本發明屬于軸流泵揚程測量技術領域，具體涉及一種微揚程立式軸流泵揚程測量裝置及測量方法。

背景技術：

液體通過泵裝置獲得能量后，沿出口管路排出，由于管路本身的阻力特性，當泵裝置排出不同流量的液體時，其需要克服不同的沿程阻力。具體說來，對于一定結構的管路，通過流量越大，管路的沿程阻力損失也越大，相反則越小。現有的揚程試驗裝置針對的是揚程為幾米以上的泵裝置，它通過直接測量泵裝置的進出口壓力，算出一定流量下的對應的揚程，此時，管路系統的管阻對于揚程的測量影響很小，管路的沿程損失相對于泵的揚程可以忽略不計，也無須考慮泵裝置運行中克服管阻的問題。而微揚程泵在運行的過程中，由于泵本身揚程低，難以克服管路的沿程阻力，尤其是大流量工況時，管阻顯著增加，則揚程的測量誤差更大，甚至有可能出現微揚程泵無法工作的情況。因此在測量微揚程泵的揚程時，不能忽略管阻對揚程測量的影響。然而如何準確地測量微揚程泵的揚程和管路特性曲線，就成了本領域技術人員亟待解決的技術難題。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種微揚程立式軸流泵揚程測量裝置，本裝置通過在軸流泵的管路系統中增設輔助泵，有效地克服了試驗時管路系統的阻力，從而為準確地測量微揚程泵的揚程和管路特性曲線提供了堅實的試驗裝置平臺。

為了實現本發明的目的，本發明采用了以下技術方案：

一種微揚程立式軸流泵揚程測量裝置，包括軸流泵和水箱，所述軸流泵的泵出口與水箱之間的管路上設置有第一壓力傳感器、第一閥門、輔助泵、第二閥門；所述軸流泵的泵出口與水箱之間的管路上還設置有流量計；所述輔助泵的進口和出口處分別設置有第二壓力傳感器和第三壓力傳感器。

優選的，所述輔助泵的流量范圍與軸流泵的流量范圍相適配，所述輔助泵的揚程高于軸流泵的揚程。

優選的，本裝置還包括電機，所述電機與所述軸流泵之間設置有聯軸器，所述聯軸器上設置有扭矩儀。

進一步的，所述聯軸器包括套設在電機輸出軸上的電機軸套管，還包括設置在泵軸上的泵軸套管，所述扭矩儀的兩端分別連接電機軸套管和泵軸套管，所述扭矩儀通過固定架與固定電機的支撐架固接在一起。

優選的，所述第一壓力傳感器通過壓力測量裝置設置在軸流泵的泵出口直管段上。

進一步的，所述壓力測量裝置包括沿軸向依次固設在所述泵出口直管段上的兩塊定位擋板，兩塊定位擋板之間設置有套設在泵出口直管段上的測量套管，所述測量套管和兩塊定位擋板之間共同圍合成測量區域；所述測量套管上設置有用于安放第一壓力傳感器的支座；所述泵出口直管段在位于測量區域內的管身上設置有測壓孔；處于上方的定位擋板或所述測量套管的頂部設置有排氣孔，排氣孔處設置有絲堵。

更進一步的，四個所述測壓孔沿所述泵出口直管段的周向均勻分布，且所述測壓孔的孔中心與所述支座的孔中心處于同一水平面上；環狀所述測量區域內的軸向截面面積大于四個測壓孔的橫截面總面積的四倍。

為了避免環狀測量區域內的液體壓力波動對壓力測量的不利影響，需保證環狀測量區域內的軸向截面面積大于四個測壓孔83的橫截面總面積的四倍。

優選的，所述泵出口直管段的管內直徑為D，所述泵出口直管段的管長大于4D，所述第一壓力傳感器的安裝位置與軸流泵的泵出口之間的距離大于2D。

優選的，所述輔助泵為管道泵。

本發明還提供了一種如前所述的一種微揚程立式軸流泵揚程測量裝置的測量方法，其技術方案如下：

S1，軸流泵不開啟，調節第一閥門和第二閥門的開度，開啟輔助泵,對輔助泵的汽蝕特性進行驗證，得到輔助泵的無汽蝕流量區間；

S2，在輔助泵的無汽蝕流量區間內，保持軸流泵關閉和輔助泵繼續開啟，測量不同流量下對應的第一壓力傳感器的壓力值，獲得軸流泵出口管段的管阻特性曲線；

S3，將第一閥門和第二閥門全開，輔助泵繼續運行，開啟軸流泵；在輔助泵的無汽蝕流量區間內，測量得到所述軸流泵的流量揚程曲線和相應的效率曲線、軸功率曲線；

S4，利用步驟S2中測量得到的管阻特性曲線對所述軸流泵的流量揚程曲線、效率曲線、軸功率曲線進行校核，得到軸流泵的校核后的流量揚程曲線、效率曲線、軸功率曲線；

S5，撤掉輔助泵，在軸流泵的流量范圍內的不同工況下進行試驗，測得軸流泵單獨工作時的工況特性曲線；

S6，將步驟S4和步驟S5的特性曲線進行對比，若兩步驟測量得到的相應曲線的對應部分彼此吻合，則測量結束；否則需重復步驟S1至S5，直至步驟S4和步驟S5測量得到的相應曲線的對應部分彼此吻合。

本發明的有益效果在于：

1)本發明在軸流泵的管路系統中增設有輔助泵，所述輔助泵用于在測試時克服管路系統的阻力。試驗時通過調節輔助泵前后兩端的閥門，即可準確地測量得到立式軸流泵未運行時的管路系統的管阻特性曲線。當立式軸流泵和輔助泵共同運行之后，即可測得軸流泵與輔助泵共同工作時的揚程曲線，將再次測得的揚程曲線與已測得的管路系統的管阻特性曲線相結合，即可以準確地獲得立式軸流泵的真正揚程。因此，利用本發明中的測量裝置對立式軸流泵的微揚程進行測量可以有效地減小測量誤差，提高測量結果的準確度。

2)本發明采用扭矩儀測量軸流泵運轉時的扭矩，可以準確地算出泵裝置的軸功率；本發明在軸流泵的泵出口直管段上安裝第一壓力傳感器，可以測量得到軸流泵的出口壓力。本發明還在輔助泵的出口端連接金屬軟管，所述金屬軟管用于調節輔助泵出口與第三閥門之間的距離。通過設置扭矩儀、第一壓力傳感器，本發明還可以測量得到軸流泵的效率曲線和軸功率曲線。

3)本發明通過在壓力測量裝置的測量套管上設置排氣孔，有效地解決了測量區域內氣體無法排盡的問題；通過在測量套管頂端處單獨開設可啟閉的排氣孔，從而實現了測量區域內氣體的自主排盡功能，最終避免了測量區域內的氣泡對壓力測量過程的干擾，其獲得的測量數據自然更為精確。具體而言，試驗時，泵出口直管段內的液體經由測壓孔而進入環狀測量區域，此時在液壓力作用下，環狀測量區域內的氣體經由排氣孔逸出；待排盡環狀測量區域內的氣體后再密封該排氣孔，即可通過第一壓力傳感器進行微揚程泵出口壓力的準確測量。

4)由圓鋼管制成的支座在此處作為第一壓力傳感器的安裝載體以及第一壓力傳感器與測量套管之間的銜接固定件而使用。支座一方面通過與測量套管間的焊固來實現兩者固接功能；另一方面則通過自身階梯孔狀管腔處的大孔徑段來實現第一壓力傳感器的擰緊操作。使用時，支座的中軸線與測壓孔的軸線處于同一水平面上，通過支座的小口徑段來保證液壓的準確傳遞功能。

5)本發明設有四道均勻環繞泵出口直管段設置的測壓孔，至少可保證測壓孔出水端周圍區域壓力分布的均衡性，再配合與測壓孔軸線處于同一水平面處的圓鋼管制成的支座，即可有效的提升第一壓力傳感器的測量精確性。

附圖說明

圖1為電機與軸流泵的連接結構示意圖。

圖2為泵出口直管段上的壓力測量裝置的結構示意圖。

圖3為圖2的A-A剖面示意圖。

圖4為本發明的結構示意圖。

圖5為圖4的主視圖。

圖6為圖4的俯視圖。

圖7為輔助泵的汽蝕曲線。

圖8為立式軸流泵的出口管路的管阻特性曲線。

圖9為立式軸流泵的泵特性曲線。

圖10為校核后的立式軸流泵泵特性曲線。

圖11為立式軸流泵獨立工作時的小流量工況特性曲線。

圖12為添加輔助泵和不添加輔助泵時的立式軸流泵特性曲線局部對比圖。

圖中標記的含義如下：

1-電機 2-支撐架 3-電機軸套管 4-固定架 5-扭矩儀

6-泵軸套管 7-軸流泵 8-泵出口直管段 81-連接法蘭

82-90°彎管 83-測壓孔 9-第一壓力傳感器 91-支座

92-測量套管 921-排氣孔 922-絲堵 923-安裝孔

93-定位擋板 10/12-長直管 11-流量計 13/15-直管

14-第一閥門 16-第二壓力傳感器 17-輔助泵

18-第三壓力傳感器 19-金屬軟管 20-第二閥門 21-水箱

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖4-6所示，一種微揚程立式軸流泵揚程測量裝置，包括軸流泵7和水箱21，所述軸流泵7的泵出口與水箱21之間的管路上設置有第一壓力傳感器9、第一閥門14、輔助泵17、第二閥門19；所述軸流泵7的泵出口與水箱21之間的管路上還設置有流量計11；所述輔助泵17的進口和出口處分別設置有第二壓力傳感器16和第三壓力傳感器18。所述輔助泵17的流量范圍與軸流泵7的流量范圍相適配，所述輔助泵17的揚程高于軸流泵7的揚程。本實施例中的所述輔助泵17為管道泵。

如圖1所示，本裝置還包括電機1，所述電機1與所述軸流泵7之間設置有聯軸器，所述聯軸器上設置有扭矩儀5。所述聯軸器包括套設在電機輸出軸上的電機軸套管3，還包括設置在泵軸上的泵軸套管6，所述扭矩儀5的兩端分別連接電機軸套管3和泵軸套管6，所述扭矩儀5通過固定架4與固定電機1的支撐架2固接在一起。

如圖4所示，由電機1和立式軸流泵7構成的整個進口結構部分安裝在敞口水箱21內，水箱21中間的隔板下方有矩形空間，此矩形空間便于水能穩定回流至立式軸流泵7的入口處。所述軸流泵7安裝在水箱21底部，支撐架2安裝在軸流泵7的上方，如圖1所示，電機1安裝在支撐架2上，電機軸套管3與電機的輸出軸相連，扭矩儀5與電機軸套管3相連，兩塊固定架4的底板固定在支撐架2上，固定架4的側板將扭矩儀5夾持在中間，且固定架4的側板通過螺釘與扭矩儀5緊固在一起。所述固定架4的底板上開有U型槽，以便于移動調節側板的位置，安裝時使側板貼緊扭矩儀5設置；固定架4的側板上也開有U型槽，便于上緊螺釘。扭矩儀5下方是泵軸套管6，泵軸套管6與軸流泵7的泵軸相連。所述泵軸套管6的長度可以設置的較長，以確保扭矩儀5位于水面上方的安全位置。

如圖4所示，所述第一壓力傳感器9通過壓力測量裝置設置在軸流泵7的泵出口直管段8上。

如圖2、3所示，所述壓力測量裝置包括沿軸向依次固設在所述泵出口直管段8上的兩塊定位擋板93，兩塊定位擋板93之間設置有套設在泵出口直管段8上的測量套管92，所述測量套管92和兩塊定位擋板93之間共同圍合成測量區域；所述測量套管92上設置有用于安放第一壓力傳感器9的支座91；所述泵出口直管段8在位于測量區域內的管身上設置有測壓孔83；所述測量套管92的頂部設置有排氣孔921，排氣孔921處設置有絲堵922。

如圖2、3所示，四個所述測壓孔83沿所述泵出口直管段8的周向均勻分布，且所述測壓孔83的孔中心與所述支座91的孔中心處于同一水平面上；環狀所述測量區域內的軸向截面面積大于此四個測壓孔83的橫截面總面積的四倍。

如圖4所示，軸流泵7的出口下方是一段長度大于4D(D為管內直徑)的泵出口直管段8，第一壓力傳感器9安裝泵出口直管段8上，且第一壓力傳感器9的位置與泵出口的距離為2D；長直管10通過90°彎管82與泵出口直管段8相連，長直管10的長度大于4D，流量計11安裝在長直管10的末端，流量計11后端的長直管12長度也大于4D；第一閥門14安裝在流量計11的出口后端，第一閥門14進口前段的直管13長度為2.5D，輔助泵17的流量與立式軸流泵7的流量相當，輔助泵17安裝在第一閥門14的后端，輔助泵17的進出口各安裝有一個壓力傳感器，分別為第二壓力傳感器16和第三壓力傳感器18，所述輔助泵17進口前段的直管15長度為4D,出口段通過金屬軟管19與控制泵流量的第二閥門20相連接，所述第二閥門20的出口端伸入水箱21中。

下面結合具體的工作過程對本發明的測量方法做進一步詳細描述。

(1)前期準備。

當軸流泵7和管路系統安裝完畢之后，向水箱21內灌水，此時第一閥門14和第二閥門20全開，以便排盡管路系統內的空氣。將第一閥門14開到最大，關閉輔助泵17出口段的第二閥門20，啟動輔助泵17。

(2)輔助泵汽蝕特性的驗證。

慢慢打開第二閥門20，由小到大調節出口流量，當流量調節定值Q1時，得到輔助泵17的進口壓力值Po_ut(通過第二壓力傳感器16測得)為P1，出口壓力值P_in(通過第三壓力傳感器18測得)為P1’,根據算出此時的輔助泵揚程H₁，然后慢慢調小第一閥門14的開度，在保證管路的出口流量Q₁恒定的情況下微調第二閥門20的開度；在調節第一閥門14和第二閥門20的過程中，若揚程H₁下降在3％以內，則未發生汽蝕，若揚程下降超過3％，則輔助泵17發生汽蝕。恢復第二閥門20的開度，調節第二閥門20至流量Q2,此時輔助泵17的進出口壓力值分別為P2和P2’,算出此時輔助泵的揚程H2，然后慢慢調小第一閥門14的開度，依然微調第二閥門20的開度保持流量Q2不變，直至輔助泵17的揚程下降3％，輔助泵17發生汽蝕。按照上述相同步驟分別調節第二閥門20開度至流量Q3，Q4，Q5，Q6等，然后調節輔助泵17進口段的第一閥門14，驗證輔助泵17的汽蝕特性。

(3)圖7中，輔助泵17在A點與B點的流量之間沒有發生汽蝕，此時，流量計11和第一壓力傳感器9收集的數據是可用的，當流量在A、B點以外時，由于輔助泵17發生了汽蝕，所有收集的數據都是不可用的。因此，將輔助泵17在A、B點之間由小到大調節得到若干個流量點Qa，Qb，Qc，Qd，Qe，Qf，Qg，Qh，Qi，Qj，Qk，Ql，立式軸流泵7出口處的第一壓力傳感器9也會顯示的對應的壓力值pa，pb，pc，pd，pe，pf,pg，ph，pi，pj，pk，pl；按照相同的步驟，循環調節輔助泵17的流量7次，獲得7組上述流量與壓力的數據，然后將7組數據相加并取平均值，得到A、B流量點之間Q和第一壓力傳感器9顯示的壓力值p各自的平均值，根據將壓力值分別換算成H，從而獲得一條Q-H曲線Ⅰ，此曲線顯示的是立式軸流泵7進出口段之間的管阻特性曲線，如圖7所示。

(4)立式軸流泵外特性參數的測量。

將第一閥門14和第二閥門20全開全開，輔助泵17繼續運行，開啟立式軸流泵7；依次從大到小調節第二閥門20的開度，分別記錄立式軸流泵7的流量計11的數據Qa，Qb，Qc，Qd，Qe，Qf，Qg，Qh，Qi，Qj，Qk，Ql和第一壓力傳感器9的數值pa’，pb’，pc’，pd’，pe’，pf’，pg’，ph’，pi’，pj’，pk’，pl’；按照上面的步驟循環調節泵的流量點7次，獲得7組上述流量與壓力的數據，，然后對7組數據分別取均值，根據將第一壓力傳感器9的數據轉換為Ha’，Hb’，Hc’，Hd’，He’，Hf’，Hg’，Hh’，Hi’，Hj’，Hk’，Hl’，此時，依據泵功率算出各流量點對應的泵功率，而立式軸流泵7上的扭矩儀5測得扭矩分別為Ta’，Tb’，Tc’，Td’，Te’，Tf’，Tg’，Th’，Ti’，Tj’，Tk’，Tl’.依據軸功率算出軸功率分別為Pa’，Pb’，Pc’，Pd’，Pe’，Pf’，Pg’，Ph’，Pi’，Pj’，Pk’，Pl’，依據泵的效率算出泵效率點ηa’，ηb’，ηc’，ηd’，ηe’，ηf’，ηg’，ηh’，ηi’，ηj’，ηk’，ηl’。最終得到揚程曲線Ⅱ，效率曲線Ⅲ，軸功率曲線Ⅳ，如圖9所示。

(5)立式軸流泵特性曲線的校核。

結合圖8和圖9對立式軸流泵7的特性曲線進行校核，把兩條曲線相同流量下的揚程相加，即H_總＝H+H’，得到新的Q-H曲線Ⅴ，此曲線是立式軸流泵的實際揚程曲線。如當流量為Qa時,立式軸流泵17的實際揚程為HA＝Ha+Ha’,其實際泵功率為根據立式軸流泵7上的扭矩儀5所測得扭矩T’，此時立式軸流泵的軸功率算出新的泵效率如圖10所示。

(6)對試驗方案的準確性進行驗證。

關閉第二閥門20，再關閉立式軸流泵7和輔助泵17。撤掉輔助泵17，打開閥門重新開啟立式軸流泵7，由于立式軸流泵7的揚程很小，撤掉輔助泵17之后無法在大流量工況下正常運行，因此只測量立式軸流泵7在小流量工況下的泵特性參數，重復做7組試驗，將收集的數據取平均值之后，得到小流量段立式軸流泵特性曲線如圖11所示，將得到的曲線與步驟(5)中立式軸流泵校核后的曲線的小流量段進行對比，如圖12。若相對應的曲線基本重合或彼此吻合，則測量結束；否則需重復步驟(1)至(5)，直至步驟(4)和步驟(5)測量得到的相應曲線的對應部分彼此吻合。