浅谈单位换算技术在水泵测试中的应用

初海波

（中南林业科技大学 机电工程学院，湖南 长沙 410004）

在水泵测试过程中，要采集流量、进口压力、出口压力、电压、电流、功率等参数，并且根据这些数据计算出扬程、轴功率、NPSH（汽蚀余量）等数值，再与标准比较，得出水泵各项参数是否符合标准规定的结论。这些参数在不同国家采用的单位不同。有时，客户要求得到水泵在特殊介质下的试验数据，同一台泵在每种介质下都做一遍试验，会提高企业的生产成本和操作人员的劳动强度，亟需一个解决方案。现在，水泵测试软件均为专用型，其通用性比较差，为了解决这个问题，满足不同客户的特殊要求，在现有的水泵测试软件的基础上增加了单位换算模块，不同介质的液体直接进行密度换算，然后根据不同国家或者客户的特殊要求求出不同的试验报表和泵的性能曲线。其中流量单位换算中的体积流量和质量流量的换算，扬程两种单位的换算，都涉及到液体密度的换算，这是软件改进过程中的难点，也是核心部分。通过单位换算技术在水泵测试软件中的应用，节省了试验成本，提高了泵试验效率，在实际应用中取得了企业的好评和不错的实际效果。

表1 液体的特性

1 水泵测试系统概述

该系统传感器采集的现场进口压力信号、出口压力信号、流量信号、转速信号、温度信号等，首先进入A/D转换器，然后通过局域网输出到微机显示；功率采用WT230功率计采集现场电压、电流、功率信号，然后通过局域网输出到微机显示；直接显示进口压力、出口压力、流量、电机转速、水温度、三相电压、电流、输入功率等参数的同时，利用水泵测试软件对采集进来的数据进行计算，输出试验报表和泵的性能曲线，水泵性能测试系统框架结构图如图1所示。

图1 水泵性能测试系统框架结构

2 软件改进思路

整个水泵测试软件的工作流程如图2所示，在开始一个试验之前，先要进行常量输入的工作，完成常量输入的工作以后，进行现场数据采集，然后对采集进来的数据进行处理，生成报表和数据曲线。通过整个水泵测试软件流程图看到，要软件能达到根据客户要求来选择参数的单位的功能，需要修改软件的常量输入部分和数据处理部分。在软件的常量输入部分留出了充足的页面，水泵测试软件中用的基本换算有流量换算、扬程换算、轴功率换算、NPSH换算，及数据处理部分将在下面给出详细的说明。

图2 水泵测试软件工作流程

2.1 流量单位换算

单位时间流过管道任一截面的流体量，称为流量。流量可用体积流量和质量流量表示。单位时间流过管道任一截面的流体体积称为体积流量。可以表示为。

式中：Vs 为体积流量，m3／min；V 为流体体积，m3；T 为流动时间，min；

单位时间流过管道任一截面的流体质量称为质量流量。可以表示为。

式中：ρ 为流体密度，kg／m3。

可见，流体的质量流量可表示为体积流量及其密度的乘积。

在软件的改进过程中，流量的实测单位是m3／min。厂家要求，需要将流量单位转化为立方米每秒（m3／s）、立方米每分钟（m3／min）、立方米每小时（m3／h）、立方米每天（m3／day）、吨每分钟（t／min）、吨每小时（t／h）、千克每秒（kg／s）、千克每分钟（kg／min）、千克每小时（kg／h）、美加仑每分钟（USGPM）、英加仑每分钟 （IMGPM）、 立方英尺每秒 （ft3／s）、 立方分米每秒（dm3／s）。根据厂家的要求，在常量输入界面增加流量换算单位下拉菜单，操作简便，可以根据客户要求的流量单位，在常量输入时，在软件中下拉菜单中选择相应的流量单位即可，然后确认流量单位换算下拉菜单的选项，根据表2完成流量的单位换算，换算过程中其难点在于体积流量和质量流量之间要涉及密度换算，体积流量和质量流量之间的换算也是本软件改进的核心部分。经过换算以后的流量值，传递到各个函数和计算公式，输出客户需要的泵的数据报表和性能曲线。

表中，ρ′为试验温度的密度（试验介质密度）；Ρ为输入的是常量输入的密度（客户要求密度）。

2.2 扬程单位换算

扬程是单位重量液体流经泵后获得的有效能量，是泵的重要工作性能参数，又称压头。可表示为流体的压力能头、动能头和位能头的增加，GB／T 3216－2005中规定扬程为出口

式中：Ws为质量流量，kg／min；M 为流体质量，kg；T 为流动时间，min。总水头H2与入口总水头H1的代数差。扬程H应用下式计算：H＝z2-z1+

式中：为横截面中心相对基准面的高度；P为所述横截面中心的表压；ρm为输送液体的平均密度；为速度水头；G为重力加速度。

表2

现场扬程的实测单位是兆帕（MPa），厂家要求可以转化为米水柱（mH2O）、千克力每平方厘米（kgf／cm2）、磅每平方英寸（psi）、巴（bar）、英尺水柱（ftH2O）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）、帕（Pa）。扬程既可以使用液柱的高度来表示，也可以用压强来表示，两个单位之间的转换是软件编制过程中的一个难点，扬程单位换算的具体过程如表3所示。

2.3 轴功率单位换算

泵在一定流量和扬程下，原动机单位时间内给予泵轴的功率称为轴功率。轴功率的单位换算相对流量和扬程单位换算，不涉及密度换算，相对比较简单。轴功率的实测单位是千瓦（kW）。 厂家要求，可以转化为千瓦（kW）、马力（PS）、英制马力（HP，美国习惯体系中的功率单位，1HP＝745.7W），在常量输入页面设计轴功率单位换算下拉菜单，实际使用时，在做试验之前，在常量输入界面，根据客户要求的单位，在下拉菜单中选择相应的单位就可以了，操作非常简便。轴功率单位换算软件具体编制过程如表4所示。

2.4 NPSH换算

表3 扬程换算

表4 轴功率换算

泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。实测单位用米（m）标注。厂家要求，可以转化为米（m）、英寸（ft）。NPSH 单位换算的软件具体编制过程如表5所示。

表5 NPSH换算

3 结论

（1）该项单位换算技术，是依据试验实际需要提出来的，能够根据客户要求的参数单位，出具试验报表和曲线，减轻了操作人员的劳动强度，节约了生产成本，提高了企业的经济效益，软件运行可靠，操作方便，受到操作人员的好评。在水泵测试软件中应用单位换算技术，能够根据客户要求的参数单位，出具试验报表和曲线。

（2）在水泵测试软件中应用单位换算技术，能够节约生产成本，降低操作人员劳动强度，提高企业的经济效益。

（3）仅修改水泵测试系统的软件部分，不涉及水泵测试系统的硬件部分的变动。

（4）软件留有扩充空间，可以方便地添加新的有关参数单位。

[1]张秀田.法定计量单位换算手册[M].北京：石油工业出版社，1985.

[2]GB／T3216-2005，回转动力泵水力性能验收试验1级和2级[S].