基于逆向工程技術(shù)的冷卻液氣穴腐蝕新型試驗(yàn)泵適用性研究*

魯林平 戴錫康 張旸趙杰

（1.天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2.天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院3.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 4.中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所）

基于逆向工程技術(shù)的冷卻液氣穴腐蝕新型試驗(yàn)泵適用性研究*

魯林平**1戴錫康2張旸3趙杰4

（1.天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2.天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院3.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 4.中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所）

選取一款國產(chǎn)的新型試驗(yàn)泵，驗(yàn)證其作為冷卻液氣穴腐蝕試驗(yàn)泵的適用性。從水力性能角度，在同一專業(yè)測(cè)試平臺(tái)上，對(duì)新型試驗(yàn)泵與推薦用泵進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。研究表明，新型試驗(yàn)泵與推薦用泵在水力性能和氣穴腐蝕特性上高度吻合，驗(yàn)證了新型試驗(yàn)泵取代推薦用泵的適用性。

冷卻液 氣穴腐蝕 逆向工程 試驗(yàn)泵 性能曲線 適用性

機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液（以下簡稱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液或防凍液），是一種能滿足液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫條件下正常工作要求的液體，是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的散熱介質(zhì)，具有冷卻、防腐蝕、防穴蝕、防結(jié)垢和防沸防凍等功能。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的質(zhì)量關(guān)乎發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。優(yōu)質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，夏天可防沸，冬天可防凍，常年使用可以起防腐蝕和防水垢作用，它既是冷卻介質(zhì)又是一種很好的保護(hù)劑[1-3]。劣質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響是極為嚴(yán)重的，在冬季使用時(shí)，容易結(jié)冰、凝固，導(dǎo)致水箱及冷卻系統(tǒng)管路脹裂損壞，造成發(fā)動(dòng)機(jī)受損；在炎熱的夏天，可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)“開鍋”；還有的會(huì)破壞冷卻系統(tǒng)內(nèi)的金屬表面，嚴(yán)重時(shí)可使冷卻系統(tǒng)內(nèi)壁穿孔，引起冷卻液漏失，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞[4]。

2014年5月1日起，強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 29743—2013《機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液》全面實(shí)施[5]。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及使用具有普遍指導(dǎo)作用，對(duì)保障行車安全、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)有著較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。GB 29743—2013標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性要求生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品定型或配方發(fā)生變化時(shí)，要做包含全部檢驗(yàn)項(xiàng)目的型式檢驗(yàn)；此外，每兩年也要進(jìn)行一次型式檢驗(yàn)。但大多數(shù)企業(yè)并沒有做到這一點(diǎn)，尤其是鋁泵氣穴腐蝕等體現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)際使用性能的臺(tái)架檢驗(yàn)項(xiàng)目很多企業(yè)更是從未檢測(cè)過。究其原因，是國內(nèi)氣穴腐蝕試驗(yàn)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0087—1991《發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗(yàn)法》中推薦使用了美國別克公司生產(chǎn)的鋁制試驗(yàn)泵[6]。該泵不僅價(jià)格昂貴，單臺(tái)套泵的價(jià)格在萬元以上，而且市場供應(yīng)量極少，不易從正規(guī)渠道獲得。由于這一原因，致使國家標(biāo)準(zhǔn)無法完整實(shí)施，即該標(biāo)準(zhǔn)在指導(dǎo)冷卻液產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用上受到制約。

鑒于目前國內(nèi)外市場的需求，選取了一款國內(nèi)企業(yè)開發(fā)的用于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗(yàn)的新型試驗(yàn)泵。該泵在SH/T 0087—1991標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵的基礎(chǔ)上，使用逆向工程技術(shù)[7-9]，獲取流道參數(shù)，結(jié)合造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)模具開發(fā)、鑄造、零部件設(shè)計(jì)與選型、裝配等一系列工作，開發(fā)出了新型試驗(yàn)泵。

本文在外觀對(duì)比基礎(chǔ)上，從水力性能試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)角度，對(duì)新型試驗(yàn)泵和標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了新型試驗(yàn)泵造型設(shè)計(jì)的可行性，研究了新型試驗(yàn)泵替代標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵的適用性。

1 泵體外觀對(duì)比

圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵的泵體及泵殼照片。圖2所示為新型試驗(yàn)泵的泵體及泵殼照片。

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵及新型試驗(yàn)泵外觀檢查發(fā)現(xiàn)，兩款泵的流道具有相同的特征，關(guān)鍵尺寸相等，符合逆向工程原理；此外，新型試驗(yàn)泵在逆向工程開發(fā)的基礎(chǔ)上，在造型上進(jìn)行了一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)和表面處理，與推薦用泵相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外觀大方的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵

圖2 新型試驗(yàn)泵

2 水力性能對(duì)比試驗(yàn)

離心泵的性能通常以流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、效率、功率等參數(shù)來進(jìn)行描述，各個(gè)性能參數(shù)之間的關(guān)系和變化規(guī)律可以用一組性能曲線來表達(dá)。對(duì)每一臺(tái)離心泵而言，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過試驗(yàn)的方法可以繪制出相應(yīng)的一組性能曲線，即離心泵的基本性能曲線[10-11]。

為了對(duì)新型試驗(yàn)泵和推薦用泵進(jìn)行進(jìn)一步的對(duì)比，分別對(duì)其進(jìn)行了水力性能試驗(yàn)，繪制了性能曲線，以驗(yàn)證新型試驗(yàn)泵水力性能與推薦用泵水力性能的一致性。

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

委托離心泵專業(yè)測(cè)試機(jī)構(gòu)，利用專業(yè)檢測(cè)平臺(tái)，在恒定轉(zhuǎn)速下調(diào)節(jié)出口閥開度大小以改變流量，在每個(gè)設(shè)定流量值下分別測(cè)量泵的進(jìn)口壓力、出口壓力、電壓、電流、軸功率，通過計(jì)算可得到泵揚(yáng)程、效率等參數(shù)。測(cè)試平臺(tái)示意圖如圖3所示。

圖3 離心泵測(cè)試平臺(tái)

2.2 性能曲線繪制

在相同的測(cè)試平臺(tái)上，分別對(duì)兩臺(tái)泵進(jìn)行測(cè)試，獲得原始數(shù)據(jù)，根據(jù)原始數(shù)據(jù)計(jì)算得到揚(yáng)程、有效功率，分別繪制出兩臺(tái)泵的特性曲線如圖4所示。通過曲線對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)：在流量及對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程上，推薦用泵的流量范圍為0~9.84 m3/h，對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程為11.88~8.76 m；新型試驗(yàn)泵的流量范圍為0~9.93 m3/h，對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程為11.74~9.07 m。

圖4 泵性能曲線

以推薦用泵水力性能參數(shù)為基準(zhǔn)，新型試驗(yàn)泵流量最大偏差約為1%，揚(yáng)程最大偏差約為3.5%。根據(jù)GB/T 3216—2016規(guī)定[12]，流量最大容差系數(shù)為±10%，揚(yáng)程最大容差系數(shù)為±8%。與推薦用泵數(shù)值相比，新型試驗(yàn)泵的流量和揚(yáng)程偏差都低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的容差系數(shù)。

試驗(yàn)驗(yàn)證了新型試驗(yàn)泵與推薦用泵的水力性能具有高度的一致性，從流動(dòng)特性角度驗(yàn)證了新型試驗(yàn)泵造型的有效性，同時(shí)保證了新型試驗(yàn)泵替代推薦用泵的可行性。

3 氣穴腐蝕性能對(duì)比試驗(yàn)

為驗(yàn)證新型試驗(yàn)泵與標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵在冷卻液氣穴腐蝕臺(tái)架試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果上的一致性，同時(shí)，為驗(yàn)證同一批次新型試驗(yàn)泵的均勻性、再現(xiàn)性以及不同批次新型試驗(yàn)泵的穩(wěn)定性，組織4家已獲得CNAS資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室（編號(hào)為A、B、C、D），選取兩種成熟配方冷卻液樣品（已知使用推薦用泵的氣穴腐蝕評(píng)級(jí)分別為8級(jí)、9級(jí)）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

3.1 一致性驗(yàn)證

主要是考察新型試驗(yàn)泵與使用推薦用泵所得的試驗(yàn)結(jié)果是否一致。

各實(shí)驗(yàn)室均使用新型試驗(yàn)泵，按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0087—1991分別對(duì)上述兩個(gè)已知評(píng)級(jí)的樣品進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證結(jié)果見表1。

表1 一致性驗(yàn)證結(jié)果

由表1可以看出，由不同實(shí)驗(yàn)室完成的11組使用新型試驗(yàn)泵所得的評(píng)級(jí)結(jié)果均與使用推薦用泵所得的評(píng)級(jí)結(jié)果之差小于等于1級(jí)，符合ASTM D 2809—09標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)結(jié)果再現(xiàn)性的要求[13]，表明新型試驗(yàn)泵與推薦用泵的評(píng)級(jí)一致性較好。

3.2 均勻性驗(yàn)證

均勻性驗(yàn)證主要是考察使用同一批次生產(chǎn)的新型試驗(yàn)泵，由同一個(gè)操作者、在同一家實(shí)驗(yàn)室、使用同一臺(tái)儀器、對(duì)同一個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，所得的試驗(yàn)結(jié)果是否一致。

將同一批次生產(chǎn)的新研制的試驗(yàn)泵取三套，按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0087—1991分別進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果見表2。由表2可以看出，由同一實(shí)驗(yàn)室完成的3組使用同一批次新型試驗(yàn)泵所得的評(píng)級(jí)結(jié)果差值小于等于1級(jí)，符合ASTM D 2809—09標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)結(jié)果重復(fù)性的要求，且與使用推薦用泵所得的評(píng)級(jí)結(jié)果一致，表明本項(xiàng)目研制的試驗(yàn)泵同一批次的均勻性較好。

表2 均勻性驗(yàn)證結(jié)果

3.3 穩(wěn)定性驗(yàn)證

穩(wěn)定性驗(yàn)證主要是考察使用不同批次生產(chǎn)的新型試驗(yàn)泵，由同一個(gè)操作者、在同一實(shí)驗(yàn)室、使用同一臺(tái)儀器、對(duì)同一個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，所得的試驗(yàn)結(jié)果是否一致。

將已生產(chǎn)的兩批次新型試驗(yàn)泵按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0087—1991分別進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定性驗(yàn)證結(jié)果

由表3可以看出，由同一實(shí)驗(yàn)室完成的2組使用不同批次新型試驗(yàn)泵所得的評(píng)級(jí)結(jié)果均為8級(jí)，且與使用推薦用泵所得的評(píng)級(jí)結(jié)果一致，表明新型試驗(yàn)泵不同批次的穩(wěn)定性較好。

3.4 再現(xiàn)性驗(yàn)證

再現(xiàn)性驗(yàn)證主要是考察使用同一批次生產(chǎn)的新型試驗(yàn)泵，由不同的操作者、在不同的實(shí)驗(yàn)室、使用不同的儀器、對(duì)同一個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，所得的試驗(yàn)結(jié)果是否一致。將兩套試驗(yàn)泵和兩個(gè)已知評(píng)級(jí)的冷卻液樣品分別發(fā)放給4家實(shí)驗(yàn)室，按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0087—1991分別進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果見表4。

表4 再現(xiàn)性驗(yàn)證結(jié)果

由表4可以看出，4家實(shí)驗(yàn)室對(duì)已知推薦用泵評(píng)級(jí)為8級(jí)的冷卻液樣品所得的評(píng)級(jí)結(jié)果均為8級(jí)，對(duì)已知推薦用泵評(píng)級(jí)為9級(jí)的冷卻液樣品所得的評(píng)級(jí)結(jié)果為9級(jí)～10級(jí)，差值小于等于1級(jí)，符合ASTM D 2809—09標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)結(jié)果再現(xiàn)性的要求，表明本項(xiàng)目研制的試驗(yàn)泵評(píng)級(jí)結(jié)果的再現(xiàn)性較好。

通過對(duì)新型試驗(yàn)泵的外觀檢測(cè)以及水力性能、氣穴腐蝕臺(tái)架的試驗(yàn)驗(yàn)證，表明新型試驗(yàn)泵與標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0087—1991《發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗(yàn)法》的推薦用泵各項(xiàng)參數(shù)要求一致、氣穴腐蝕特性試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果一致，可替代推薦用泵進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗(yàn)。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型試驗(yàn)泵其造型設(shè)計(jì)在繼承流動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，具有結(jié)構(gòu)緊湊、美觀大方的特點(diǎn)。

（2）水力性能對(duì)比試驗(yàn)不僅驗(yàn)證了新型試驗(yàn)泵與推薦用泵在水力性能上的一致性，而且驗(yàn)證了密封設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)的合理性和有效性。

（3）從一致性、均勻性、穩(wěn)定性和再現(xiàn)性等角度開展的氣穴腐蝕性能對(duì)比試驗(yàn)表明，新型試驗(yàn)泵工藝性能穩(wěn)定、新型試驗(yàn)泵與標(biāo)準(zhǔn)推薦用泵各項(xiàng)參數(shù)要求一致性良好、氣穴腐蝕特性試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果一致，而且同一批次試驗(yàn)泵的均勻性、再現(xiàn)性以及不同批次的穩(wěn)定性均達(dá)到要求。

研究表明，該新型試驗(yàn)泵的造型設(shè)計(jì)滿足使用需求，在冷卻液氣穴腐蝕試驗(yàn)上完全能夠取代推薦用泵，不僅解決了無泵可用的問題，而且有利于提高冷卻液產(chǎn)品質(zhì)量，具有良好的社會(huì)效益。

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[5]機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液：GB 29743—2013[S]．

[6]發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗(yàn)法：SH/T 0087—1991[S]．

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[12]回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)：GB/T 3216—2016[S]．

[13]ASTM D2809-09 Standard Test Method for Cavitation Corrosion and Erosion-Corrosion Characteristics of Aluminum Pumps with Engine Coolants[S].

Applicability Study of Coolants Cavitation Corrosion New Test Pump Based on Reverse Engineering Technology

Lu Linping Dai Xikang Zhang Yang Zhao Jie

A new type of domestic test pump was selected to verify its applicability as a coolant cavitation corrosion test pump.From the hydraulic performance point of view,a new test pump was compared with the recommended pump on the same professional test platform.The results showed that the new test pump and the recommended pump were in good agreement with the hydraulic and cavitation corrosion characteristics.The applicability of the new test pump instead of the recommended pump was verified.

Coolant;Cavitation corrosion;Reverse engineering;Test pump;Performance curve;Applicability

TH 311

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.002

交通運(yùn)輸部標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量質(zhì)量研究項(xiàng)目，交通運(yùn)輸安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究及制定（2015）。

**魯林平，男，1980年生，博士，講師。天津市，300072。

2017-03-24）