單螺桿泵性能試驗檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

單螺桿泵的性能檢測基于流體力學(xué)、工程熱力學(xué)及機械動力學(xué)原理，旨在量化其核心性能參數(shù)。

1. 流量-壓力特性原理：通過調(diào)節(jié)出口閥門或背壓裝置，改變泵的出口壓力，同時測量對應(yīng)流量。其科學(xué)依據(jù)是泵的內(nèi)部泄漏量（滑移量）與壓差成正比，與輸送介質(zhì)的粘度成反比。理想狀態(tài)下，流量不隨壓力變化，但由于定轉(zhuǎn)子間存在配合間隙，實際流量隨壓力升高而近似線性下降。

2. 軸功率與效率原理：輸入軸功率通過扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測量，其值為扭矩與角速度的乘積。輸出水力功率為流量、壓差和介質(zhì)密度的乘積?？傂蕿檩敵鏊β逝c輸入軸功率之比，體現(xiàn)了泵的能量轉(zhuǎn)換效能。容積效率為實際流量與理論流量（由轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)與轉(zhuǎn)速決定）之比，反映了內(nèi)部泄漏的嚴重程度。

3. 汽蝕余量原理：通過降低泵進口壓力，直至泵內(nèi)低壓力點低于輸送介質(zhì)在工作溫度下的飽和蒸汽壓，導(dǎo)致汽化發(fā)生，性能（揚程或流量）下降一定值（如3%）。此時測得的泵進口處總水頭超過汽化壓力的能量值，即為必需汽蝕余量，反映了泵的抗汽蝕能力。

4. 振動與噪聲原理：振動檢測基于機械振動學(xué)，通過加速度傳感器測量泵體在特定測點的振動速度或加速度有效值，分析其與轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、嚙合沖擊等故障的關(guān)系。噪聲檢測基于聲學(xué)原理，測量聲壓級，其來源包括流體脈動、機械摩擦和結(jié)構(gòu)共振。

二、檢測項目

單螺桿泵的性能檢測項目可系統(tǒng)分為以下幾類：

1. 性能特性試驗：

   • 流量-揚程曲線：在不同出口壓力下測量泵的流量。

   • 軸功率-揚程曲線：在不同出口壓力下測量泵的輸入軸功率。

   • 效率-揚程曲線：綜合上述數(shù)據(jù)，計算并繪制總效率和容積效率隨揚程變化的曲線。

   • 汽蝕余量試驗：測定必需汽蝕余量。

2. 機械運轉(zhuǎn)試驗：

   • 振動烈度檢測：在泵的軸承座、驅(qū)動端等關(guān)鍵位置測量振動速度有效值。

   • 噪聲級檢測：在距泵表面規(guī)定距離處測量A計權(quán)聲壓級。

   • 軸承溫升檢測：監(jiān)測運行過程中軸承部位的溫度變化。

   • 泄漏檢查：檢查軸封、連接處等是否有介質(zhì)泄漏。

3. 耐久性與可靠性試驗：

   • 連續(xù)運行試驗：在額定工況下長時間運行，考核其穩(wěn)定性、磨損情況及壽命。

   • 超壓試驗：在短時間內(nèi)承受高于額定壓力的工況，檢驗其結(jié)構(gòu)強度。

   • 型式試驗：全面考核泵的性能、機械運轉(zhuǎn)及結(jié)構(gòu)完整性，通常用于新產(chǎn)品鑒定。

三、檢測范圍

單螺桿泵的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，各領(lǐng)域?qū)z測的具體要求側(cè)不同：

1. 石油化工：要求檢測對高粘度、高含固量、腐蝕性及易燃易爆介質(zhì)的適應(yīng)性。檢測容積效率、軸封密封性、材料耐腐蝕性及防爆性能。

2. 環(huán)保與污水處理：針對含纖維、顆粒物的污泥介質(zhì)，檢測通過能力、磨損壽命、以及在不同含固率下的性能曲線。

3. 食品與制藥：要求無菌、衛(wèi)生設(shè)計。檢測在于易清洗性（CIP/SIP）、材料合規(guī)性、以及對介質(zhì)剪切敏感性的評估。

4. 船舶與海洋工程：用于輸送燃油、潤滑油、艙底水等。檢測需符合船級社規(guī)范，強調(diào)可靠性、抗搖擺和沖擊能力、以及低NPSHr性能。

5. 建筑與市政：用于輸送粘稠涂料、砂漿等。檢測在于輸送高粘度介質(zhì)時的壓力保持能力和自吸性能。

6. 能源與電力：用于煙氣脫硫系統(tǒng)中的石灰漿液輸送等。檢測需關(guān)注耐磨蝕性能和長期運行的穩(wěn)定性。

四、檢測標準

國內(nèi)外標準體系為單螺桿泵的檢測提供了規(guī)范性依據(jù)。

1. 與國外標準：

   • ISO 15136-1：《井下人工舉升系統(tǒng)用單螺桿泵系統(tǒng)》部分，內(nèi)容詳盡，尤其適用于石油工業(yè)的苛刻工況。

   • API 676：《容積式泵-轉(zhuǎn)子泵》，雖覆蓋多種轉(zhuǎn)子泵，但對性能測試、振動噪聲有通用要求。

   • DIN 11851：《食品工業(yè)用螺紋連接件》，雖為連接標準，但關(guān)聯(lián)食品泵的衛(wèi)生檢測要求。

2. 中國標準與行業(yè)標準：

   • GB/T 32074：《螺桿泵試驗方法》，是國內(nèi)單螺桿泵性能檢測的核心標準，詳細規(guī)定了試驗裝置、方法、精度和數(shù)據(jù)處理。

   • JB/T 8644：《單螺桿泵》，規(guī)定了單螺桿泵的型式、基本參數(shù)、技術(shù)要求及檢驗規(guī)則，是產(chǎn)品制造和出廠檢驗的主要依據(jù)。

   • GB/T 29529：《泵的噪聲測量與評價方法》和 GB/T 29531：《泵的振動測量與評價方法》，提供了統(tǒng)一的振動噪聲檢測框架。

3. 對比分析：

   • ISO 15136-1 更側(cè)重于石油井下特殊工況，測試條件更為嚴苛和具體。

   • GB/T 32074 與 API 676 在核心性能測試原理上基本一致，但API標準在數(shù)據(jù)記錄、試驗報告格式上可能要求更嚴。

   • JB/T 8644 作為產(chǎn)品標準，與GB/T 32074試驗方法標準相輔相成，共同構(gòu)成了國內(nèi)單螺桿泵從制造到檢驗的完整標準體系。在實際應(yīng)用中，常需根據(jù)目標市場和使用領(lǐng)域選擇或結(jié)合適用標準。

五、檢測方法

1. 開式試驗臺與閉式試驗臺：

   • 開式臺：介質(zhì)從水池吸入，排出至水池。結(jié)構(gòu)簡單，適用于常溫清水試驗。

   • 閉式臺：介質(zhì)在密閉管路中循環(huán)，可加壓、加熱、維持真空，適用于高溫、高壓、易揮發(fā)或特殊介質(zhì)試驗，精度更高。

2. 操作要點：

   • 介質(zhì)準備：試驗介質(zhì)應(yīng)與實際應(yīng)用介質(zhì)性質(zhì)相近（粘度、密度）。若使用代用介質(zhì)（如清水代替油），需進行粘度換算。

   • 系統(tǒng)排氣：啟動前必須徹底排除泵和進口管路中的氣體，防止汽蝕和性能失真。

   • 穩(wěn)態(tài)測量：每調(diào)整一個工況點，需待流量、壓力、溫度、扭矩等參數(shù)穩(wěn)定后方可記錄數(shù)據(jù)。

   • 數(shù)據(jù)同步：確保流量、壓力、功率等參數(shù)在同一時刻被采集或記錄。

   • 儀表校準：所有檢測儀器儀表必須在有效檢定周期內(nèi)，確保測量精度。

六、檢測儀器

1. 流量測量：

   • 電磁流量計：精度高，無阻流件，適用于導(dǎo)電液體。

   • 質(zhì)量流量計：直接測量質(zhì)量流量，精度極高，不受介質(zhì)密度、溫度、壓力變化影響，適用于高粘度及非牛頓流體。

   • 渦輪流量計：精度較高，但對介質(zhì)清潔度和粘度敏感。

   • 標準計量罐：作為原始基準，用于標定其他流量計。

2. 壓力測量：

   • 壓力變送器/傳感器：響應(yīng)快，精度高，可輸出標準電信號，便于自動采集。需根據(jù)量程和介質(zhì)腐蝕性選擇膜片材質(zhì)。

3. 功率測量：

   • 扭矩轉(zhuǎn)速傳感器：串聯(lián)在驅(qū)動軸系中，直接、精確地測量扭矩和轉(zhuǎn)速，是計算軸功率準確的方法。

   • 電功率法：測量電機輸入電功率，再乘以電機效率（需已知）估算軸功率。精度低于扭矩儀，但安裝簡便。

4. 汽蝕余量裝置：

   • 真空泵組：用于降低進口壓力。

   • 精密壓力/真空表：用于精確測量泵進口處的絕對壓力。

5. 振動與噪聲測量：

   • 振動分析儀：配合壓電式加速度傳感器，測量振動速度、加速度、位移等參數(shù)。

   • 聲級計：至少為1級精度，用于測量噪聲聲壓級。

七、結(jié)果分析

1. 性能曲線分析：

   • 正常曲線：流量-揚程曲線應(yīng)為平滑下降的近似直線；效率曲線應(yīng)存在一個率區(qū)（額定工況點）。

   • 異常分析：

     • 曲線陡降：表明內(nèi)部磨損嚴重，容積效率急劇惡化。

     • 功率異常偏高：可能為裝配過緊、介質(zhì)粘度過大或機械故障（如軸承損壞）。

     • 效率偏低：可能源于設(shè)計不合理、加工誤差或內(nèi)部流道損失過大。

2. 汽蝕余量評判：

   • 將實測的NPSHr值與產(chǎn)品樣本承諾值或合同規(guī)定值對比，需滿足實測值 ≤ 規(guī)定值。

   • NPSHr值過高，表明泵的抗汽蝕性能差，限制了其安裝高度或適用工況。

3. 振動與噪聲評判：

   • 將測得的振動速度有效值和噪聲聲壓級與標準（如GB/T 29531, GB/T 29529）中對應(yīng)泵的中心高和轉(zhuǎn)速的限值進行比較，判定等級（如A， B， C級）。

4. 綜合評判：

   • 所有檢測項目的結(jié)果需與適用的產(chǎn)品標準、技術(shù)協(xié)議或采購規(guī)范進行逐項比對。

   • 一份合格的檢測報告應(yīng)結(jié)論明確，指出泵的性能是否滿足要求，并對存在的任何偏差進行分析和說明。耐久性試驗還需提供運行時間、關(guān)鍵部件磨損情況等結(jié)論。