本文是水泵檢驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，詳細(xì)敘述了檢驗(yàn)裝置各組成部分：動(dòng)力源，傳動(dòng)系統(tǒng)及測控系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)要素，對于水泵行業(yè)的同行，特別是對于從事水泵試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)的同志，會(huì)有一定的幫助。 
關(guān)鍵詞 消防泵 齒輪箱 檢驗(yàn)裝置 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

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)獲得越來越廣泛的應(yīng)用，適用于各種專門場合的船用泵、消防泵、排污泵、潛水泵等也越來越多。某些泵，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，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：動(dòng)力源；傳動(dòng)系統(tǒng)；測量與控制系統(tǒng)；輔助系統(tǒng)；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)際情況來確定。
以圖1所示系統(tǒng)為例，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，通過計(jì)算，作出P動(dòng)與P泵的關(guān)系曲線(圖2)，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)，就可從圖2確定所需的動(dòng)力源輸出功率。

b．動(dòng)力源型式

目前常見的有電動(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)一般需要通過特定轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)下的測量值，換算到泵的規(guī)定轉(zhuǎn)速下的對應(yīng)值，導(dǎo)致測量誤差放大。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)卻有噪聲相對較低，無其他污染的優(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，且成本相對較低。使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在著噪聲大，有煙氣排放問題。
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)裝置的問題。傳動(dòng)系統(tǒng)主要由離合器和齒輪箱組成。對齒輪箱的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)考慮兩個(gè)問題：

a．速比確定

對工業(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。對消防泵而言，其轉(zhuǎn)速千差萬別，一般為2000～4000r／min。 齒輪箱速比的確定，既要考慮滿足不同轉(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測量與控制系統(tǒng)

以圖1所示系統(tǒng)為例，欲實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試，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)對柴油機(jī)啟動(dòng)、油泵啟動(dòng)、緊急停車、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)具體問題說明如下：

a．測量內(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．測量精度 

與測量水泵性能參數(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(見表1)，其它各種測量儀表的精度根據(jù)需要確定。表2所示的一次、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、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)

為了提高測量的自動(dòng)化程度，需配備電動(dòng)閥來調(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)水泵沒有止回閥的情況下，壓力測量儀表之前應(yīng)設(shè)置閥門，以免一旦出現(xiàn)真空造成儀表損壞；強(qiáng)、弱電應(yīng)分開，以免互相干擾，影響測量精度；測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)壓裝置以提高測壓精度；二次儀表的輸出信號宜采用相同型式、同一標(biāo)準(zhǔn)輸出信號范圍，便于與采集器、計(jì)算機(jī)接口相連：自動(dòng)化測量中，遙測數(shù)據(jù)是通過二次儀表變送后進(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與數(shù)據(jù)采集器無法直接連接，此時(shí)可采用隔離模塊方法，使多路信號經(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法改善，以致數(shù)據(jù)顯示值波動(dòng)較大。為了對遙測數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)采集器連通過程中的波紋進(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，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)等來調(diào)節(jié)泵的輸入軸與扭矩儀輸出軸的對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，對升降平臺(tái)的高度調(diào)節(jié)要求完全自動(dòng)化似乎沒有必要，然而完全靠加墊等來調(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

被測泵為工業(yè)泵時(shí)，動(dòng)力源宜采用電動(dòng)機(jī)；被測泵為消防泵時(shí)，動(dòng)力源宜采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；測量控制中的問題，如文中“測量與控制系統(tǒng)”一節(jié)所述，在裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視；簡便的半自動(dòng)的水泵升降平臺(tái)是一個(gè)合適的選擇。