孫優(yōu)芳，孫景偉

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

離心泵作為石油、化工行業(yè)一種重要的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，其性能的好壞決定了裝置是否可以滿負(fù)荷生產(chǎn)，并影響裝置的運(yùn)行成本。工廠測(cè)試是檢驗(yàn)離心泵性能的主要手段。本文通過(guò)對(duì)離心泵常用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比研究，歸納和總結(jié)了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中涉及到的測(cè)試要求、適用范圍及標(biāo)準(zhǔn)間的差別，對(duì)于離心泵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的理解和執(zhí)行具有很好的借鑒作用。目前,中國(guó)的工程公司正處于國(guó)際化進(jìn)程中，對(duì)于不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的理解和使用，特別是掌握國(guó)內(nèi)外測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的差異對(duì)于國(guó)際化進(jìn)程尤其重要。

1 常用的離心泵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

常用的離心泵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要包括GB，ISO，ANSI 及ASME標(biāo)準(zhǔn)。

(1)GB/T 3216—2016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)。此標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布,主要被國(guó)內(nèi)相關(guān)的泵標(biāo)準(zhǔn)及制造商引用。

(2)ISO9906-2012 Rotor dynamic Pumps- Hydraulic Performance Acceptance Tests-Grades 1,2 and 3 (回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵 水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)等級(jí)1,2和3)。此標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布，主要被ISO及API 相關(guān)的泵標(biāo)準(zhǔn)引用,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)ISO和API的制造商也在使用。

(3)ANSI/HI 14.6-2016 American National Standard for Rotordynamic Pumps for Hydraulic Performance Acceptance Test(回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵 水力性能驗(yàn)收試驗(yàn))。此標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)發(fā)布，主要是被API或者ANSI相關(guān)的泵標(biāo)準(zhǔn)引用。

(4)ASME PTC8.2-1990 Centrifugal Pumps Performance Test Code(離心泵性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn))。此標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)發(fā)布,它是ASME一系列測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的組成部分，相對(duì)比較獨(dú)立，在常用的離心泵標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中并沒(méi)有被引用。

標(biāo)準(zhǔn)GB/T3216和HI14.6規(guī)定的內(nèi)容范圍等同標(biāo)準(zhǔn)ISO9906，PTC8.2規(guī)定的內(nèi)容和前面三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容區(qū)別較大。本文中所有省略年份的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都是基于以上標(biāo)準(zhǔn)版本。

2 離心泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

不同的離心泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試項(xiàng)目和采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)規(guī)定。常用離心泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)泵在測(cè)試驗(yàn)收時(shí)采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試項(xiàng)目及允差的規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 離心泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試要求

由表1可以看出，不同離心泵標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試要求及驗(yàn)收準(zhǔn)則都做出了不同的規(guī)定。在項(xiàng)目執(zhí)行的過(guò)程中，泵需要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目和可以接受的允差的確定，首先應(yīng)以買(mǎi)賣(mài)雙方合同規(guī)定為準(zhǔn)；當(dāng)合同沒(méi)有約定時(shí)，應(yīng)以泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求為準(zhǔn)；當(dāng)泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中也沒(méi)有做規(guī)定時(shí)，則以測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為準(zhǔn)。由表1也可以看出ASME PTC8.2 并沒(méi)有被離心泵標(biāo)準(zhǔn)引用，只有當(dāng)買(mǎi)方有規(guī)定的時(shí)候才被采用。

3 泵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的比較

GB/T3216、HI14.6、ISO9906和PTC8.2這4個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中主要規(guī)定了試驗(yàn)臺(tái)的搭建、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)處理和驗(yàn)收準(zhǔn)則等方面的內(nèi)容。

3.1 試驗(yàn)臺(tái)的搭建

測(cè)試結(jié)果最終達(dá)到執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求的前提條件,就是測(cè)試臺(tái)的配置及測(cè)試程序滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。目前,國(guó)內(nèi)制造廠的試驗(yàn)臺(tái)有根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自己設(shè)計(jì)的，也有請(qǐng)研究所或設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的，可以請(qǐng)國(guó)家工業(yè)泵質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心根據(jù)GB/T3216的測(cè)試等級(jí)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行鑒定。但是國(guó)家對(duì)于試驗(yàn)臺(tái)的鑒定沒(méi)有做強(qiáng)制執(zhí)行，泵廠的試驗(yàn)臺(tái)等級(jí)鑒定目前是出于一種自愿狀態(tài)。

3.1.1測(cè)試臺(tái)搭建的注意事項(xiàng)

首先是要盡量降低測(cè)量不確定度，將其控制在合理范圍內(nèi)；4個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于流量、壓差、進(jìn)出口壓力、輸入功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及介質(zhì)溫度等參數(shù)的隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)不確定度,根據(jù)測(cè)試等級(jí)都有明確的規(guī)定。

(1)隨機(jī)不確定度是由測(cè)量方法和系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定的，GB/T3216、ISO9906和 HI14.6這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)不確定度要求相同，和PTC8.2的規(guī)定不同。隨機(jī)不確定度可以在測(cè)量?jī)x表中或者其連接管線中設(shè)置緩沖裝置降低波動(dòng)值，緩沖裝置應(yīng)是對(duì)稱和線性的。

(2)系統(tǒng)不確定度由測(cè)試臺(tái)所配置的儀表元件本身的不確定度、布置位置、安裝尺寸及數(shù)量確定。PTC8.2對(duì)于儀表元件的不確定度總體要求較高，GB/T3216、ISO9906和 HI14.6對(duì)于儀表的不確定度要求相同。同時(shí),測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于壓力測(cè)點(diǎn)的取壓孔數(shù)量、取壓孔位置、取壓孔徑及深度也有具體規(guī)定。

(3)總測(cè)量不確定度是根據(jù)隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)不確定度進(jìn)行綜合評(píng)定，PTC8.2對(duì)于總測(cè)量不確定度要求較高，GB/T3216、ISO9906和 HI14.6對(duì)于總測(cè)量不確定度要求相同。

關(guān)于降低系統(tǒng)不確地度和隨機(jī)不確定度的措施盡量在試驗(yàn)臺(tái)搭建時(shí)實(shí)施，否則這些不確定度的累積將導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的總測(cè)量不確定度的失真，測(cè)試驗(yàn)收評(píng)定也沒(méi)有基準(zhǔn)可言。

3.1.2試驗(yàn)臺(tái)維護(hù)的注意事項(xiàng)

試驗(yàn)臺(tái)的維護(hù)主要是體現(xiàn)在儀表校正周期上。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于所有測(cè)量?jī)x表元件的校正周期都進(jìn)行了規(guī)定，同一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中不同測(cè)試等級(jí)的儀表校正周期是相同的。不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，除彈簧壓力表和壓力變送器外，對(duì)其他儀表的調(diào)校周期，PTC8.2的要求均高于GB/T3216、ISO9906以及HI14.6的規(guī)定。詳細(xì)校正周期可以參閱各標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)章節(jié)。

對(duì)于測(cè)試臺(tái)的搭建和維護(hù),建議按照最高等級(jí)要求進(jìn)行，提高測(cè)試臺(tái)的適用范圍。

3.2 測(cè)試方法

測(cè)試方法的內(nèi)容主要涉及到數(shù)據(jù)測(cè)量方法、轉(zhuǎn)速選取、水壓試驗(yàn)及NPSH的試驗(yàn)。

3.2.1數(shù)據(jù)測(cè)量方法

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于不同測(cè)試等級(jí)的測(cè)量數(shù)據(jù)方法是不同的。在試驗(yàn)期間，測(cè)量方法應(yīng)在測(cè)試大綱中體現(xiàn)出來(lái)，具體的差異見(jiàn)表2。

表2 測(cè)量數(shù)據(jù)方法

電功率的測(cè)量方法有電流測(cè)量和扭矩測(cè)量?jī)煞N。當(dāng)采用電流測(cè)量法時(shí),存在選用校準(zhǔn)效率電機(jī)和非校準(zhǔn)電機(jī)的區(qū)別，如果選用校準(zhǔn)效率電機(jī)，可以準(zhǔn)確測(cè)量到泵的效率;如果采用非校準(zhǔn)電機(jī)(合同電機(jī))，由于電機(jī)的效率沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)定，可以準(zhǔn)確測(cè)量到整機(jī)的效率。當(dāng)采用扭矩方法測(cè)量電功率時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)效率電機(jī)和非校準(zhǔn)電機(jī)是沒(méi)有區(qū)別的，測(cè)量得到的都是泵的效率。

同時(shí),通過(guò)測(cè)量方法可以降低隨機(jī)不確定度，對(duì)于壓力、流量及電功率等參數(shù)的測(cè)量,可以通過(guò)在同樣條件下增加同一量的測(cè)量次數(shù)來(lái)降低隨機(jī)不確定度。

3.2.2試驗(yàn)轉(zhuǎn)速的選取

試驗(yàn)轉(zhuǎn)速是性能測(cè)試的關(guān)鍵因素之一，采用試驗(yàn)電機(jī)進(jìn)行降速試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速換算；當(dāng)采用合同電機(jī)額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)試時(shí)，原則上不再考慮轉(zhuǎn)速修正。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于試驗(yàn)轉(zhuǎn)速的選取以及不同測(cè)試等級(jí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速偏差要求見(jiàn)表3。

表3 轉(zhuǎn)速偏差要求

3.2.3水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力和時(shí)間規(guī)定

承壓部件的水壓試驗(yàn)是必做測(cè)試項(xiàng)目之一，泵的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水壓試驗(yàn)的壓力和時(shí)間都作了規(guī)定，原則上,泵的水壓試驗(yàn)應(yīng)遵循其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)PTC8.2、GB/T3216以及ISO9906對(duì)于試驗(yàn)壓力并無(wú)明確規(guī)定；HI14.6對(duì)于試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)時(shí)間都作了規(guī)定。

HI14.6規(guī)定水壓試驗(yàn)壓力= 1.3×額定工作壓力，同時(shí)需要考慮溫度的修正,水壓試驗(yàn)時(shí)間要求見(jiàn)表4。

表4 水壓試驗(yàn)時(shí)間

如果表1中泵的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間時(shí)，可以遵照HI14.6中的相關(guān)規(guī)定。

3.2.4NPSH試驗(yàn)方法及基準(zhǔn)面的規(guī)定

NPSHr做為泵的特性參數(shù),在驗(yàn)收測(cè)試時(shí)不能有較大偏差，否則會(huì)影響泵的穩(wěn)定運(yùn)行。在工程應(yīng)用中，通常當(dāng)NPSHa-NPSHr≤1m，應(yīng)進(jìn)行NPSH試驗(yàn)。PTC8.2對(duì)于NPSH試驗(yàn)方法按照單級(jí)泵、多級(jí)泵以及測(cè)試等級(jí)有具體規(guī)定，GB/T3216、ISO9906、和HI14.6標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有進(jìn)行等級(jí)區(qū)分。NPSH測(cè)試規(guī)定及區(qū)別見(jiàn)表5。

GB/T3216、ISO9906、HI14.6 和PTC8.2四個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基準(zhǔn)面均有規(guī)定，臥式泵和傾斜軸泵的NPSH基準(zhǔn)面相同；但對(duì)于立式雙吸離式泵，NPSH基準(zhǔn)面是不同的。GB/T3216、ISO9906和HI14.6規(guī)定的立式雙吸泵基準(zhǔn)面是葉片吸入口上平面，PTC8.2 規(guī)定的立式雙吸泵基準(zhǔn)面是出口中心線位置。當(dāng)采用的測(cè)試方式和標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基準(zhǔn)面不同時(shí)，需要換算到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基準(zhǔn)面；在進(jìn)行NPSHa和NPSHr比較時(shí)，也需要換算到相同的基準(zhǔn)面進(jìn)行比較。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

4個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法相同,但當(dāng)試驗(yàn)轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速不同時(shí)，NPSH的修正方法略有不同(見(jiàn)表6)。

表6 NPSH的修正方法

3.4 驗(yàn)收準(zhǔn)則

GB/T3216、ISO9906和HI14.6規(guī)定了泵的驗(yàn)收等級(jí)及容差；同時(shí),GB/T3216和ISO9906還給出了適用于泵應(yīng)用領(lǐng)域的推薦驗(yàn)收等級(jí)；PTC8.2沒(méi)有對(duì)驗(yàn)收等級(jí)做規(guī)定；可以根據(jù)合同的約定及泵的應(yīng)用領(lǐng)域選用下表中合適的驗(yàn)收等級(jí)。泵的驗(yàn)收等級(jí)見(jiàn)表7。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)于不大于10kW的泵，表7中的規(guī)定過(guò)于嚴(yán)格。如制造廠和買(mǎi)方無(wú)另外商定， 流量允許±10%，揚(yáng)程允許±8%，效率的容差按照下面推薦公式計(jì)算：

表7 泵試驗(yàn)驗(yàn)收等級(jí)和相應(yīng)的容差系數(shù)值

其中,P2為工作范圍內(nèi)最大輸入功率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)離心泵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的對(duì)比和分析，指出了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)該注意的要點(diǎn)和差異。在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)備制造商、用戶和工程技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)備的適用范圍選擇合適的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收準(zhǔn)則，特別是設(shè)備制造商更應(yīng)重視對(duì)于測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的解讀和實(shí)踐。作為從業(yè)人員，熟悉和掌握這些標(biāo)準(zhǔn)，特別是不同標(biāo)準(zhǔn)的差異，能更好地解決設(shè)備測(cè)試或者驗(yàn)收中遇到的問(wèn)題，有利于國(guó)內(nèi)工程公司及國(guó)產(chǎn)設(shè)備國(guó)際化進(jìn)程。