淺談單位換算技術(shù)在水泵測(cè)試中的應(yīng)用

初海波

（中南林業(yè)科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

在水泵測(cè)試過程中，要采集流量、進(jìn)口壓力、出口壓力、電壓、電流、功率等參數(shù)，并且根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出揚(yáng)程、軸功率、NPSH（汽蝕余量）等數(shù)值，再與標(biāo)準(zhǔn)比較，得出水泵各項(xiàng)參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的結(jié)論。這些參數(shù)在不同國(guó)家采用的單位不同。有時(shí)，客戶要求得到水泵在特殊介質(zhì)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同一臺(tái)泵在每種介質(zhì)下都做一遍試驗(yàn)，會(huì)提高企業(yè)的生產(chǎn)成本和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，亟需一個(gè)解決方案?，F(xiàn)在，水泵測(cè)試軟件均為專用型，其通用性比較差，為了解決這個(gè)問題，滿足不同客戶的特殊要求，在現(xiàn)有的水泵測(cè)試軟件的基礎(chǔ)上增加了單位換算模塊，不同介質(zhì)的液體直接進(jìn)行密度換算，然后根據(jù)不同國(guó)家或者客戶的特殊要求求出不同的試驗(yàn)報(bào)表和泵的性能曲線。其中流量單位換算中的體積流量和質(zhì)量流量的換算，揚(yáng)程兩種單位的換算，都涉及到液體密度的換算，這是軟件改進(jìn)過程中的難點(diǎn)，也是核心部分。通過單位換算技術(shù)在水泵測(cè)試軟件中的應(yīng)用，節(jié)省了試驗(yàn)成本，提高了泵試驗(yàn)效率，在實(shí)際應(yīng)用中取得了企業(yè)的好評(píng)和不錯(cuò)的實(shí)際效果。

表1 液體的特性

1 水泵測(cè)試系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)傳感器采集的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)口壓力信號(hào)、出口壓力信號(hào)、流量信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)、溫度信號(hào)等，首先進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，然后通過局域網(wǎng)輸出到微機(jī)顯示；功率采用WT230功率計(jì)采集現(xiàn)場(chǎng)電壓、電流、功率信號(hào)，然后通過局域網(wǎng)輸出到微機(jī)顯示；直接顯示進(jìn)口壓力、出口壓力、流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫度、三相電壓、電流、輸入功率等參數(shù)的同時(shí)，利用水泵測(cè)試軟件對(duì)采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，輸出試驗(yàn)報(bào)表和泵的性能曲線，水泵性能測(cè)試系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 水泵性能測(cè)試系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

2 軟件改進(jìn)思路

整個(gè)水泵測(cè)試軟件的工作流程如圖2所示，在開始一個(gè)試驗(yàn)之前，先要進(jìn)行常量輸入的工作，完成常量輸入的工作以后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，然后對(duì)采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成報(bào)表和數(shù)據(jù)曲線。通過整個(gè)水泵測(cè)試軟件流程圖看到，要軟件能達(dá)到根據(jù)客戶要求來選擇參數(shù)的單位的功能，需要修改軟件的常量輸入部分和數(shù)據(jù)處理部分。在軟件的常量輸入部分留出了充足的頁(yè)面，水泵測(cè)試軟件中用的基本換算有流量換算、揚(yáng)程換算、軸功率換算、NPSH換算，及數(shù)據(jù)處理部分將在下面給出詳細(xì)的說明。

圖2 水泵測(cè)試軟件工作流程

2.1 流量單位換算

單位時(shí)間流過管道任一截面的流體量，稱為流量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量表示。單位時(shí)間流過管道任一截面的流體體積稱為體積流量?？梢员硎緸?。

式中：Vs 為體積流量，m3／min；V 為流體體積，m3；T 為流動(dòng)時(shí)間，min；

單位時(shí)間流過管道任一截面的流體質(zhì)量稱為質(zhì)量流量?？梢员硎緸椤?/p>

式中：ρ 為流體密度，kg／m3。

可見，流體的質(zhì)量流量可表示為體積流量及其密度的乘積。

在軟件的改進(jìn)過程中，流量的實(shí)測(cè)單位是m3／min。廠家要求，需要將流量單位轉(zhuǎn)化為立方米每秒（m3／s）、立方米每分鐘（m3／min）、立方米每小時(shí)（m3／h）、立方米每天（m3／day）、噸每分鐘（t／min）、噸每小時(shí)（t／h）、千克每秒（kg／s）、千克每分鐘（kg／min）、千克每小時(shí)（kg／h）、美加侖每分鐘（USGPM）、英加侖每分鐘 （IMGPM）、 立方英尺每秒 （ft3／s）、 立方分米每秒（dm3／s）。根據(jù)廠家的要求，在常量輸入界面增加流量換算單位下拉菜單，操作簡(jiǎn)便，可以根據(jù)客戶要求的流量單位，在常量輸入時(shí)，在軟件中下拉菜單中選擇相應(yīng)的流量單位即可，然后確認(rèn)流量單位換算下拉菜單的選項(xiàng)，根據(jù)表2完成流量的單位換算，換算過程中其難點(diǎn)在于體積流量和質(zhì)量流量之間要涉及密度換算，體積流量和質(zhì)量流量之間的換算也是本軟件改進(jìn)的核心部分。經(jīng)過換算以后的流量值，傳遞到各個(gè)函數(shù)和計(jì)算公式，輸出客戶需要的泵的數(shù)據(jù)報(bào)表和性能曲線。

表中，ρ′為試驗(yàn)溫度的密度（試驗(yàn)介質(zhì)密度）；Ρ為輸入的是常量輸入的密度（客戶要求密度）。

2.2 揚(yáng)程單位換算

揚(yáng)程是單位重量液體流經(jīng)泵后獲得的有效能量，是泵的重要工作性能參數(shù)，又稱壓頭。可表示為流體的壓力能頭、動(dòng)能頭和位能頭的增加，GB／T 3216－2005中規(guī)定揚(yáng)程為出口

式中：Ws為質(zhì)量流量，kg／min；M 為流體質(zhì)量，kg；T 為流動(dòng)時(shí)間，min?？偹^H2與入口總水頭H1的代數(shù)差。揚(yáng)程H應(yīng)用下式計(jì)算：H＝z2-z1+

式中：為橫截面中心相對(duì)基準(zhǔn)面的高度；P為所述橫截面中心的表壓；ρm為輸送液體的平均密度；為速度水頭；G為重力加速度。

表2

現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)程的實(shí)測(cè)單位是兆帕（MPa），廠家要求可以轉(zhuǎn)化為米水柱（mH2O）、千克力每平方厘米（kgf／cm2）、磅每平方英寸（psi）、巴（bar）、英尺水柱（ftH2O）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）、帕（Pa）。揚(yáng)程既可以使用液柱的高度來表示，也可以用壓強(qiáng)來表示，兩個(gè)單位之間的轉(zhuǎn)換是軟件編制過程中的一個(gè)難點(diǎn)，揚(yáng)程單位換算的具體過程如表3所示。

2.3 軸功率單位換算

泵在一定流量和揚(yáng)程下，原動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)給予泵軸的功率稱為軸功率。軸功率的單位換算相對(duì)流量和揚(yáng)程單位換算，不涉及密度換算，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。軸功率的實(shí)測(cè)單位是千瓦（kW）。 廠家要求，可以轉(zhuǎn)化為千瓦（kW）、馬力（PS）、英制馬力（HP，美國(guó)習(xí)慣體系中的功率單位，1HP＝745.7W），在常量輸入頁(yè)面設(shè)計(jì)軸功率單位換算下拉菜單，實(shí)際使用時(shí)，在做試驗(yàn)之前，在常量輸入界面，根據(jù)客戶要求的單位，在下拉菜單中選擇相應(yīng)的單位就可以了，操作非常簡(jiǎn)便。軸功率單位換算軟件具體編制過程如表4所示。

2.4 NPSH換算

表3 揚(yáng)程換算

表4 軸功率換算

泵在工作時(shí)液體在葉輪的進(jìn)口處因一定真空壓力下會(huì)產(chǎn)生汽體，汽化的氣泡在液體質(zhì)點(diǎn)的撞擊運(yùn)動(dòng)下，對(duì)葉輪等金屬表面產(chǎn)生剝蝕，從而破壞葉輪等金屬，此時(shí)真空壓力叫汽化壓力，汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。實(shí)測(cè)單位用米（m）標(biāo)注。廠家要求，可以轉(zhuǎn)化為米（m）、英寸（ft）。NPSH 單位換算的軟件具體編制過程如表5所示。

表5 NPSH換算

3 結(jié)論

（1）該項(xiàng)單位換算技術(shù)，是依據(jù)試驗(yàn)實(shí)際需要提出來的，能夠根據(jù)客戶要求的參數(shù)單位，出具試驗(yàn)報(bào)表和曲線，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，軟件運(yùn)行可靠，操作方便，受到操作人員的好評(píng)。在水泵測(cè)試軟件中應(yīng)用單位換算技術(shù)，能夠根據(jù)客戶要求的參數(shù)單位，出具試驗(yàn)報(bào)表和曲線。

（2）在水泵測(cè)試軟件中應(yīng)用單位換算技術(shù)，能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）僅修改水泵測(cè)試系統(tǒng)的軟件部分，不涉及水泵測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分的變動(dòng)。

（4）軟件留有擴(kuò)充空間，可以方便地添加新的有關(guān)參數(shù)單位。

[1]張秀田.法定計(jì)量單位換算手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1985.

[2]GB／T3216-2005，回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級(jí)和2級(jí)[S].