陳秀梅，周界華，常東海

(吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林132021)

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屏蔽電泵四象限運(yùn)行時(shí)軸轉(zhuǎn)矩的求取方法

陳秀梅，周界華，常東海

(吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林132021)

摘要屏蔽電泵正常運(yùn)行時(shí)，在水泵倒流、反轉(zhuǎn)等狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)工況位于Q-H坐標(biāo)的其余三個(gè)象限上時(shí)，需要測(cè)量反映電泵全部工況的特性曲線；也包括屏蔽電泵軸功率的特性曲線，在屏蔽電泵四象限運(yùn)行時(shí)，通過測(cè)量電泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)速，論證了求取軸轉(zhuǎn)矩的方法。

關(guān)鍵詞軸功率；四象限運(yùn)行；屏蔽電泵；輔助泵；全特性曲線

0引言

水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,泵的流量Q、揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n及功率N這四個(gè)參數(shù)均為正值，在特殊運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，如機(jī)組斷電、倒流、反轉(zhuǎn)時(shí)，Q、n、N均為負(fù)值；而在兩臺(tái)屏蔽電泵串聯(lián)運(yùn)行的工況下，第二臺(tái)屏蔽泵失電時(shí)，Q為正值，而H為負(fù)值。因此,在上述特殊的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，屏蔽泵可以在一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)具有負(fù)值的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，即運(yùn)轉(zhuǎn)工況分別在Q-H坐標(biāo)的其余三個(gè)象限上。這些參數(shù)不同的組合特性能夠得到屏蔽電泵的全部特性曲線，又稱為四象限特性曲線。獲得上述特性曲線的試驗(yàn)，稱為電泵的全特性曲線試驗(yàn)。而在進(jìn)行全特性性能曲線試驗(yàn)時(shí)，需要在Q-H坐標(biāo)的第四個(gè)象限上運(yùn)行的工況(例如倒流)下測(cè)量由于水的沖擊作用，使電泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的軸功率N。由于屏蔽電泵的密閉特性,而N又是由水沖擊產(chǎn)生的，因此在測(cè)量N時(shí)無(wú)法采用GB 1032—2013標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)量方法，為此，本文就如何測(cè)量屏蔽電泵四象限特性參數(shù)N作如下介紹。

1屏蔽電泵四象限運(yùn)行試驗(yàn)裝置介紹

1.1試驗(yàn)回路

試驗(yàn)回路的原理圖見圖1，整個(gè)試驗(yàn)回路由兩臺(tái)輔助泵和一臺(tái)屏蔽電泵(以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)泵)及相關(guān)的管段、閥門及儀表組成。其中輔助泵1的流量可稍大于試驗(yàn)泵的流量，但揚(yáng)程必須達(dá)到被試泵揚(yáng)程的2～3倍，最好是3～4倍；輔助泵2的揚(yáng)程可稍大于被試泵的揚(yáng)程，但流量必需是被試泵揚(yáng)程的2～3倍，最好是3～4倍。只有這樣的配置，才能收到良好的試驗(yàn)效果。

1.2試驗(yàn)方法

通過起動(dòng)不同的輔助泵和啟閉相應(yīng)的閥門來改變液流在管道中的流向，可制造出泵的正常運(yùn)行工況和非正常運(yùn)行工況，按國(guó)標(biāo)GB 3216的規(guī)定對(duì)以下試驗(yàn)泵的各種工況進(jìn)行性能試驗(yàn),其具體做法如下。

1.2.1液體從泵出口向進(jìn)口倒流

按圖1所示，關(guān)閉1、4閥門，打開2、3閥門，啟動(dòng)輔助泵1，試驗(yàn)內(nèi)容：(1)試驗(yàn)泵不通電，自由轉(zhuǎn)子狀態(tài)；(2)試驗(yàn)泵不通電，固定轉(zhuǎn)子狀態(tài)；(3)試驗(yàn)泵正常通電；(4)試驗(yàn)泵電源任意兩項(xiàng)反接工況時(shí)的性能測(cè)試，測(cè)定不同流量點(diǎn)的揚(yáng)程和轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速,并繪制流量-揚(yáng)程(Q-H)和流量轉(zhuǎn)矩(Q-M)曲線。

1.2.2液體從泵進(jìn)口向出口順流

按圖1所示，關(guān)閉2、3閥門，打開1、4閥門，啟動(dòng)輔助泵2，試驗(yàn)內(nèi)容：(1)“試驗(yàn)泵正常通電”；(2)試驗(yàn)泵不通電,固定轉(zhuǎn)子狀態(tài)”；(3)試驗(yàn)泵不通電，懸浮轉(zhuǎn)子狀態(tài)“工況時(shí)的性能試驗(yàn)，測(cè)定不同流量點(diǎn)的揚(yáng)程和轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速,并繪制流量-揚(yáng)程(Q-H)和流量轉(zhuǎn)矩(Q-M)曲線。

2軸轉(zhuǎn)矩的求取方法

通過四象限運(yùn)行試驗(yàn)裝置的介紹可見，試驗(yàn)泵的轉(zhuǎn)速可以通過連接在泵軸端的轉(zhuǎn)速傳感器來測(cè)定，但試驗(yàn)泵的轉(zhuǎn)矩測(cè)量一直以來都是較為復(fù)雜的事情，下面介紹的方法可以間接的測(cè)定四象限運(yùn)行時(shí)試驗(yàn)泵的轉(zhuǎn)據(jù)。

2.1試驗(yàn)泵通電時(shí)軸轉(zhuǎn)矩M和軸功率N的測(cè)定

在試驗(yàn)泵通電時(shí)，軸轉(zhuǎn)矩的測(cè)定方法可以采用“對(duì)應(yīng)電流法”。首先根據(jù)GB 1032—2013標(biāo)準(zhǔn)中的電動(dòng)機(jī)負(fù)載試驗(yàn)方法，通過進(jìn)行試驗(yàn)泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載試驗(yàn)，測(cè)定電機(jī)不同電流值時(shí)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩及軸功率，并繪制如圖2所示的函數(shù)曲線,在作試驗(yàn)泵四象限運(yùn)行試驗(yàn)時(shí),當(dāng)試驗(yàn)泵通電時(shí),可根據(jù)試驗(yàn)泵每個(gè)流量點(diǎn)的電流值在圖2曲線上查找對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值和軸功率值。

2.2試驗(yàn)泵不通電時(shí)，軸轉(zhuǎn)矩和軸功率的測(cè)定

2.2.1試驗(yàn)泵不通電，固定轉(zhuǎn)子狀態(tài)時(shí)

在試驗(yàn)泵不通電，固定轉(zhuǎn)子狀態(tài)時(shí)，測(cè)量試驗(yàn)泵的軸轉(zhuǎn)矩可以采用力矩扳手，如圖3所示。用力矩扳手通過軸密封工裝卡住電泵轉(zhuǎn)子，以此測(cè)量出試驗(yàn)泵在不同流量點(diǎn)的軸轉(zhuǎn)矩值，這種測(cè)量方式簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確。

2.2.2試驗(yàn)泵不通電，懸浮轉(zhuǎn)子狀態(tài)時(shí)

當(dāng)進(jìn)行液體從泵出口向進(jìn)口倒流 “試驗(yàn)泵不通電，自由轉(zhuǎn)子狀態(tài)”試驗(yàn)和液體從泵進(jìn)口向出口順流“試驗(yàn)泵不通電，自由轉(zhuǎn)子狀態(tài)”這兩項(xiàng)試驗(yàn)時(shí),由于轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，要精確測(cè)量其轉(zhuǎn)矩值是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。常規(guī)的做法是在泵軸的非葉輪安裝端(泵的后端)通過連軸器連接轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速傳感器和直流負(fù)載機(jī)，試驗(yàn)時(shí)通過調(diào)整直流機(jī)的勵(lì)磁，測(cè)量出不同流量點(diǎn)的泵軸轉(zhuǎn)矩。但屏蔽電泵的軸身是封閉的，如要加裝聯(lián)軸器必須考慮將泵軸通過“過渡軸”引出上法蘭(見圖3)，同時(shí)過渡軸還要加旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封產(chǎn)生的制動(dòng)力矩會(huì)給轉(zhuǎn)矩的測(cè)試結(jié)果帶來或產(chǎn)生較大的誤差。而立式屏蔽電泵要同軸安裝轉(zhuǎn)矩傳感器和直流負(fù)載機(jī)也很困難。為了方便試驗(yàn)，可以利用如下程序計(jì)算試驗(yàn)時(shí)的軸轉(zhuǎn)矩和軸功率。

(1)首先按照GB 1032—2013標(biāo)準(zhǔn)中的單鋼絲法測(cè)量試驗(yàn)泵全部轉(zhuǎn)動(dòng)部件組合成整體(包括葉輪和輔助葉輪)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(kg·m2)，具體方法詳見GB 1032—2013標(biāo)準(zhǔn)中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定;

(2) 試驗(yàn)時(shí)，通過圖1中的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量不同流量點(diǎn)懸浮轉(zhuǎn)子從0加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n(r/s)，所用的時(shí)間t(s),并將其轉(zhuǎn)化為角加速度a，見式(1)

a=n/t(r/s2)

(1)

注：加速時(shí)間的測(cè)定如圖3所示，將泵軸用力矩扳手卡住，然后調(diào)節(jié)試驗(yàn)流量到規(guī)定值后，立即松開力矩扳手，使電泵懸浮轉(zhuǎn)子從0速下開始旋轉(zhuǎn)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，記下這一過程的時(shí)間t(s)。

(3) 利用式(2)計(jì)算出泵軸轉(zhuǎn)矩

M=ja(Nm)

(2)

(4) 利用式(3)計(jì)算出泵軸功率

N=2πnM/60(W)

(3)

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在屏蔽電泵運(yùn)行時(shí)， 出于安全考慮，一些應(yīng)用在特殊工況下的屏蔽電泵，需要四象限運(yùn)行特性曲線，以確定多臺(tái)泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)各泵可能出現(xiàn)的工況。但是由于受到試驗(yàn)條件的限制，在試驗(yàn)泵不通電，懸浮轉(zhuǎn)子狀態(tài)時(shí)求取各流量點(diǎn)的泵轉(zhuǎn)子軸功率和軸轉(zhuǎn)矩比較困難。為了解決這一難題，本文結(jié)合實(shí)際，提出了采用間接計(jì)算的方法求取各流量點(diǎn)的泵轉(zhuǎn)子“軸功率N”和“軸轉(zhuǎn)矩M”。成功地解決了上述問題，并為以后再出現(xiàn)類似的故障提供了參考。

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Solution Method of Shaft Torque in Four-Quadrant Operating

Canned Motor Pump

ChenXiumei,ZhouJiehua,andChangDonghai

(Ethylene Plant, Jilin Petrochemical Company, Jilin 132021, China)

AbstractFor the normally-operated canned motor pump, the characteristic curve of reflecting whole working condition of the motor pump, including characteristic curve of canned motor pump shaft power, needs to be measured when the pump flows backward and rotates inversely, and the operating condition is located at the other three quadrants of the Q-H coordinate. When canned motor pump is in four-quadrant operation, solution method for shaft torque is demonstrated by measuring rotational inertia and speed of rotating components.

Key wordsAxial power；four-quadrant operation；canned motor pump；auxiliary pump；complete characteristic curves

收稿日期：2015-11-25

作者簡(jiǎn)介：陳秀梅女1969年生；畢業(yè)于吉林工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事電氣技術(shù)工作.

中圖分類號(hào)：TM343

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-7281(2016)01-0019-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.06