封和阀门的开启对于双作用的气动、液动、电动执行机构，一般都没有复位弹簧作用力的大小与它的运行方向无关，因此，选择调节机构的关键在于弄清最大的输出力和电机的转动力矩对于单作用的气动执行机构，输出力与阀门的开度有关，调节阀上的出现的力也将影响运动特性，因此要求在整个调节阀的开度范围建立力平衡调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有，其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成组合形式有4种即正正气关型、正反气开型、反正气开型、反反气关型，通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种对于调节阀作用方式的选择，主要从三方面考虑:a工艺生产安全;b介质的特性;c保证产品质量，经济损失最小对执行机构输出力确定后，根据工艺使用环境要求，选择相应的执行机构对于现场有防爆要求时，应选用气动执行机构从节能方面考虑，应尽量选用电动执行机构若调节精度高，可选择液动执行机构如发电厂透明机的速度调节、炼油厂的催化装置反应器的温度调节控制等

3.

3.3阀门的选择

1.给水管道上使用的阀门，一般按一下原则选定

（1）管径不大于50mm时宜采用截止阀，管径大于50mm时采用闸阀或蝶阀

（2）需要调节流量、水压时宜采用调节阀、截止阀

（3）要求水流阻力小的部位（如水泵吸水管上）宜采用闸板阀、

（4）水流需双向流动的管道段上应采用闸阀、蝶阀不可用截止阀

（5）安装空间小的部位宜采用蝶阀、球阀

（6）在经常启闭的官道上宜采用截止阀

（7）口径较大的水泵出水管上宜采用多功能的阀根据本次所使用的实验装置，进水管路上可使用止回阀；而在出水管路上，由于试验的需要必须调节管路流量，则需要在这段管路上安装调节阀所以参照标准本次设计中进水管路闸阀我选择了型号为hlb-2013的止回阀主要涉及参数口径范围DN15-DN300mm压力范围:PN

1.6-PN

10.0Mpa温度范围-20C-50C传动方式手动、电动阀体材质铸钢连接方式焊接、法兰止回阀适用于公称压力100MPa，工作温度425C，工作介质为水、蒸汽、油品和非腐蚀气体的管路上作启闭装置用，尤其适用于火电厂汽机真空冷凝系统设计和制造标准设计与制造GB12234法兰尺寸GB9113JB7490压力温度JB/T74GB9131结构长度GB/T12221检验与实验JB/T9092GB13927连接法兰JG/T79GB9113HG20593-20635出水管路的调节阀的选择出水管路的调节阀我选用了型号为ZLF80-16的自力式流量控制阀产品主要特点ZLF系列自力式流量控制阀是一种直观简便的流量调节控制装置，管网中应用该阀可直接根据设计来设定流量，阀门可在水作用下，自动消除管线的剩余压头及压力波动所引起的流量编差，无论系统压力怎样变化均保持设定流量不变该阀使管网流量调节一次完成，减少设计工作量，不需要对管网进行繁琐的水力平衡计算；降低调网难度，把复杂的调网工作简化为简单的流量分配，有效地解决了管网的水力失调问题彻底解决近端压差大，远端压差小的矛盾，减小系统循环水量，降低系统阻力，克服系统冷热不均现象，提高供热（供冷）质量适用范围ZLF系列自力式流量控制阀适用于需要进行流量控制的水系统中，尤其适合于供热，空调等非腐蚀性液体介质的流量控制；安装在水系统中，经运行前的一次调节，即可使系统流量自动恒定在要求的设定值它能自动消除水系统中因各种因素引起的水力失调现象，保持用户所需流量，克服“冷热不均”的现象，提高供热，增高空调的室温，提高系统能效，实现节能，是供热、空调系统实现“计量收费”的理想配套产品

3.4泵的选型设计

3.

4.1泵的选型原则

（1）使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求

（2）必须满足介质特性的要求对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF磁力驱动泵对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封用采用清洁液体冲洗

（3）机械方面可靠性高、噪声低、振动小

（4）经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修方便等特点因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵a、有计量要求时，选用计量泵b、扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵c、扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵d、介质粘度较大大于650~1000mm2/s时，可考虑选用转子泵或往复泵齿轮泵、螺杆泵e、介质含气量75%，流量较小且粘度小于

37.4mm2/s时，可选用旋涡泵f、对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动电动隔膜泵

3.

4.2泵的具体选择根据泵选型原则和选型的基本条件，具体操作如下

（1）根据装置的布置、地形条件、水位条件、水位条件、运转条件，确定选择卧式、立式和其他它型式（管道式、潜水式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式等）的泵

（2）根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还是油泵、化工泵或耐腐蚀泵或是杂质泵、无堵塞泵

（3）根据流量大小确定是单吸泵还是双吸泵；根据扬程高低，选单级泵还是多级泵，高速泵还是低速泵，如选单级泵和多级泵同样都能使用时，首先选用单级泵根据以上原则查阅文献，现选用型号为IS125-100-250的单级离泵，其结构图如图3-4所示该水泵设计参数如下水泵转速1450r/min泵轴功率

7.17kW电机功率11kW电机效率82%水泵流量100m/h水泵扬程20m水泵效率76%必需汽蚀余量

2.5m产品介绍适用于工业制药、饮料、化工等厂矿和城市排水、给水，亦可用于农业排灌供输送清水或物理及化学性质类似清水的其它液体之用，使用方便可靠，深受用户好评1—泵体2—叶轮螺母3—止动垫圈4—密封环5—叶轮6—泵7—轴套8—填料环9—填料10—填料压块11—悬架12—泵轴13—支架图3-4IS型单级离心泵剖面图

3.5电动机的选型设计电动机的类型很多，最常见的是Y系列三相异步电动机，它是按国际电工委员会（IEC）标准设计的其中Y系列（IP44）电动机为笼型封闭式机构，能防止灰尘、水滴侵入电机内部自扇冷却；可采用全压或降压启动，B级绝缘，工作环境温度不超过40C，相对湿度不超过95％，海拔高度不超过1000m，额定电压380v，频率50HZ常用于对启动性能、调速性能及转差率无特殊要求的通用机械上，如泵、风机、运输机、搅拌机、农用机械等

（1）电动机的类型选择试验泵通常是在空载的情况下启动的，因此对电动机的启动转矩没有太大的要求，并且负荷变化比较平稳，起动次数不多，因此可以采用Y系列电动机

（2）电动机的转速选择电动机与被测试泵之间通常采用连轴器连接，所以电动机的转速应与被测试泵的转速相一致电动机的转速应在被测试泵的最佳转速范围内，被测试泵的转速过高或过低，都会使液压泵的效率降低

（3）电动机的功率当被测试泵在额定压力和流量下工作时，可按照被测试泵产品样本中的泵驱动功率，来选择电动机的功率若泵在其他压力和流量下工作，电动机的功率可由公式算出，并选择合适的电动机如果泵的驱动功率变化不大，则电动机可以在短时间内超负荷运行，所以电动机的功率只要比上述计算出的平均功率大即可，且其中最大功率不大于电动机额定功率的

1.3倍即可根据以上原则，查阅参考电动机产品样本的选择，我选择了型号为Y160M-4的Y系列三相异步电动机其基本参数为功率为11KW额定转速为1450r/min效率

93.5%额定电流为

29.4A

3.6联轴器的选型设计弹性柱销联轴器具有较大结构简单、合理，维修方便、两面对称可互换，寿命长，允许较大的轴向窜动，具有缓冲、减震、耐磨等性能制造容易，不用润滑，不需要与金属硫化粘结，更换弹性套方便，不用移动半联轴器，具有一定补偿两轴相对偏移和减振缓冲性能弹性套工作是受压缩变形，由于弹性套的厚度较薄，体积小，弹性变形有限，所以，弹性套柱销联轴器虽可补偿轴线位移和弹性，但轴线位移许用补偿量较少，弹性较弱弹性套柱销联轴器是依靠柱销组的锁紧力而产生于接触面的摩擦力矩，并压缩橡胶弹性套来传递转矩适用于安装底座刚性好、对中精度较高、冲击载荷不大、对减振要求不高的中小功率轴系传动轴孔型式有圆柱形Y、圆锥形Z和短圆柱形J轴孔和键槽按国家标准GB3852-83《联轴器轴柱和键槽形式及尺寸》的规定加工因此依据上述原理，此次试验我选择了LH3弹性柱销联轴器其基本参数为公称转矩630许用转速5000转动惯量

0.6质量

83.7转速仪的选型设计

3.

7.1转速仪的基本原理转速仪是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器应用范围十分广泛，主要用于

1、电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测；

2、风机、水泵、齿轮箱、扭力板手的扭矩及功率的检测；

3、铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测；

4、可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测；

5、可用于制造粘度计；

6、可用于过程工业和流程工业中其基本原理采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号

3.

7.2具体选型基于以上基本原理实验选用ZH07型转矩转速传感器

（1）主要功能及性能指标扭矩示值误差输出阻抗1KΩ±3Ω静态超载120%使用温度0～60℃储存温度-20～70℃电源电压+15V±5%，-15V±5%总消耗电流130mA频率信号输出5KHz-15KHz负额定扭矩5KHz±10Hz零扭矩10KHz±10Hz正额定扭矩15KHz±10Hz信号占空比（50±10）%

（2）产品特点a.信号输出可任意选择波形，方波或脉冲波b.检测精度高、稳定性好、抗干扰性强c.不需反复调零即可；连续测量正反扭矩d.即可测量静止扭矩，也可测量动态扭矩e.体积小、重传感器可脱离二次仪表独立使用，量轻、易于安装f.测量范围0-10000Nm标准可选　　　

（3）安装使用步骤a.根据轴的连接形式和扭矩传感器的长度，确定原动机和负载之间的距离，调节原动机和负载的轴线相对于基准面的距离，使它们的轴线的同轴度小于Φ

0.03mm，固定原动机和负载在基准面上b.将联轴器分别装入各自轴上c.调节扭矩传感器与基准面的距离，使它的轴线与原动机和负载的轴线的同轴度小于Φ

0.03mm，固定扭矩传感器在基准面上d.紧固联轴器，安装完成

（4）信号输出与信号采集方波信号、脉冲信号扭矩信号处理形式扭矩传感器输出的频率信号送到频率计或数字表，直接读取与扭矩成正比的频率信号或电压、电流信号4测试仪表的选择

4.1流量计的种类及特点对水泵流量的测量有差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、超声流量计、热式流量计、涡轮流量计、涡街流量计等几种流量计可供选择

（1）差压式流量计是根据安装于管道中流量捡测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来推算流量的仪表差压式流量计的使用量居流量仪表的首位，近年来，由于各种新型流量计的问世，它的使用量百分数逐渐下降，但目前仍是最重要的一类流量计

（2）浮子流量计又称转子流量计，是变面积式流量计的一种在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由流体动力承受的，从而使浮于可以在锥管内自由地上升和下降浮子的位置指不着流量的大小浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用

（3）容积式流量计又称定排量流量计，利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个己知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量，是一种总量表容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常用于昂贵介质油品、天然气及化工产品等的总量测量

（4）超声流量计是通过检测流体流动对超声束或超声脉冲的作用以测量流量的仪表超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计特别在大口径流量测量方面有较突出的特点，是近年来发展迅速的流量计之一

（5）热式流量计是利用流体流动与热源对于流体传热量的关系来测量流量的仪表热式流量计是直接式质量流量计的一大类仪表，它主要应用于气体流量测量

（6）涡轮流量计是速度式流量计的主要种类之一，它采用多叶片的转子涡轮感受流体平均流速从而推导出流量或总量转子的旋转运动可由机械、磁感应、光学或电子方式检出并由读出装置进行显示或记录一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式涡轮流量汁与容积式流量计并列为流量计中高精度的两类流量计

（7）涡街流量计是在流体中安放一根非流线型旋涡发生体阻流体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两中规则地交错排列的旋涡在一定的雷诺数范围内旋涡的分离频率正比于管道内的平均流速，可采用各种型式检测器检出旋涡频率涡街流量计是最年轻的一类流量计，但发展迅速目前己跻身子通用流量计之列

4.

1.1流量计的选择水泵的流量测量可分为小流量和大流量两种情况小流量的测量可采用的方法有节流法、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、激光流量计、容积法、重量法等大流量的测量可采用的方法有水堰、流速仪、毕托管、盐溶液法、水锤法等下面介绍常用的涡轮流量计、孔板流量计属于节流法的一种、电磁流量计的测量方法

（1）涡轮流量计涡轮流量计一般由涡轮变送器和智能流量积算仪构成变送器的型式很多，有磁电式、光电式、放射性同位素式等常用的磁电式结构简单可靠磁电式又有磁钢装在叶轮内的内磁式和磁钢装在壳体外部的外磁式之分，其中外磁式应用较为普遍，图2—2所示LW型就属于这种它是利用导磁不锈钢制成的叶轮置于两个轴承之间，在壳体上叶轮对应的位置装有一个磁钢，在它上面设有感应线圈当被测液体以流量Q通过涡轮变送器时，流体的动能推动叶轮转动这时，由于涡轮叶片周期性地切割由磁钢所形成的磁力线，使磁路的磁阻发生周期性变化而输出与流量成正比的电脉冲信号在测量范围内，叶轮的转速与流量成正比，则流量与电脉冲频率的关系表达式为

4.1式中k——仪表常数，对于不同的涡轮变送器，其常数不一致，需通过原位标定

（2）孔板流量计孔板流量计测流量，属于节流法测流量的一种节流法的原理是充满管道的流体流经管道内的节流装置时流束将形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流装置前后产生了压差流量越大，在节流装置前后产生的压差也越大，故通过测量压差来计算流量的大小其流量与压差之间的关系式是

4.2式中C---流量系数；F---流量计的开口面积（m）；g---重力加速度；、---孔板流量计的前后静压力由于C、F只与孔板流量计的几何尺寸和安装管道有关，所以一般认为恒定不变，唯一变化的是孔板流量计前后的静压力、，所以用压力传感器分别测试其静压力或前后静压差就可以间接测量其流量

（3）电磁流量计电磁流量计是利用测量导电的液体在外磁场的作用力下所产生与流量成正比的感应电动势的流量计一般由电磁流量传感器和智能流量积算仪构成其中电磁流量传感器是在管道的直径的两端安装电磁铁，然后在其垂直90度方向的直径的两端引出感应电动势的两个电极其感应电动势的关系如下E=Bvd

4.3式中E---感应电动势（V）；B---磁极间的磁感（Gauss）；V---液体的流速（m/s）；D---管道内直径（m）；又因为流量的关系为（m/s）

4.4由此可推导如下关系式

4.5式中k---比例系数；F---磁场频率该式表明流量Q与感应电动势E呈线性关系感应电动势E的大小能间接表示流量的大小，从而就对流量进行了测量

4.

1.2流量计的选型原则数据采集时，所有仪表都必须能够稳定的工作，才能够保证测量数据的准确性和精度，任何一个变量不准确，都将严重的影响到试验的结论，因此仪表的正确选型十分重要，并且必须符合国标GB3216的规定有关资料表明，仪表在实际应用中有2/3的故障都是由于仪表的错误选型或安装造成的流量计是测量泵流量的仪表流量计的选择从如下三个方面考虑1测量范围、精度及能承受的最高工作压力；2测量环境、介质及温度；3信号输出形式及通讯方式

4.

1.3流量计的具体选择本次试验我选用了型号为LWGY-100-BE的电磁流量计其流量范围20-200m3/h产品简介LWGY系列涡轮流量计具有结构简单、轻巧、精度高、复线性好、反应灵敏，安装额维护使用方便等特点，广泛用于石油、化工、冶金、供水、造纸等行业是流量计量和节能的理想仪表适用于在工作温度下粘度较小的介质产品特点高品质涡轮，超出常规的量程范围；多变变送器，适用于不同的应用要求；标准流量校验装置保证产品精度

4.2压力仪器的种类及选择

4.

2.1压力仪器的种类压力仪表，广义上就是指三个国家计量检定系统中所称的压力计量器具其中包括液体压力计、活塞式压力计、弹性元件压力表、数字压力计和压力传感器等压力仪器仪表

（1）液体压力计是压力测试中最早使用的压力仪表之一其基本原理是用流体静力平衡原理，采用液柱高度差来测量压力由于液体压力计的结构较简单，制造较容易，读数赢观，测量可靠，而且使用较方便，测量准确度高，价格便宜，因而在较小压力、大气压和负压测试个，得到较为广泛的应用然而，液体压力计是测量液体高度差，使测量上限受到限制

（2）利用压力作用在活塞上的力与砝码重力相平衡的原理制成的压力计称为活塞式压力计气体活塞式压力计在低压、绝对压力范围内的使用已取代了液体压力计，在压力计量技术中占有相当重要的地位

（3）弹性元件压力表是利用各种形状不同的弹性元件作为敏感元件，在被测介质压力的作用下，产生弹性变形的原理来测量压力弹性元件压力的结构简单，使用安全可靠，测员范围较宽，维护凋修方便，价格比较便宜，所以使用比较广泛

（4）数字压力计是采用数字直接显示被测压力量值的压力计即以一次压力传感器和二次仪表数字显示仪组成的新型测压仪表

（5）压力传感器足一种能感受压力，并按照一定的规律将压力转换成可用输出信号一般为电信号的器件或装置通常由压力敏感元件和转换元件组成当压力传感器的输出为标准电信号，如4-20mA、1-5V，气体压力信号20-100KPa时，则称为压力变送器

4.

2.2压力变送器的选型原则压力变送器用于测量泵进、出口压力，其选择从如下三个方面考虑

（1）测量范围和测量精度；

（2）测量环境、介质及温度；

（3）信号输出形式及通讯方式

4.

2.3压力变送器的具体选择据实验设备要求我选用了型号为HW3851/1151的压力变送器压力变送器主要特点

（1）体积小、重量轻由于本系列变送器采用了美国NOVA公司或瑞士KELLE公司带隔离膜片式的传感器组件，及可靠的处理电路使其重量是电容式压力变送器1/5，安装极为方便，不需要安装支架

（2）精度高、稳定性好稳定可靠的硅压阻芯片，使该变送器最高精度可达

0.1级以上，并且传感器逐台进行温度校正，使温度漂移在其最高的精度范围之内长期稳定性好，从而减少了维护工作量

（3）可靠的电路保护本系列压力变送器采用了美国先进的标准电路，满足了各种场合的使用（包括潮湿、粉尘、高温、振动、易爆、腐蚀等场合）该电路有反相保护功能，正负极接反不会损坏

（4）响应速度快该变送器响应速度快高于电容式变送器10倍以上主要技术指标被测介质液体、气体、蒸汽测量范围0-5KPa（不带隔离膜片）0-60MPa（带隔离膜片）精度等级±

0.1%、±

0.25%、±

0.5%长期稳定性≤

0.2%FS（1年）温度漂移在最大量程时，每10℃变化量≤

0.30%使用温度-20℃—80℃储存温度-40℃—125℃输出信号4-20mA（两线制）；0-10mA（四线制）电源电压24VDC；220VAC负载特性典型的电源电压24VDC，负载限值500Ω允许过载额定压力的2倍

4.3取力孔的设计当在充满流体的管道内部安装上孔板或喷嘴等节流件时，则在流体流经流件时，其上、下游侧之间便会产生一静压力差，该静压力差与流过的流体流量之间有确定的数值关系若未经标定的节流装置与已经过充分实验标定的节流装置几何相似和动力学相似，便可依据上述数值关系，通过测量静压力差实现对流体流量的测量泵进、出口取压孔的位置以及开孔方式的设计是保证测试精度的关键技术根据国标GB3216的规定，需要在泵的入口和出口管路上沿圆周方向对称地开设4个取静压孔；取压孔的位置应在离泵的入口法兰2倍入口管径远的上游处和离泵出口法兰2倍出口管径远的下游处；各取压孔应通过截止阀或旋塞与一环形汇集管连通，环形泄集管的横截面积应不小于全部取压孔横截面积的总和；测量时可以使用任一取压孔的压力除了特定情况，即取压孔的位置是由回路的布置来确定的以外，一般取压孔不宜设在或接近于横截面的最高点或最低点取压孔的直径应为3mm-6mm之间或等于管路直径的1/10，取两者之小值取压孔的深度应不小于

2.5倍取压孔直径此次试验我选择的压力孔直径为5mm压力表选择型号为Y-100的压力表设有取压孔的管子内孔应清洁光滑，并且耐泵输送液体的化学作用敷在管子内壁上任何如油漆类涂层应完好无缺损如果是纵向焊接管子，取压孔应尽可能避开焊缝压力表的安装位置如图4-1所示图4-1压力表安装位置各取压孔应通过截止阀或旋塞与一环形汇集管连通，环形汇集管的横截面积应补小于全部取压孔横截面积的综合；测量时可以使用任一取压空的压力5实验指导书

5.1实验目的

1、掌握水泵综合测试内容及方法；

2、熟悉水泵启动方法及注意事项；

3、掌握离心泵特性曲线的测定方法、加深对离心泵性能的了解

5.2实验内容

1.练习离心泵的操作方法

2.测定某型号的离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、η（效率）与Q（流量）之间的特性曲线

5.3实验台介绍实验台由电动机、离心水泵、储水池、流量调节阀、闸阀组成，测试部分包括扭矩转速传感器、泵进出口压力传感器及仪表、流量传感器、温度传感器、水位计等实验台如图5-1所示1-流量调节阀2-涡轮流量计3-压力传感器4-离心泵5-联轴器6-电动机7-水池8-止回阀9-管道-图5-1离心水泵测试实验台离心泵的主要参数如下表表5-1离心泵主要参数离心泵型号IS150-125-250流量m3/h200离心泵转速r/min1450离心泵入口管径mm80功率kW11离心泵出口管径mm80扬程m20两取压口之间垂直高度差（mm）

5005.4实验原理、方法和手段在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率η均随流量Q的改变而改变通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q的关系，并用曲线表示之，称为特性曲线特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据泵特性曲线的具体测定方法如下

1.扬程H在泵的吸入口和压出口之间列伯努利方程泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，当所选的两截面很接近泵体时，与伯努利方程中其它项比较，值很小，可忽略由于进口管和出口管直径相同，所以u入=u出于是2．轴功率N本实验台采用扭矩转速传感器间接测量泵的轴功率，如果扭矩为M，转速为n则泵的轴功率为N

3.泵效率η其中，kw H——泵的扬程，m   Q——泵的流量，m3/s   ρ——水的密度，kg/m

35.5实验步骤

1.接通电源，打开计算机组态程序；

2.关闭流量调节阀，全开止回阀；

3.检查系统无异常，启动离心水泵；

4.检查水泵运行正常后，缓慢开启调节阀使流量逐渐增大；

5.在流量增大过程中，通过组态软件自动记录7～10组数据，包括泵入口压力、泵出口压力、流量、扭矩、转速、水温等；

6.数据测试完毕后，关闭调节阀；

7.停止水泵运行；

8.用软件进行数据处理，并绘制水泵性能曲线

5.6实验注意事项

1.实验过程中注意水泵运行状况（如振动是否过大），并防止水泵发生汽蚀现象；

2.水泵启动前应关闭出口阀门，启动正常后缓慢打开

5.7实验报告

5.

7.1实验报告要求

1.简述实验原理与过程；

2.各种数据并加以整理，分析数据是否准确和误差产生原因；

3.通过实验的收获体会及对实验改进意见

5.

7.2实验数据记录及处理

1.数据记录流量进口压力出口压力扭矩转速水温室温备注Q（m3/h）P1MpaP2MpaMN.mnr/minT℃T℃

123456789102.数据处理表序号流量扬程轴功率效率备注Q（m3/h）H（m）Nkw123456789103．绘制离心泵性能曲线结束语当周围的一切都寂静下来，坐在桌前静思这段时间的毕业设计体会，毫无如释重荷之感，却常常自责，总有学而不精、做而不细的感觉压于心头，难以释怀毕业设计考验了我，是大学四年最为深刻的一次教学，使我明白自己还欠缺什么，哪些方面还有待加强，也为自己即将走向工作岗位所表现的不足敲响警钟我们不能将毕业设计仅仅作为一次作业来完成，应该以此来衡量我们个人素质的体现工程技术人员要求必须具备严谨求实的工作风格和精益求精的追求理念，这方面在毕业设计中表现还有所不足，所以，当面临真正的工作实际时，必须引起高度的重视，否则将辜负学校培养的厚望致谢首先，我要深深地感谢我的指导老师郭培红老师！郭老师在学术上给予我悉心的指导，培养我们独立的科研能力、严谨的治学态度，郭老师宽厚待人的高贵品质、严谨求实的治学精神、谦虚谨慎的工作作风将使我受益终生寥寥数语，难以表达我的感激之情，在此，我谨向郭老师表示衷心的感谢和崇高的敬意!在毕业设计的过程中，得到了机械学院众多老师的支持和帮助，对他们表示衷心的感谢！感谢四年来学校的领导、老师们对我生活、学习的帮助，本设计的完成与他们的关心和指导也是分不开的，在此向他们表示感谢最后我要非常感谢各位老师能够在百忙之中对我的设计加以审阅，在此向您们表示最诚挚的谢意！参考文献

[1]陈乃祥，吴玉林.离心泵.北京机械工业出版社，2003

[2]沙毅闻建龙.泵与风机.合肥中国科学技术大学出版社，2005

[3]纪纲．流量测量仪表应用技术[M].北京化学工业出版社，2003，15-89页

[4]MichaelMooney，GeraldShelley．DatacollectionandnetworkingcapabilitiesenablepumppredictivediagnosticsproquestscieceJournals.Jul2005:

84.92networking

[5]李丽，水泵综合性能实验台及其应用．实验技术与管理2005．09第22卷第4期

[6]王乐勤，徐鸣泉，吴大转．基于Labview的水泵综合特性测试系统研究流体机械2005．04第33卷第2期

[7]赵燕．分布式水泵综合参数测量与控制系统．[学位论文]合肥工业大学2005．06

[8]李龙，陈黎明．泵优化设计国内现状及发展趋势．水泵技术，2003，29-13

[9]龚德利．离心泵性能测试装置及其控制系统．2002，

（3）30-40

[10]姚士春．压力仪表使用、维修与检定[M]，北京中国计量出版社2003

[11]甘大方．压力仪表200问[M]，北京中国计量出版社，2003附录外文资料与中文翻译。