屏蔽电泵四象限运行时轴转矩的求取方法

陈秀梅，周界华，常东海

(吉林石化公司乙烯厂，吉林吉林132021)



屏蔽电泵四象限运行时轴转矩的求取方法

陈秀梅，周界华，常东海

(吉林石化公司乙烯厂，吉林吉林132021)

摘要屏蔽电泵正常运行时，在水泵倒流、反转等状态下，运转工况位于Q-H坐标的其余三个象限上时，需要测量反映电泵全部工况的特性曲线；也包括屏蔽电泵轴功率的特性曲线，在屏蔽电泵四象限运行时，通过测量电泵转动部件的转动惯量和转速，论证了求取轴转矩的方法。

关键词轴功率；四象限运行；屏蔽电泵；辅助泵；全特性曲线

0引言

水泵正常运转情况下,泵的流量Q、扬程H、转速n及功率N这四个参数均为正值，在特殊运转工况下，如机组断电、倒流、反转时，Q、n、N均为负值；而在两台屏蔽电泵串联运行的工况下，第二台屏蔽泵失电时，Q为正值，而H为负值。因此,在上述特殊的运转条件下，屏蔽泵可以在一个或几个参数具有负值的情况下运转，即运转工况分别在Q-H坐标的其余三个象限上。这些参数不同的组合特性能够得到屏蔽电泵的全部特性曲线，又称为四象限特性曲线。获得上述特性曲线的试验，称为电泵的全特性曲线试验。而在进行全特性性能曲线试验时，需要在Q-H坐标的第四个象限上运行的工况(例如倒流)下测量由于水的冲击作用，使电泵的转动部件产生旋转的轴功率N。由于屏蔽电泵的密闭特性,而N又是由水冲击产生的，因此在测量N时无法采用GB 1032—2013标准中规定的测量方法，为此，本文就如何测量屏蔽电泵四象限特性参数N作如下介绍。

1屏蔽电泵四象限运行试验装置介绍

1.1试验回路

试验回路的原理图见图1，整个试验回路由两台辅助泵和一台屏蔽电泵(以下简称试验泵)及相关的管段、阀门及仪表组成。其中辅助泵1的流量可稍大于试验泵的流量，但扬程必须达到被试泵扬程的2～3倍，最好是3～4倍；辅助泵2的扬程可稍大于被试泵的扬程，但流量必需是被试泵扬程的2～3倍，最好是3～4倍。只有这样的配置，才能收到良好的试验效果。

1.2试验方法

通过起动不同的辅助泵和启闭相应的阀门来改变液流在管道中的流向，可制造出泵的正常运行工况和非正常运行工况，按国标GB 3216的规定对以下试验泵的各种工况进行性能试验,其具体做法如下。

1.2.1液体从泵出口向进口倒流

按图1所示，关闭1、4阀门，打开2、3阀门，启动辅助泵1，试验内容：(1)试验泵不通电，自由转子状态；(2)试验泵不通电，固定转子状态；(3)试验泵正常通电；(4)试验泵电源任意两项反接工况时的性能测试，测定不同流量点的扬程和转矩及转速,并绘制流量-扬程(Q-H)和流量转矩(Q-M)曲线。

1.2.2液体从泵进口向出口顺流

按图1所示，关闭2、3阀门，打开1、4阀门，启动辅助泵2，试验内容：(1)“试验泵正常通电”；(2)试验泵不通电,固定转子状态”；(3)试验泵不通电，悬浮转子状态“工况时的性能试验，测定不同流量点的扬程和转矩及转速,并绘制流量-扬程(Q-H)和流量转矩(Q-M)曲线。

2轴转矩的求取方法

通过四象限运行试验装置的介绍可见，试验泵的转速可以通过连接在泵轴端的转速传感器来测定，但试验泵的转矩测量一直以来都是较为复杂的事情，下面介绍的方法可以间接的测定四象限运行时试验泵的转据。

2.1试验泵通电时轴转矩M和轴功率N的测定

在试验泵通电时，轴转矩的测定方法可以采用“对应电流法”。首先根据GB 1032—2013标准中的电动机负载试验方法，通过进行试验泵驱动电机的负载试验，测定电机不同电流值时的对应转矩及轴功率，并绘制如图2所示的函数曲线,在作试验泵四象限运行试验时,当试验泵通电时,可根据试验泵每个流量点的电流值在图2曲线上查找对应的转矩值和轴功率值。

2.2试验泵不通电时，轴转矩和轴功率的测定

2.2.1试验泵不通电，固定转子状态时

在试验泵不通电，固定转子状态时，测量试验泵的轴转矩可以采用力矩扳手，如图3所示。用力矩扳手通过轴密封工装卡住电泵转子，以此测量出试验泵在不同流量点的轴转矩值，这种测量方式简单且准确。

2.2.2试验泵不通电，悬浮转子状态时

当进行液体从泵出口向进口倒流 “试验泵不通电，自由转子状态”试验和液体从泵进口向出口顺流“试验泵不通电，自由转子状态”这两项试验时,由于转子是旋转状态，因此，要精确测量其转矩值是一项比较复杂的工作。常规的做法是在泵轴的非叶轮安装端(泵的后端)通过连轴器连接转矩-转速传感器和直流负载机，试验时通过调整直流机的励磁，测量出不同流量点的泵轴转矩。但屏蔽电泵的轴身是封闭的，如要加装联轴器必须考虑将泵轴通过“过渡轴”引出上法兰(见图3)，同时过渡轴还要加旋转机械密封，而旋转机械密封产生的制动力矩会给转矩的测试结果带来或产生较大的误差。而立式屏蔽电泵要同轴安装转矩传感器和直流负载机也很困难。为了方便试验，可以利用如下程序计算试验时的轴转矩和轴功率。

(1)首先按照GB 1032—2013标准中的单钢丝法测量试验泵全部转动部件组合成整体(包括叶轮和辅助叶轮)的转动惯量J(kg·m2)，具体方法详见GB 1032—2013标准中转动惯量的测定;

(2) 试验时，通过图1中的转速传感器测量不同流量点悬浮转子从0加速到稳定转速n(r/s)，所用的时间t(s),并将其转化为角加速度a，见式(1)

a=n/t(r/s2)

(1)

注：加速时间的测定如图3所示，将泵轴用力矩扳手卡住，然后调节试验流量到规定值后，立即松开力矩扳手，使电泵悬浮转子从0速下开始旋转到稳定转速，记下这一过程的时间t(s)。

(3) 利用式(2)计算出泵轴转矩

M=ja(Nm)

(2)

(4) 利用式(3)计算出泵轴功率

N=2πnM/60(W)

(3)

3结语

综上所述，在屏蔽电泵运行时， 出于安全考虑，一些应用在特殊工况下的屏蔽电泵，需要四象限运行特性曲线，以确定多台泵联合运行时各泵可能出现的工况。但是由于受到试验条件的限制，在试验泵不通电，悬浮转子状态时求取各流量点的泵转子轴功率和轴转矩比较困难。为了解决这一难题，本文结合实际，提出了采用间接计算的方法求取各流量点的泵转子“轴功率N”和“轴转矩M”。成功地解决了上述问题，并为以后再出现类似的故障提供了参考。

参考文献

[1]纪繁祥，吴庆广.屏蔽电动机运行性能分析[M].防爆电机，2015.3.

[2]王超，李藏雪，张进宝，等. 屏蔽主泵电机定子绕组腔密封设计[M].防爆电机，2015.5.

[3]陈春光，何兰香. 屏蔽电动机Ⅱ型精确等效电路及计算[M].防爆电机，2015.5.

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

作者简介：陈秀梅女1969年生；毕业于吉林工学院工业自动化专业，现从事电气技术工作.

中图分类号：TM343

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)01-0019-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.06