船用電動單螺桿泵額定吸上真空度檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

額定吸上真空度是衡量泵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（大氣壓力為101.3kPa，輸送20℃清水）抗汽蝕性能的關(guān)鍵參數(shù)，其定義為泵在不發(fā)生汽蝕條件下，在泵吸入口處所能達(dá)到的大真空值（以水柱高度米計）。檢測的核心原理在于模擬泵的實際吸入工況，通過人為改變泵吸入口的壓力，觀測其性能臨界點。

1. 汽蝕機(jī)理：當(dāng)泵吸入口壓力降低至輸送液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，液體開始汽化，形成氣泡。這些氣泡隨液體流至高壓區(qū)時驟然潰滅，產(chǎn)生巨大的局部沖擊力和高溫，即為汽蝕。汽蝕會導(dǎo)致泵的流量、揚(yáng)程和效率急劇下降，并產(chǎn)生噪聲和振動，長期運(yùn)行將損壞過流部件。

2. 臨界真空度確定原理：在封閉試驗臺架中，通過調(diào)節(jié)泵吸入口管路上的真空調(diào)節(jié)閥，逐步降低吸入口壓力（即提高真空度），同時監(jiān)測泵的揚(yáng)程和流量。當(dāng)泵的揚(yáng)程因汽蝕發(fā)生而下降達(dá)到規(guī)定值（通常為額定揚(yáng)程的3%）時，記錄此刻吸入口的真空度，此即為該泵在當(dāng)前工況下的臨界吸上真空度。額定吸上真空度需在此基礎(chǔ)上保留一定的安全裕量。

二、檢測項目

船用電動單螺桿泵的額定吸上真空度檢測是一個系統(tǒng)性工程，包含以下主要項目：

1. 性能檢測：

   • 額定點吸上真空度檢測：在泵的額定流量、額定轉(zhuǎn)速下，測定其臨界吸上真空度。

   • 性能曲線測繪：在不同流量點（如0.6Q, 0.8Q, 1.0Q, 1.2Q）下，分別測定其臨界吸上真空度，繪制吸上真空度-流量（Hs-Q）曲線，全面評估泵在整個工作范圍內(nèi)的汽蝕性能。

2. 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測：

   • 振動與噪聲監(jiān)測：在逐步逼近臨界真空度的過程中，同步監(jiān)測泵體的振動加速度和噪聲分貝值。汽蝕初生和發(fā)展時，振動和噪聲頻譜會出現(xiàn)特征性變化，可作為輔助判據(jù)。

   • 進(jìn)出口壓力監(jiān)測：高精度壓力傳感器實時采集泵進(jìn)出口壓力，用于計算揚(yáng)程和判斷性能下降點。

3. 材料與結(jié)構(gòu)驗證：

   • 汽蝕損傷檢查：在完成規(guī)定時間的汽蝕試驗后，拆解泵，檢查定子橡膠襯套、轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵過流部件表面是否出現(xiàn)蜂窩狀或溝槽狀的汽蝕破壞痕跡，評估材料的抗汽蝕能力。

三、檢測范圍

船用電動單螺桿泵因其強(qiáng)自吸、可輸送含固體顆粒及高粘度介質(zhì)的特性，廣泛應(yīng)用于：

• 船舶動力系統(tǒng)：主機(jī)燃油輸送、滑油輸送、缸套冷卻水輸送等。要求吸上真空度高，確保在船舶搖擺、油艙液位低等惡劣工況下可靠吸油。

• 船舶艙底系統(tǒng)：艙底水、壓載水排放。泵常需在干轉(zhuǎn)或高氣液比條件下啟動，對自吸能力及汽蝕性能要求苛刻。

• 船舶貨物系統(tǒng)：化學(xué)品船、油輪的貨油泵、掃艙泵。輸送介質(zhì)物性（粘度、蒸汽壓）各異，檢測時需考慮介質(zhì)特性對汽蝕性能的影響。

• 海上平臺與工程船：用于輸送鉆井液、泥漿、海水等。介質(zhì)磨蝕性強(qiáng)，要求泵在具備良好汽蝕性能的同時，材料也需耐磨損。

• 消防救援系統(tǒng)：作為應(yīng)急消防泵，必須保證在任何許可的船舶狀態(tài)下都能迅速、可靠地吸入海水。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

檢測活動需遵循嚴(yán)格的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • ISO 17769:2016《液體泵-汽蝕余量測試》：該標(biāo)準(zhǔn)是通用的泵汽蝕性能測試基準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了試驗裝置、方法、測量不確定度及性能下降的判定準(zhǔn)則。

  • ABS, DNV-GL, LR等船級社規(guī)范：各船級社對其入級船舶的泵設(shè)備有附加要求，通常涉及環(huán)境試驗（如傾斜、搖擺）、振動噪聲限值及材料認(rèn)證等。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 3216-2016《回轉(zhuǎn)動力泵 水力性能驗收試驗 1級、2級和3級》：等效采用ISO 9906，對泵的汽蝕試驗方法、精度等級做出了詳細(xì)規(guī)定。

  • GB/T 16907-2014《離心泵技術(shù)條件（Ⅱ類）》：雖主要針對離心泵，但其關(guān)于汽蝕性能的檢驗原則對螺桿泵有重要參考價值。

  • CB/T 標(biāo)準(zhǔn)系列：中國船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對船用泵的型式、參數(shù)、技術(shù)條件和試驗方法有更具體的規(guī)定，緊密結(jié)合船舶使用工況。

• 標(biāo)準(zhǔn)對比分析：標(biāo)準(zhǔn)（如ISO）更側(cè)重于統(tǒng)一的試驗方法和性能評定，為貿(mào)易和技術(shù)交流提供平臺。各國船級社規(guī)范則側(cè)重于船舶安全運(yùn)營的特定要求，更具強(qiáng)制性。中國國標(biāo)與船標(biāo)在技術(shù)內(nèi)容上與標(biāo)準(zhǔn)逐步接軌，同時強(qiáng)調(diào)了適應(yīng)中國造船工業(yè)實際的需求。

五、檢測方法

主要采用閉式試驗臺法，確保精度和控制穩(wěn)定性。

1. 試驗系統(tǒng)搭建：系統(tǒng)主要由水箱、吸入管路、真空調(diào)節(jié)閥、真空表/壓力傳感器、被測泵、排出管路、調(diào)節(jié)閥、流量計、壓力傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。吸入管路應(yīng)盡可能短而直，減少局部阻力。

2. 操作要點：

   • 排氣：試驗前必須對吸入管路和泵腔進(jìn)行充分排氣，確保系統(tǒng)內(nèi)無殘留氣體。

   • 基準(zhǔn)工況建立：首先在吸入管路全開（無真空）狀態(tài)下，調(diào)節(jié)出口閥，使泵運(yùn)行在額定流量和揚(yáng)程點。

   • 真空度調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)記錄：緩慢關(guān)小吸入管路上的真空調(diào)節(jié)閥，使吸入口真空度平穩(wěn)上升。每調(diào)節(jié)一個真空度，待運(yùn)行穩(wěn)定后，同步記錄流量、揚(yáng)程、進(jìn)口壓力（真空度）、轉(zhuǎn)速、功率、振動及噪聲數(shù)據(jù)。

   • 臨界點判定：持續(xù)調(diào)節(jié)直至泵的揚(yáng)程下降達(dá)到規(guī)定值（如3%），立即記錄該臨界狀態(tài)下的吸入口真空度。整個過程中，應(yīng)保持泵的轉(zhuǎn)速恒定（對于電動泵，通常電網(wǎng)頻率穩(wěn)定即可）。

   • 重復(fù)試驗：為保證結(jié)果的可靠性，應(yīng)在同一工況點進(jìn)行不少于三次的重復(fù)測量，取平均值。

六、檢測儀器

1. 真空與壓力測量設(shè)備：

   • 精密真空表/壓力變送器：用于測量泵吸入口壓力。要求精度高（通常不低于0.5級）、響應(yīng)快、量程覆蓋從正壓到高真空（如-0.1~0 MPa）。

   • 壓力傳感器：用于測量泵出口壓力，精度要求同真空測量設(shè)備。

2. 流量測量設(shè)備：

   • 電磁流量計：適用于導(dǎo)電液體（如海水、淡水），測量精度高，無額外壓力損失。

   • 渦輪流量計：精度高，適用于清潔液體。

   • 質(zhì)量流量計：可直接測得質(zhì)量流量，不受介質(zhì)密度變化影響，適用于油類等介質(zhì)。

3. 功率與轉(zhuǎn)速測量設(shè)備：

   • 功率分析儀：通過測量電機(jī)輸入的電參數(shù)（電壓、電流、功率因數(shù)）來計算泵的軸功率。

   • 扭矩儀/轉(zhuǎn)速傳感器：可直接、精確地測量泵軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，是獲取泵實際軸功率和轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確方法。

4. 振動與噪聲分析儀：

   • 便攜式振動分析儀：配備加速度傳感器，可測量泵各軸承座的振動速度或加速度有效值，并進(jìn)行頻譜分析。

   • 聲級計：用于測量泵運(yùn)行時的噪聲水平，通常需在特定距離和方位進(jìn)行測量。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：

   • 將所有測量數(shù)據(jù)換算至額定轉(zhuǎn)速下（如有偏差）。

   • 繪制揚(yáng)程-真空度（H-Hs）曲線和效率-真空度（η-Hs）曲線。

   • 根據(jù)H-Hs曲線，確定揚(yáng)程下降3%時對應(yīng)的臨界吸上真空度Hs,c。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 合格性評判：實測的額定吸上真空度（通常取臨界值減去0.3~0.5米的安全裕量）不應(yīng)低于泵產(chǎn)品樣本或技術(shù)規(guī)格書中聲明的指標(biāo)。

   • 性能等級評估：對比同類產(chǎn)品或設(shè)計目標(biāo)，Hs值越高，表明泵的汽蝕性能越優(yōu)越，安裝適應(yīng)性越強(qiáng)。

   • 運(yùn)行穩(wěn)定性分析：結(jié)合振動和噪聲數(shù)據(jù)。理想的泵應(yīng)在達(dá)到臨界點前，振動噪聲平穩(wěn)。若在較低真空度下即出現(xiàn)振動噪聲顯著增大，可能預(yù)示泵內(nèi)部設(shè)計或裝配存在缺陷，導(dǎo)致提前發(fā)生汽蝕。

   • 材料適用性評估：汽蝕試驗后的解體檢查結(jié)果，是驗證過流部件材料選擇是否合理、制造工藝是否完善的終依據(jù)。無顯著汽蝕損傷為合格。

通過以上系統(tǒng)性的檢測、分析與評判，可以全面、準(zhǔn)確地確定船用電動單螺桿泵的額定吸上真空度，為其設(shè)計優(yōu)化、質(zhì)量控制和在船舶上的安全、可靠應(yīng)用提供堅實的技術(shù)依據(jù)。