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3216讲义


沈阳水泵研究所

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前言 术语、定义 泵的测量和验收准则 试验装置 测试仪表 试验方法 试验中常见问题及解决方法 测量不确定度评定

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标准的修订原则 本标准使用翻译法等同采用ISO 9906:2012《回转动力泵 水力性能验收试验 1级、2级和3
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br />级》,以保证本标准的技术水平与国际标准的技术水平一致。 本标准在起草过程中,主要按GB/T1《标准化工作导则》、GB/T20000《标准化工作指南》、 GB/T20001《标准编写规则》的规定及相关要求编写。 国际标准通常是全球工业界、研究人员、消费者和法规制定部门经验的结晶,包含了各 国的共同需要,因此采用国际标准是消除技术性贸易壁垒的重要基础之一。这一点在WTO协 议中被明确认可。为了发展对外贸易、尽量采用和使用国际标准十分重要。

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本标准与GB/T 3216-2005的主要差异 ——标准的名称发生了变化,由原来的《回转动力泵 水力性能验收试验1级和2级》改为

《回转动力泵水力性能验收试验1级、2级和3级》; ——修改了验收等级; ——修改了流量、扬程、效率的评定容差; ——增加了保证功率的评定; ——增加了默认试验验收等级; ——修改了NPSHR的容差系数 ; ——删除了清洁冷水特性的描述; ——修改了性能试验测量点的分布要求。

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标准的适用范围 本标准规定了回转动力泵(离心泵、混流泵和轴流泵,以下简称“泵”)的水力性能验收 试验方法。 本标准适用于在泵试验基地进行的泵验收试验,例如实验室或泵制造厂家试验台。 本标准适用于输送符合清洁冷水性质液体的任何尺寸的泵。 本标准中规定了三种验收等级: ——1B级、1E级和1U级,具有较严格的容差; ——2B级和2U级,具有较宽泛的容差; ——3B级,具有更宽泛的容差。 本标准既适用于不带任何管路附件的泵本身,也适用于连接全部或部分上游和/或下游管 路附件的泵组合体。 注:从泵分类上,旋涡泵也应划入回转动力泵。

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一般术语 ——保证点 ——出厂性能试验 ——泵的非见证试验 ——泵的见证试验

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与测量量相关的术语 ——转速 speed of rotation 每单位时间内的转数。 ——基准面 reference plane 用作高度测量基准的任一水平面。
注:为了实用,最好不要规定虚设的基准面。

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质量流量 mass flow rate

从泵的出口法兰排出进入管路的流量。 注1:质量流量的单位用千克每秒(kg/s)表示。 注2:泵内部需用、损失或抽取的流量不计入流量: a) b) 计入流量。如: a) b) 的位置。 冷却电机轴承; 冷却齿轮箱(轴承、油冷却器)等。 水力平衡轴向力所需的排量; 冷却泵自身轴承。

注3:连接管件的泄漏、内部泄漏等不计入流量。反之,所有供其它用途的分出流量均

注4:这些流量是否需要计入以及如何计入分别取决于分出流量的位置和流量测量截面

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体积流量 volume rate of flow 泵出口的体积流量,由下式给出 :

Q =

q

ρ

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平均速度 mean velocity 轴向流速的平均值,由下式给出 :
U = Q A

A=

1 πD 2 4

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水头 head 每单位质量流体的能量除以重力加速度g,由下式给出:

H =
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y g

表压 gauge pressure 相对大气压力的压力。 其值: ——如果该压力高于大气压力,其值为正; ——如果该压力低于大气压力,其值为负。 在本标准中,除了大气压力和液体的汽化压力以绝对压力表示外,所有的压力均指从压 力计或类似的压力指示仪表上读出的表压。

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速度水头 velocity head 每单位质量运动液体的动能除以2g,由下式给出:
U 2 2g

0.0827 ×

1 × Q2 4 D

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总水头 total head 任一截面处的总能量,由下式给出:

p x U x2 + H x = zx + ρg 2 g

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入口总水头 inlet total head 泵入口截面处的总能量。由下式给出:

p1 U 12 H 1 = z1 + + ρg 2 g
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出口总水头 outlet total head 泵出口截面处的总能量。由下式给出:

p2 U 22 H 2 = z2 + + ρg 2 g

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扬程 pump total head 出口总水头和入口总水头的代数差。
注1:如果液体的压缩性可忽略不计,则

H = H 2 ? H1
如果泵输送液体的压缩性明显,则密度ρ应用平均值替代:

ρm =
扬程应用下式计算:

ρ1 + ρ 2
2

p2 ? p1 U 2 2 ? U12 + H = z2 ? z1 + ρm g 2g

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入口水头损失 loss of head at inlet 测量点处液体的总水头与泵入口截面处液体的总水头之差。

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出口水头损失 loss of head at outlet 泵出口截面处液体的总水头与测量点处液体的总水头之差。

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管路摩擦损失系数 pipe friction loss coefficient 由管路磨擦所致的水头损失的系数。

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汽蚀余量

NPSH

相对 NPSH 基准面的入口绝对总水头与汽化压力水头的差。 NPSH由下式给出:

NPSH = H1 ? zD +

pamb ? pv ρ1 g

注1:此NPSH与NPSH基准面有关,而入口总水头与基准面有关。 注2:由于缩写NPSH(正体且不加粗)这种使用方式的完善性和长期性,允许其在 数学公式 中作为符号使用。

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NPSH基准面

NPSH datum plane

<多级泵>通过由叶轮叶片进口边最外点所描绘的圆的中心的水平面。 <立轴或斜轴双吸泵>通过较高中心的平面。

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有效汽蚀余量 available NPSH

NPSHA 由装置条件确定的、规定流量下可获得的(可利用的)NPSH。
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必需汽蚀余量 required NPSH

NPSHR 在规定的流量、转速和输送液体的条件下,泵达到规定性能的最小汽蚀余量(出现可见汽蚀、 汽蚀引起的噪声和振动的增大、扬程或效率开始下降、给定降幅的扬程或效率、汽蚀侵蚀限 度),其值由制造厂家给出。
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NPSH3 泵第一级扬程下降3%时的必需汽蚀余量,作为标准基准用于表示性能曲线。

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型式数 type number

按最佳效率点计算的无因次的量。由下式给出:

2πnQ′ 2 ωQ ′ 2 K = = 3 3 ( gH ′) 4 ( y′) 4
1 1

式中:

Q′——每一吸入口的体积流量; H′——第一级扬程; n用s-1表示。
注:应按第一级叶轮的最大直径取型式数。

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泵输入功率 pump power input

P2

驱动机传输给泵的功率。

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泵输出功率 pump power output 泵出口液体的有效功率。由下式给出:

= P h
?

ρ = QgH

ρ Qy

驱动机输入功率 driver power input

Pgr

泵驱动机吸收的功率。

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泵最大输入功率 maximum shaft power

P2,max 由制造厂家设定的、在规定运行条件下能正常驱动泵的最大输入功率。
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泵效率 pump efficiency 泵输出功率除以泵输入功率。由下式给出:

η =
?

P h P 2

总效率 overall efficiency 泵输出功率除以驱动机输入功率。由下式给出:

η gr

P = h P gr

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总则 —— 保证点:规定的和合同中商定的规定点(工况点 ) —— 保证点应通过一个验收等级和其相对应的容差进行评价。 —— 对于泵的性能试验,这个保证点通常应由保证流量QG 和保证扬程HG 加以确定,并 且也可选用保证效率、保证泵输入功率或保证必需汽蚀余量(NPSHR)加以确定。 —— 验收等级容差仅适用于保证点 。 ——其他规定工况点,包括其容差在内,应经制造厂家和买方单独协商。 ——在其他规定工况点可以保证,然而没有相对应容差的情况下,这些工况点的默认验 收等级应为3级。

——试验应在清洁冷水条件下、采用本标准规定的试验方法和试验装置、且在制造厂 家的试验台上进行。 ——泵入口和出口之间的性能应予以保证。 ——泵外端的管路和配件(弯头、变径管、阀)不在保证范围内。 ——实际上,测量值里的容差结合了制造容差和测量容差。 ——买方和制造厂家双方均有权要求见证这些试验。 ——如果试验不在制造厂家的试验台上进行,应允许买方和制造厂家双方有机会对泵 的试验装置和仪器仪表及仪表的校准状态进行确认。

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保证 对于保证点,制造厂家保证在规定转速下(或在某些情况下是频率和电压),测得 的泵曲线在围绕保证点的一个容差范围内相切或通过,即根据适用验收等级确定 。 保证点应由保证流量QG和保证扬程HG加以确定。 此外,在规定的条件和规定转速下,下列参量中的一个或多个也可予以保证: 1、效率或功率 ——泵最低效率ηG,或泵的最大输入功率PG; ——在泵和电机总体机组情况下,最低总效率ηgrG,或最大泵-电机机组输入功率

PgrG。
2、保证流量下的必需汽蚀余量。

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性能试验验收等级和容差 标准中规定了三种泵性能试验验收等级、6种容差系数:1B,1E,1U,2B,2U和3B。1 级要求最严格,其中1U级和2U级是单项容差,1B级,2B级和3B级是双向容差。1E级在 本质上也是双向容差,并且在能效相关领域很重要。
等级 ΔτQ ΔτH 验收等级 表 8—泵试验验收等级和相应的容差 1 2 3 10% 16% 18% 6% 10% 14% 1U 1E 1B 2B 2U 3B +10% ±5% ±8% +16% ±9% +6% ±3% ±5% +10% ±7% +10% +4% +8% +16% +9% ≥0% -3% -5% -7%

保证要求

τQ τH τP τη

强制 可选

注 τx(x=Q,H,P, η)代表指示数量的容差。

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输入功率不大于10kW的泵的容差 对于轴输入功率小于10kW的泵,表8中给出的容差系数过于严格。如制造厂家和买 方无另外商定,应使用下列容差系数: —流量 τQ=±10%; —泵总扬程τH=±8%。 效率的容差系数τη,在保证的情况下可用下式计算:
? ?

τ η = ? ?10(1 ? 2 ) + 7 ? % 10 ? ?
式中P2为工作范围内最大泵输入功率,以kW表示。容差系数τPgr可用下式计算:

P

τ

Pgr

= (7) 2 + τ η2 %

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流量和扬程的评定 保证点的评定应在规定转速下完成。 当试验转速等同于规定转速或电动机-泵合为一体的泵机组(例如潜没式泵、共轴 泵以及与电机连接且同步试验的所有泵)的试验时,不需要进行转速换算。 对于试验转速不同于规定转速的试验,每一试验点应采用相似定律换算成规定转 速进行计算。 流量和扬程的容差适用于以下方式: —泵流量容差适用于保证扬程HG下的保证流量QG; —泵扬程容差适用于保证流量QG下的保证扬程HG。

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效率或功率的评定 如果效率或功率是保证点,应采取等同于Q /H 的方式对照适用的验收等级容差系数进 行评定。 在将各测试点平滑拟合后的最佳拟合试验曲线(Q-H/Q-η/或Q-P曲线)绘制完成后,应 在原点(0流量、0扬程)和保证点(流量/扬程)之间另绘制一条直线,并与拟合试验曲线 相交。平滑拟合试验曲线和这条直线的交点应成为新的流量/扬程点,以用于评定效率或功 率。该点测得的输入功率或计算效率应同保证值和适用的功率或效率容差系数(见图4、图5 和图6)进行比较。 注:在评定保证效率或功率时使用的“从原点作直线”方法,它将在叶轮直径改变的情 况下,最佳地保持泵的特性。此外,这种方法还可给出一个单一的评定参考点。 注:增加功率保证可降低流量和扬程的容差限度。

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适用于泵应用的默认(default)试验验收等级 如果给定一个保证点,但没有规定验收等级,应执行表9给出的试验验收等级,表 中仅是流量和扬程的保证。
表 9—default 验收等级 泵轴功率,P2 应用领域 >10kW,≤100kW >100kW 城市用水领域 2B 1B 城市污水领域 2B 1B 排水泵 3B 2B 电力行业 1B 1B 符合 ISO13709 要 1B 1B 求的泵 油气行业 a 1B 注水 N/A 船用领域 1B 1B 化工行业 2B 2B 冷却塔领域 2B 2B 纸浆和造纸领域 2B 2B 渣浆领域 3B 3B 通用行业 3B 2B 灌溉领域 3B 2B N/A=不适用

a

性能曲线实例

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性能汽蚀曲线.xls

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总则 如果测量截面处的液流具有如下特征,即可获得最佳的测量条件: —轴对称速度分布; —等静压分布 —无装置引起的涡旋。

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如何达到最佳的测量条件 1、避免在测量截面处附近(小于4倍管直径)存在任何弯头或弯头组合、任何横截面扩 大或不连续性,以防止出现非常不良的速度分布或旋涡。 可以采取以下措施来避免明显的旋涡: —— —— —— 精心设计测量截面上游的试验回路; 合理地使用整流装置; 恰当地设置取压孔,使其对测量的影响减至最小。

2、建议最小入口直管段长度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。 3、汽蚀试验时,阀和泵入口之间的直管段长度应保证管路中完全充满液体,并且入口测 量截面处的压力和速度分布均匀。这可以通过在泵入口处使用合适的整流装置和/或一 个长度至少为12D的长直管段来达到。 4、取压孔设置得合适,使其对测量的影响减至最小。 5、变径管的设计可以采取异形管的方式,这种方式可以使管路中不存在涡气的地方。如 下图所示。

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异形变径管

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开式试验回路

? 闭式试验回路示意图

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开式试验装置主要特点:
①安装操作方便 ②适应性强 ③散热条件好,温升易控制 ④造价低 ⑤进行汽蚀试验时,靠调节进口阀门来改变吸入管路阻力的方法,从而对汽蚀 试验数据的重复性和准确性相应要差一些,并做不到非常小的NPSH,一般情况 NPSH小于1.5米的泵就不建议在开式台试验,除非进口阀门安装于水下。

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闭式试验装置主要特点 ①在汽蚀试验时,是靠改变汽蚀罐中的真空度来达到改变泵入口处压力的方法,这种 方法使泵入口的水流动状况好,受试验系统影响小,测试数据重复性好,准确度高。 ②由于试验回路的结构和安装区间比较固定,在试验设备安装上没有开式试验台灵活, 因此泵的安装比较困难。 ③由于液体在金属管路、罐和其它节流件中封闭连续流动,必然产生噪声,有时还会 产生共鸣,因此噪声大。 ④ 闭式回路需要更多的管路、阀门和弯头,还有汽蚀罐、贮水罐等设备,因此造价 高。

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扬程的测量原理

泵的性能试验测量的参数有流量、扬程、功率、转速、效率、汽蚀余量等。 本节主要讲述扬程的测量方法。 扬程应根据其定义来进行计算。以泵输送的液柱高度表示,它代表了泵传递的能量。 扬程定义中规定的各个量通常应在泵的入口截面S1和出口截面S2处确定。为了便于实现和 测量精确,一般是在S1的上游和S2的下游与S1和S2有某一小段距离的S1′截面和S2′截面处 进行测量(见下图)。因此应该考虑其间的管路摩擦损失,亦即S1和S1′之间的HJ1和S2和

S2′之间的HJ2。

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扬程的计算公式

H = H 2 ? H1
2 ? U12 p2 ? p1 U 2 + H = z2 ? z1 + ρg 2g

pM2′ ? pM1′ U 22′ ? U12′ + + H J2 + H J1 H = z2′ ? z1′ + zM2′ ? zM1′ + ρg 2g

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用差压测量扬程的方法 视泵的安装条件和回路的布置方式而定,扬程可以采用多种方法加以确定:可以分别测量

入口和出口的总水头;或是测量出口与入口之间的差压再加上(如果有的话)速度水头差 。差 压测量的扬程计算公式:

?p U 2 ? U 1 + H= ρg 2g
2

2

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入口测量截面

当泵是在如上图所述的标准试验装置上进行试验时,在入口管路长度允 许的情况下,入口测量截面一般应设在与泵入口法兰相距2倍管路直径的上游 处,并且测量截面应该与泵入口法兰同直径同轴。 对于2级和3级试验,如果入口速度水头与扬程之比很小(小于0.5%), 并且不是指NPSH试验这种情况,则可以将取压孔设在入口法兰自身位置上。 如果在小流量工况下,由于预旋的影响对测得的入口总水头需要进行修 正时,按标准中A.4.1.a的规定进行。

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出口测量截面

出口测量截面宜设在与泵出口法兰相距2倍管路直径的下游、且与泵出 口法兰同轴同直径处。对出口速度水头小于扬程的5%的泵,2级和3级试验的 出口测量截面可以设在出口法兰处。 当仅使用一个或两个取压孔时,取压孔应垂直于蜗壳的平面或泵壳内的 任何弯头的平面 如果将取压孔设在下游距离更远些的地方,应考虑出口法兰与测量截面 之间的水头损失。

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取压孔 标准中规定了取压孔的设计安排,下面用图片做示例:

2、3级容差的取压方式

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1级验收容差的取压方式 环型取压孔方案1:

环型取压孔方案2:

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高度差的修正 考虑测量截面中间与压力测量仪表的基准面之间的高度差(zM-z)的压 力读数 pM 修正值应由下式确定:

p =+ pM ρ f g ( zM ? z )
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实例 一个流程泵的扬程测量、计算如下图所示。 如果泵进口不供压,进口压力小于大气压力时,扬程计算公式如公式一所示;

如果进口供压,进口压力大于大气压力时,扬程计算公式如公式二所示。

公式一:H=(Z2'+ZM2)-Z1'+

P2 ? P1 U 2 ? U 21 + ρg 2g
P2 ? P1 U 2 ? U 21 + ρg 2g
2

2

公式二:H=(Z2'+ZM2)-(Z1'+ZM1)+

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模拟的试验装置 通常,入口液流条件的影响随泵的型式数K增加而增大。当K>1.2时, 建议采用模拟现场条件试验。 在模拟回路的入口处,液流应尽可能没有装置引起的大的旋涡,并具 有对称的速度分布。应当采取一切必要的措施来保证获得这些条件。一定 要保证试验条件下不会受某些整流装置有关的水头损失的影响。

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与管路附件一起试验的泵 如果是对泵及上游和下游连接管路附件的组合体进行试验,则进出口 压力测量点可以是连接管路附件的入口和出口法兰,而不是泵的入口和出 口法兰。这样的处理就使连接管路附件引起的所有水头损失都归在泵上, 即泵的扬程被扣去了一部分,用来抵消损失。 然而,如果保证仅是指泵的性能,则入口总水头测量截面与入口法兰 之间的摩擦水头损失和可能的局部水头损失HJI,以及出口法兰与出口总水 头测量截面之间的摩擦水头损失和可能的局部水头损失HJ2,应计入扬程的 计算中。

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A.4.7 潜没条件下的泵装置
(A.4)

(A.5)

a) 图解 1 压力读数 pM1 2 压力读数 pM2 3 基准面 4 NPSH 基准面

b)

图 A.6—各种类型潜没式泵扬程 H 的确定

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自吸泵
原则上自吸泵的自吸能力应始终是在合同规定的静吸水头下并连接上与最终装置一样的入 口管路来进行验证。如果不能按所述的方式进行试验,则应在合同中规定要采用的试验装置。

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入口和出口的摩擦损失 标准中的保证要求适用于泵的入口和出口法兰,而压力测量点通常与这些法兰有一 段距离。因此可能有必要将测量点与泵法兰之间由于摩擦所致的水头损失(HJ1和HJ2) 加到测得的扬程上。 但是仅当: —HJ1+HJ2≥0.005H 对2级和3级试验,或 —HJI+HJ2≥0.002H 对1级试验才需进行这一修正。

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NPSH试验装置 1、试验回路应当保证当泵内出现汽蚀时,在别处不会有严重到影响装 置的稳定性或满意运转或泵性能测量的汽蚀。 2、应当保证汽蚀以及因泵内汽蚀而致的气泡和放出气体不会影响测量 仪表装置特别是流量测量装置的使用。 3、可能需要在入口和出口处设置特殊的调节阀,以避免在这些阀中出 现可能会影响结果的汽蚀。

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NPSH试验装置 4、当节流阀处于部分关闭状态时,必须保证管路中是充满液体,并且 入口测量截面处的压力和速度分布是均匀的。这可以通过在泵入口处使用合 适的整流装置和/或一个长度至少为12D的长直管段来达到。 5、回路中的水不应是过饱和的。 6、进入泵中的试验液体的汽化压力如果是根据标准数据和进入泵液体 温度的测量值推导得出时,应论证温度测量必需的精度。并且汽化压力的值 应符合本标准中不确定度的要求。

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闭式试验回路

图解 1 冷却或加热盘管 2 稳定栅 3 喷淋除气液体喷嘴 4 流量计 5 流量调节阀 6 隔离阀 7 气体含量测量点 8 试验的泵
a

至抽真空或压力调节装置 图 B.1—汽蚀试验—采用闭合回路调节压力和/或温度改变 NPSH

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开式试验回路 开式试验回路中常用的试验方法是通过调节泵吸水池的液位改变NPSH或用入口压力调节阀改 变NPSH。

图解 1 试验的泵 2 入口压力调节阀
a

至流量调节阀和流量计 汽蚀试验—用入口压力调节阀改变 NPSH

?总则

测量装置及测量仪表宜符合标准中规定的不确定度要求,并在检定有效期内。 封闭管路的流量测量时,要求管路内要充满介质,不能夹杂气体,且介质的 流动成轴对称分布,流动应稳定。

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流量的测量 如果满足下列两方面的要求,则任何流量测量系统均可用于测量泵的流量: a) 流经泵的全部流量也流经仪器装置; b) 仪器经过校准/检定(在检定周期内),并满足容许的波动幅度和不确定度的 要求。 流量计上游的管路应是与流量计等径的直管段,长度应至少为管子直径的10倍。 流量计下游的管路也具有相同的要求,不同的是,管路的长度减低到管子直径的5倍。 测得的长度是指法兰至法兰之间的距离。 GB/T 3214——《水泵流量测量方法》中详 细描述了水泵试验流量测量常用的各类流量计的工作原理、安装使用方法、测量不确 定度的评价方法等。

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常用的流量测量方法

——称重法: GB/T17612——封闭管道中液体流量的测量 称重法。称重法得出的是一段时间内 向称重容器充注流量的平均值,此法可以被认为是最精确的流量测量方法。这个方法主要用 于其它流量计的校准。 ——容积法: ISO 8316容积法具有与称重法相似的精度,并且也类似地只是给出在注满标准容 器这一段时间内的流量平均值。 ——差压装置:制造、安装和使用要符合GB/T2624 的要求,检定规程代码为JJG640。 工作原理:充满管道的流体经过安装在管道内的节流装置,流束将在节流件处形成

局部收缩,从而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后产生了一个静压差。流体 的流速愈大,静压差愈大,可以通过测量差压来衡量流体流过节流装置时的流量大小。

——

电磁法:电磁流量计是非节流型、流速式流量计,由传感器和转换器组成。 具有传感器前后直管段较短、可节省试验空间,耐腐蚀性强和磨损小阻力小等特 点,应用范围广范。但仅仅限于用来测量导电的且非磁性液体。在流速大于0.5m/s时, 这种类型的流量计在最佳条件下的精度范围为±0.25%~±1.0%。 工作原理是基于法拉第电磁感应定律,导电介质在电磁场中作切割磁力线运动时, 导体产生感应电动势与通过的流量成正比。使用的基本要求: (1)管路内介质的流动应稳定。 (2) 在上游直管的入口处,液流应呈轴对称,并且没有明显的脉动和旋涡。 (3) 管道在任何时候都应充满介质。 (4) 管道内的介质为不夹杂空气和磁性颗粒,无其它可见颗粒的相当清洁的清水。 (5) 被测介质的流速应在0.3m/s~12m/s的范围内。

——超声波法:适用于测量泵使用现场的流量。检定规程代码为JJG198 ——其它的流量测量方法:薄壁堰、速度面积法、示踪物法、涡轮流量计等。 常见的流量测量管段: 流量测量管路前后直管段要符合标准的要求,测量时管内充满介质。为了满足要求, 在管路的结构设计上应予以保证,下面是常用的几种型式:一种在流量计的出口直管段外 侧安装阀门,用阀门来保证管内充满水;一种是在流量计的出口直管段外侧入水口处用弯 头提升水位,使管路内充满水; 一种是用流量测量管线并联,用母管来保证管路内充满 水。

流量测量管线并联,用母管来保证管路内充满水:

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扬程测量设备 ——弹簧压力计 ——压力传感器 、压力变送器 扬程测量仪表的选取和使用应注意的事项 (1)检定/校准结果符合测量准确度的要求,且应在检定周期内使用; (2)仪表的压力输入端安装放气阀,放气阀排出导压管内的气体,可以保证其读数稳定、准确; (3)仪表的压力输入端安装封表阀,在泵启动和停车前将表封住,防止仪表受压力的冲击而损坏; (4)压力仪表的量程选取应是测量压力在满量程的2/3内; (5)测正压的仪表在抽真空时将封表阀关死,待正压时打开; (6)开始测量前对仪表进行归零检查; (7)如果用计算机采集压力参数,压力变送器要检定输出电信号与压力值的准确性。

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转速的测量 常用的转速测量仪表有:转速表、光学或磁性计数器、磁电式转速表、转矩转速传感器等。

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泵输入功率的测量 常用的泵输入功率测量方法有转矩法和电测功法。 ——转矩法 用转矩转速传感器测量泵的输入功率和转速。测量准确度比较高,适用于新产品研发、 型式试验和其它重要产品的鉴定试验。 ——电功率的测量 采用两个单相瓦特计或一个三相瓦特计测量电机的输入功率。 电测功的电机输入功率可以是由校准后的电机特性曲线上得到,也可以用电动机的保 证效率估算电机的输出功率。这种方法准确度差一些的是用电机输入功率直接乘电机效率, 准确度高一些的是用经验公式计算电机输出功率。 还有一种方法是用损耗分析法(GB/T1032中规定的方法)测量和计算出电机输出功率。 电测功率 的接线方式见下图。

三相三线

三相四线

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损耗分析法测量和计算电机输出功率方法介绍 损耗分析法是用直接测定法测定电机的工作特性从而得到电机的输出功率 ,具体为采用将

电机的所有损耗求出,用输入功率减去损耗得到输出功率。 电机输出功率的计算公式: P2=P1- (PFe +P PFe——铁损耗 Pjw——机械损耗 Pcu1——电机定子绕组铜损耗, PCU1=3I2R Pcu2——转子定子绕组铜损耗, PCU2=S(P1- PCU1- PFe ) Ps——杂散损耗
jw+Pcu1+Pcu2+P s

)

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总则 本标准适用于在实验室或泵制造厂家的试验台进行的试验。如果本标准的所有要求 均能得到满足,也可以在泵的使用现场进行性能试验,但需要有专门的协议。并且应 当意识到,大多数使用现场的条件通常不能完全符合本标准。在此情况下,只要有关 各方已经商定如何来考虑由于与本标准规定的要求相违背而不可避免地引起的测量偏 差,则现场的性能试验仍可以接受。

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试验日期 试验大纲 试验设备 试验报告

试验要求 1、为了试验结果的重复性,试验的持续时间应足够长 。
2、所有的测量均应在稳定运转条件下进行。并且应在汽蚀不影响泵性能的条件 下进行。 3、无论验收等级如何,所有的性能试验应至少取5个试验点,其中一个点在保 证点流量的0.95倍与保证点流量之间,一个点在保证点流量与保证点流量的1.05倍 之间。其余三个点应在泵性能曲线的允许运行范围内分布,且应有最高扬程附近和 最大允许流量附近的点。 注:出厂试验的试验工况点可以取3~5点;型式试验的试验工况点建议取10点以上。

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试验时的转速 可以在规定转速的50%~120%范围内的试验转速下进行流量、扬程和 输入功率的确定试验。这种情况下,转速的变化在规定转速的20%之内, 效率的变化可以忽略不计。 对于NPSH试验,如果流量是在对应试验转速下最高效率点流量的 50%~120%范围内,试验转速宜在规定转速的80%~120%范围内。

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试验前的准备

——根据泵的结构和性能参数确定试验台的形式和所需管路、阀门 ——选定测量仪表 ——选用电机和联轴器 ——安装 ——启车前检查
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性能测试 试验装置和测量系统在使用前应进行波动性检查,波动性的允许值见下表。 如果泵的设计或运转使得测量数值出现大幅度的波动,则可以在测量仪表中或 其连接管线中设置一种能使波动幅度降低到下表给定值范围内的稳定器(阻尼器) 来进行测量。

容许波动幅度,以测量量平均值的百分数表示
容许波动幅度 2级 % ±3 ±4 ±3 ±3 ±3 ±1 ±3 0.3℃

测量量 流量 压差 出口压力 入口压力 输入功率 转速 转矩 温度

1级 % ±2 ±3 ±2 ±2 ±2 ±0.5 ±2 0.3℃

3级 % ±6 ±10 ±6 ±6 ±6 ±2 ±6 0.3℃

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开始试验 ——确定试验工况点 所有的性能试验应至少取5个试验点,其中一个点在保证点流量的0.95倍与保证点 流量之间,一个点在保证点流量与保证点流量的1.05倍之间。其余三个点应在泵性能 曲线的允许运行范围内分布,且应有最高扬程点附近和最大允许流量附近的点。 建议试验工况取10个点以上,除上述的5个工况外,其余工况可均匀排布。 ——运转稳定性检查 ——离心泵从小流量点开始试验,混流泵、轴流泵、旋涡泵从阀门全开关态开始试验 ——调节各工况点,记录各参数 ——试验的参数应记录在规范的原始记录表格中。试验报告格式.docx

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试验结果分析 试验结果换算到保证条件下 通常,泵的试验结果都是在与保证所基于的条件多少有差异的条件下测得的。 为了确定在保证的条件下,保证是否会得到满足,就必须将在与保证条件不同的条件下 测得的量换算到保证条件下的测得量。

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试验结果换算为以规定转速和密度为基准的数据 在与规定转速nsp相偏离的转速n下得到的所有试验数据均应换算为以规定转速nsp为基准 的数据。 如果试验转速n与规定转速nsp的差异不超过50%~120%范围内 ,则有关流量Q、扬程H和 输入功率P的测量数据可以按下列公式进行换算:

试验结果换算公式

QT = Q

nsp n

HT = H (

nsp n

)2

ρsp = P P( ) ? T n ρ
nsp
3

ηT = η

NPSH试验结果换算公式:

NPSHR T = NPSHR(

nsp n

)x

如果满足在规定转速的 80%~120% 范围内和流量的规定条件并且叶轮入口处液体的物 理状态又是无含影响泵运行的气体析出,则 x = 2 可以作为NPSH的第一近似值。
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性能曲线 测试点的最佳拟合曲线代表泵的性能。流量扬程曲线、流量功率曲线和流量效率曲线需 要进行单独绘制。这些曲线用来判定泵的性能以及评定试验结果。

性能汽蚀曲线.xls

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规定特性的获得 切割叶轮直径 当泵的试验结果测得值比规定的特性高时,通常采取切割叶轮直径的作法。 如果规定值与测得值相差很小,可应用比例定律估算新的特性而免去进行一系列新的 试验。

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切割叶轮直径后重新试验的要求 如果叶轮直径切割量不超过试验直径的5%,并且型式数K≤1.5时,不需要重新试 验。否则,要重新试验。

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NPSH试验的目的: NPSH试验是为了验证商定保证下泵的必需汽蚀余量。 本试验只论述与泵的水力性能(扬程、流量、功率的变化)有关的汽蚀测量,而不

研究由汽蚀引起的其他 效应(噪声、振动、腐蚀等)。 可以根据给定流量下扬程或功率的下降量来测定汽蚀效应的发生。在多级泵的情况 下,扬程的下降应指第一级扬程(如果可以测得)。对于扬程非常低的泵,可以商定 一个大于3%的扬程下降量。 大多数情况下,应使用清洁冷水进行汽蚀试验。用水作出的汽蚀试验不能准确地 预测输送非清洁冷水的液体泵的汽蚀性能。 空气成分对测量NPSHR值有重要影响,应予以考虑。

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NPSH试验类型

—多个流量下NPSH3的确定 —单一流量下NPSH3的确定 —在规定的NPSHA下性能受到限定汽蚀影响的证实 —在规定的NPSHA下保证的特征的证实
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NPSHR的容差系数

测得的NPSHR值不应超出保证的NPSHR值。
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确定NPSH的常用方法 从公式

NPSH = H1 ? zD +

pamb ? pv ρ1 g

中可以看出,在改变NPSH的量有大气压力、汽化压力、进口扬程、表位差、密度。

装置类型 独立变化的量 恒定的量 随调节而变的 量

表 10—确定 NPSH3 的方法 开式池 开式池 闭式回路 入口节流阀 水位 罐中压力 流量 NPSHA、扬程、 出口节流阀 (为使流量 恒定) 流量 NPSHA、扬 程、出口节 流阀 流量 扬程、NPSHA、 出口节流阀(当 扬程开始下降 时为使流量恒 定)

闭式回路 温度(汽化压 力) 流量 NPSHA、扬程、 出口节流阀(当 扬程开始下降 时为使流量恒 定)

扬程-流量 和 NPSH 特性曲 线 NPSH流量特性曲线

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NPSH试验过程

——将工况点调节到需做汽蚀试验的性能工况点。

——在没有采取改变吸入压力P1值措施前,先记录当时的流量值 Q、转速n、吸入压力P1 和吐出压力P2。并将这组数据作为该需做汽蚀试验工况点的扬程的起始值H。 ——逐步改变吸入条件(抽真空或关进口阀门),来达到改变吸入压力P1值的目的,并一 一记录p1和p2值,直至出口压力P2明显下降为止。 ——在试验时,要观察进口压力、出口压力和流量的变化情况;如果出口压力下降的快了 或临近3%H,则放慢抽真空或关进口阀门速度;如果流量下降了,则要停止改变p1,将 流量调节到试验开始的数值,待试验数据稳定后再采集和记录试验数据。

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NPSH试验过程

——根据NPSH计算公式计算出在各个P1值时对应的(NPSH)值和H值。 ——绘制NPSH3的判别曲线,并找出该工况点的NPSH3值。 ——将上述得到的实测转速下的NPSH3值换算到规定转速nsp下的NPSH3值。 ——如果需做汽蚀试验的工况点在3个点以上时,应绘制(拟合)汽蚀余量与流量 (NPSH—Q)曲线。
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性能汽蚀曲线.xls 汽蚀试验记录.xls

泵的试验报告应包含确定被试验泵和其它任何试验相关设备的详细信息。报 告中应包含所取全部试验点的原始试验数据。应绘制扬程流量曲线、功率流量曲 线和效率流量曲线。曲线中的数据均为换算到规定转速下的。这些曲线用来判定 泵的性能以及评定试验结果。

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试验报告中宜包括以下信息 : —试验日期; —试验设备; —试验设施和地点; —保证数据(流量、扬程、功率或效率); —给出的保证值; —环境温度和水温; —大气压力; —驱动机数据; —如果是见证试验,所有见证者的姓名和签名; —如进行试验点修正,应概括修正方法; —任何试验相关的有价值的评论。 —对于NPSH报告,NPSH3试验的结果应在性能曲线上给予表示。

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试验报告格式.docx 汽蚀试验记录.xls
性能汽蚀曲线.xls

计算机技术应用于水泵检测中开始于80年代初。当时,沈阳水泵研究所研发成功了闭式回 路、开式回路水泵计算机辅助测试系统。随着科学技术的发展,现在水泵行业的泵试验台已经 广泛采用了许多先进的计算机技术来实现泵检测的数据采集、工况调节、数据处理、报告生成、 数据检索等。 软件编制语言有:VB、C语言、lebver等; 数据采集与传输:采用模拟量、数字量(CAN总线方式、plc方式、无线传送)等方式。 其中无线采集与控制方式有比较大的优点:⑴传感器的输出就地转换成数字量,避免损耗 和干扰 ⑵原试验台的设备可以利用,节省资金⑶信号传输无需线路,不用土建施工⑷信号的传 送距离可以达到很远,可以实现远程监控。有条件的企业可以进行泵现场运行的监控,便于维 护,增加企业的信誉度。
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?实现泵计算机辅助测试的基本条件:

——试验台设计符合标准的要求; ——试验回路经过调试运行,证明已达到试验标准的要求且运行状态稳定; ——各参量的测量仪表工作稳定可靠,且有输出信号; ——如果采用计算机工况调节,阀门必须是电动或气动类型,可以与计算机通讯。 ——测试系统的构成:测量仪表、数据采集系统、数据处理系统、阀门控制系

统。

?计算机技术在应用中要注意以下几个方面:

1、数据采集方式、采集数据要符合泵运转的特性,使数据的重复性好。 2、各测量参数数据要同时同步采集。 3、曲线拟合精度要高,达到最佳 4、各参量的测量一次仪表(传感器、变送器)有良好的接地。 5、保证物理量与数字量的转换精度及准确的对应关系。 6、各测量仪表的信号输出类型:4~20mA、232接口、ModBus、频率等。

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1、启车后泵不出水

⑴引水不足:引水时水应该没过叶轮中心线以上。 ⑵管路或泵本身有漏气的地方:检查密封、各位置丝堵、管路。 ⑶汽蚀余量不满足:检查安装高度和管路系统中是否存气。 ⑷进口阻力过大:检查进口阀是否全开、进口管路或泵流道内是否堵塞。
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2、启车后泵流量过小

⑴管路或泵本身有漏气的地方:检查密封、各位置丝堵、管路。 ⑵泵发生了汽蚀:检查安装高度和进口管路系统中阻力是否过大。 ⑶叶轮装反了。 ⑷泵转向不对。

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3、试验结果不准确
气等 ⑵ 测量仪表不准确、量程选择不满足要求、测量仪表损坏、仪表使用错误

(1)试验装置没有按标准中的要求设计安装,造成系统波动大、窝气、漏

(3)自身问题:水力模型、填料、机械密封、平衡机构、加工质量等 ⑷ 泵安装问题:不对中、没固定好(与管路、与导铁、与电机等)

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4、如何准确完成汽蚀试验

(1)泵进口试验管路不应有漏气、窝气的地方; (2)在改变进口压力时,应控制改变速度和改变的幅度; (3)当发生喘气现象时,应放慢调节速度;且P1下降时,如果P2下降很多,但 等待一段时间后还能回升,则要耐心等待,直到P2稳定时再记录这个工况点 的数值; (4)进口调节阀安装于水下,避免阀门汽蚀引起泵的汽蚀; (5)实现汽蚀余量小于1米的试验,常见的是在闭式试验台上完成。采用抽真 空的方法改变泵进口压力,压力变化平稳、速度慢,可以得到较准确的数据。

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5、重复性试验结果两遍对不上

(1)试验设备不一致 (2)安装存在问题 (3)流量计等测量仪表发生问题,不准确了 (4)导压管中不是单一介质:负压管有水、正压管中有气。 (5) 泵自身的问题:泵体内有回流、间隙大、水力模型不稳定、加工精度差等。

1 、扭矩测功仪安装时,必须保证被试泵、扭矩测功仪、原动机三轴同心,不同轴度不能

超过的数值是0.02mm。 2、 吐水管的作用是将通过流量测量段的液体较顺畅流入水池中。故吐水管 应等于或大 于流量测量段的管径。 3、 当流量较大时,吐出管路系统在反作用力的作用下,可能引起整个吐出管路系统的跳 动,必须选择较大的管道支架,将整个吐出管路系统牢牢固定。另外还要注意吐水管不宜 插人水中。 4、 吸入管路的安装要遵守不漏气 、不窝气原则。

5、立式带轴头背帽的电机不可以安装在泵上点转向。

6、做汽蚀试验过程中,泵吸入系统有漏气处,对汽蚀余量的测量是有影响的。 7、泵试验安装时,临时用压板固定,压板应支撑端偏高点。 8、轴流泵的试验启动最好是从部分流量点工况开始。 9、多级泵平衡水管不可以堵死。 泵试验实例.doc

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总则

即使使用的测量方法和仪表以及分析方法完全遵循良好的实践和本标准要求,每 一测量也仍不可避免地存在不确定度。 国家标准JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》中给出了评定与表示测量 不确定度的原则、方法和简要步骤,具有普遍适用性。泵的不确定度评定要结合自身 的测量特点。 在计算测量不确定度时,首先要保证测量的波动性降低到本标准中表3(容许波动 幅度)给定值范围内。

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表3

容许波动幅度,以测量量平均值的百分数表示
容许波动幅度

测量量 流量 压差 出口压力 入口压力 输入功率 转速 转矩 温度

1级 % ±2 ±3 ±2 ±2 ±2 ±0.5 ±2 0.3℃

2级 % ±3 ±4 ±3 ±3 ±3 ±1 ±3 0.3℃

3级 % ±6 ±10 ±6 ±6 ±6 ±2 ±6 0.3℃

总的测量不确定度评定包括: ——随机部分(随机不确定度)的评定:可通过n组读数观测值的平均值和标准偏差计算得出。 ——系统不确定度的评定(仪器的不确定度):其评定实际上是以测量仪表的校准为基础,同 时也要考虑仪表量程选择是否得当(分辨力)、方法误差、仪器的漂移等因素。本标准中表 5给出了系统 测量不确定度的容许值,是针对各测量量的限值。 ——各参量总体的不确定度评定:总体的不确定度值由随机不确定度和系统不确定度的方合根 计算得出。

= e

2 2 eR + eS

——效率总不确定度的评定:由流量、扬程、功率的方合根计算得出。

eη =

2 2 2 eQ + eH + eP

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随机不确定度的评定 随机不确定度,它或是由于测量系统的特征、或是由于被测量的量的变化、或是由于

两者共同所致,直接以测量结果的分散形式出现。与系统不确定度不同,随机不确定度可 以通过在同样条件下增加同一量的测量次数来加以降低。
x= 1 ∑ xi n

s=

2 1 ( xi ? x ) ∑ n ?1

eR =

100ts % x n

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系统不确定度的评定 当通过归零调整、校准、仔细的测量尺寸和正确的安装等将已知的所有误差统统消 除之后,仍然会留有不确定度,它永远不会消失。如果仍使用同一仪表和同样测量方 法,也不能通过重复测量使其降低。 仪器测量不确定度要考虑的因素: (1)校准证书/经检定的准确度等级;(2)仪表安装不得当;(3)仪表量程选择不 得当(分辨力);(4)方法误差;(5)仪器的漂移。系统误差对不确定度的贡献为 标准不确定度分量的B类评定。 如果一个测量参数由多个测量量得出,则这个参数的系统不确定度由每个测量量 的系统不确定度的方和根计算。

测量量 流量 压力差 出口压力 入口压力 NPSH试验的吸入扬程 驱动机输入功率 转速 转矩
a. 解释见附录J。

1级 % ±1.5 ±1.0 ±1.0 ±1.0 ±0.5a ±1.0 ±0.35 ±0.9

最大容许系统不确定度 (保证点)

2级和3级 % ±2.5 ±2.5 ±2.5 ±2.5 ±1.0 ±2.0 ±1.4 ±2.0

下表给出了各参量总体的不确定度e的容许值。 本标准规定的总体测量不确定度等同于扩展测量不确定度。 总测量不确定度的容许值

量 流量 转速 转矩 泵总扬程 驱动机输入功率 泵输入功率 (由转矩和转速计算得出) 泵输入功率 (由驱动机输入功率和电 机效率计算得出)

符号 eQ en eT eH ePgr eP eP

1级 % ±2.0 ±0.5 ±1.4 ±1.5 ±1.5 ±1.5 ±2.0

2级、3级 % ±3.5 ±2.0 ±3.0 ±3.5 ±3.5 ±3.5 ±4.0


总效率 (由Q,H和Pgr计算得出) 泵效率 (由Q,H,M和n计算得 出) 泵效率 (由Q,H,Pgr和ηmot计 算得出)

符号 eηgr eη eη

1级 % ±2.9 ±2.9 ±3.2

2级和3级 % ±6.1 ±6.1 ±6.4

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如何保证测量的准确性,减小测量的不确定度: —— 减少试验系统的波动性,试验管路设计、安装符合标准要求; —— 减少测量仪表的系统误差,所用仪表的准确度、可靠性、稳定性、抗干扰等能力 好; ——尽量选用较少的仪表完成测量; ——合理选用仪表的量程,提高分辨力,定期校准; —— 人员操作规范; ——采用计算机技术,可以达到各参量同时读取,并且增加各工况参数的测量点数量, 减少随机误差。

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泵的不确定度评定方法.docx

谢谢!

陶洁宇的联系方式: 工作单位:沈阳水泵研究所 电话:13897906753 邮箱:tao6772@sing.com


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