1、中华人民共和国行业标准水泵模型验收试验规程SL 140-97 条文说明目次1 ，总贝0432 术语的定义、符号及计量单位.63 试验台464 模型泵.47 5 测量方法496 试验方法.四7 组织实施.52 8 原型泵性能换算.53 附录A试验误差分析与估算.56 42 1 总则1. 1 制定的目的由于泵的大型化，使在工厂进行原型泵的试验十分困难，有时甚至是不可能的，因此，国内外广泛采用以模型试验的结果代替原型泵的验收，这就是所谓的模型验收试验。但至今国内还没有一个验收试验的规程，模型泵的尺寸、制造精度、测量方法及换算成原型泵性能的公式等都不统一，每次试验前双方都要进行协商，对于试验结果也难以
2、进行比较。为了改变这种情况，水利部组织编写了本验收规程。1.2 适用范围本节明确提出泵段和泵装置的概念，因而也就引出泵段试验与泵装置试验的概念。因为对于大型泵站而言，其进、出水流道形式的选择与设计是十分重要的，已成为泵的重要的不可分割的组成部分，用户关心的不仅是泵段的性能而且还有装置的性能，因此有必要对装置试验加以统一规定。1.3 引用标准当前无论是ISO还是其他国家标准中还没有与水泵模型验收试验规程完全一致的标准。在编写中重点参考了ISO/DIS5198 (A级)(离心泵、泪流泵和轴流泵验收试验规程)，因为这个标准中明确提出也适合模型试验，同时这个标准和目前我国使用的国家标准GB3216-8
3、9是配套的CGB3216-89是等效采用ISO 3555倍级)和ISO2548 (C级刀，在我国推行起来有一定基础。在编写中还参考了IEC497 (1 976) (蓄能泵模型验收试验国际规程)，因为本规程的对象是泵，与蓄能泵相比无论在功率、43 运转时间及结构上均有较大差异，故只作为一般参考。在确定原、模型泵水力效率换算公式时主要参考了IEC995 (1991) (用考虑比尺效应的水力机械模型验收试验确定原型性能。1.4 试验内容由于泵的使用条件不同，可能对模型试验提出更多或一些特殊的试验内容，在本规程中只写入了性能、汽蚀、飞逸特性三项基斗立的，也是最重要的三项，这三项统统都有写入合同中的保证
4、值，其他项目按1.4.4条执行。44 2 术语的定义、符号及计量单位本章中所列术语都是在本规程中出现的，其定义参考了有关标准，其中单位为国际单位制(S1)，只有功率(以kW代替W)、转速(以mm代替s)和温度CC)未采用SI导出单位。计算水力效率(表2-1中序号27):在GB7021.离心泵名词术语中对水力效率的定义为泵的扬程与理论扬程之比。因很难计算和测量出泵内水力损失，元法计算出泵的理论扬程与水力效率。在IEC995 (991)中对水力效率的定义为水能与叶轮机械能之比，即:机=QgH/CP-P，)o式中P，为机械功率损失，可以测量，但不模拟也不能换算。考虑到IEC995 (1991)的定义
5、的科学性与可操作性，本规程对水力效率的定义为泵输出功率与轴功率减去机械功率损失之比。此时的水力损失包括了圆盘摩擦损失、容积损失、摩擦阻力损失和旋涡损失等项损失。为了与GB7021的术语有所区别，本规程将按IEC995(1991)定义的水力效率称为计算水力效率。加权平均效率(表2-1中序号28):仅用个别工况点的效率来衡量泵性能的优劣往往是片面的，对用户以后的使用甚至是十分不利的。因此，提出了加权平均效率的概念，由用户依据泵的实际运行情况确定验收工况点及加权因子，以便全面衡量泵的效率指标。45 3 试验A J:I 本章中对承担水泵模型验收试验的试验台提出了九项要求，其中最主要的是试验台的测试误差
6、及稳定性，在这一点上，参考ISO标准和国外标准并结合我国的实际情况，将效率试验的极限相对误差定为土1.3%，重复性误差为土0.7%，这是可以实现的，同时也高于国际标准，具有一定的先进性，现将有关标准的测试误差列入下表:测试误差比较襄(%)测量项目符号JIS B 8327 ISO/DIS 5198 B. S. 599 DIN 1944 (A级)扬程fH 士1.0土1.0土1.0流量fQ 士1.5土1.5士1.5士0.5轴功率fp 士1.0土1.0士1.0转速f. 士0.2土0.2士0.1效率f 土2.0土2.25士2.0士0.846 4模型泵4.0.3 模型泵的试验扬程与尺寸z相似理论是模型试验
7、的理论基础，其中包括模型泵与原型泵的几何相似，这一问题将在4.0.4条中谈及;另一个就是流动相似，两个液流达到完全相似是难以做到的，在模型试验中粘性力相似是主要的，即应ReM=Rep，但这一点也很难做到，故提高雷诺数值进入阻力平方区，使阻力系数与雷诺数元关，表4.0.3对雷诺数的最小值作了规定，其中Re句盯ml丑l都是按IEC497而定的。模型直径应尽量做得大些，以减小尺寸效应。目前国内轴流泵及混流泵的模型一般都做成0.30m，与蓄能泵的标准相同，故定为表4.O. 3的数值。模型泵的试验扬程宜与原型泵的扬程一致，即DMnM=Dpnp，这一条件对于低扬程的轴流泵尚可，但对于离心泵就难以实现。因为
8、转速提高后，轴功率增加很多，日本的模型泵试验方法中规定:模型泵的扬程相对于原型泵的扬程之比，能量试验时50%以上，汽蚀试验时80%以上，即是可行的。在表4.0.3中如果Remm和Dmm满足要求，Hmm对于轴流泵规定点的扬程将是5m , .昆流泵为13 m，离心泵为32m (取水温为20C，此时的=1.004X10-6)，这个值对于轴流泵和混流泵来说一般能大于实物泵扬程的50%，而对离心泵则不尽然。4.0.4 几何相似:4.0.4.1 相似范围:按泵装置的概念应包括门槽，拦污栅，进、出水流道和泵在内的所有过流部件，但因在模型泵装置上模拟门槽和拦污栅有困难，因此本规程在要求所有过流部件几何相似中不
9、包括门槽和拦污栅。4.0.4.2 模型泵和原型泵尺寸允差:主要参考JISB 8327和JB/T 541391，并考虑到IEC497 (1976)的一些规定。4.0.4.3 模型泵过流部件表面粗糙度:理论上要求模型泵叶轮和47 导叶等过流部件的表面相对粗糙度应与原型泵的相对粗糙度相同，但不可能实现，故只在表4.0.4-2中给出模型泵主要过流部件的表面粗糙度，原型泵表面粗糙度应符合JB/T541391要求。48 5 测量方法5. 1 流量测量流量的测量方法很多，各自都有标准可循。如果全部写入，内容太多;若摘录又说不清楚，故本规程采用列表的形式将每种方法遵循标准的代号和测量误差范围列出，供使用者参考
10、。实际上原级法在试验中用的极少，大都是用于流量计的原位校正，在试验中应用较多的还是次级法。5.2 扬程测量扬程测量的环节比较多，如基准面的规定，测量截面的选取，测压孔、测量仪表选用等，这部分没有新的内容与规定，主要目的是为了统一，其中5.2.1条的基准面是按GB3216-89的定义规定的。5.3 轴功率测量本节谈到的直接测量法中测功机和转矩转速仪都是要同时测量泵的转短和转速，其中测功机一般为非标产品，它是由-个电动机改制而成的，外壳可以自由转动，其测量精度主要取决于力臂测量误差，支承轴承摩擦力的大小、电线的阻力及硅码或其他力传感器的精度等，故测功机在使用前都需要经过标定或检查，以确定其测量误差
11、。转矩转速仪国内外均有定型产品，测量误差在士o.2%士0.5%之间，能满足模型试验要求，是目前水泵行业中普遍采用的方法，使用比较方便，其主要问题是对安装精度要求较高。49 6 试验方法6. 1. 2 模型泵的性能试验理应在同原型泵相似的汽蚀余量下进行，但在实际试验过程中都是在无汽蚀条件下进行性能试验，然后通过全面的汽蚀试验来确定汽蚀参数对性能的影响。6.1.5 关于模型水泵效率的计算公式中机械功率损失问题，在过去的模型试验中，计算效率时，有的减去机械功率损失，有的不减去机械功率损失，很不统一，结果计算出的效率值差异较大，相互之间也无从比较。考虑到机械损失并不模拟，也不能换算，过去虽然提出许多由
12、模型泵换算到原型泵效率的计算公式，几乎都是用水力效率为基础的换算公式，故为统一起见，本规程在计算模型泵效率时都减去机械功率损失。6.1.6 在模型试验中摩擦力矩M的数值随其工况变化而异，因为每个工况点的轴向力与径向力不同，因而摩擦力不同。在测量M时，因无叶轮故轴向力很小，摩擦力也很小，测量出的空载损失也是偏小的。6.2 汽蚀试验本规程汽蚀试验的目的在于求取模型泵临界汽蚀余量NPSHl值，然后根据公式(8.O. 2-4)换算得到原型泵的NPSH1.p，以确定原型泵的安装高程。而IEC497 (1976)中汽蚀试验的目的是为了验证性能保证值，即在给定的汽蚀系数下进行试验，看其效率、飞逸转速和流量等
13、值是否满足保证值的要求。6.2.1 汽蚀试验装置中用以改变汽蚀余量的方法很多，如改变泵进口阻力，改变泵进口液位高度等，但本规程规定应采用闭式回路中改变进口压力的方法，这种方法方便、快速，易于实现，且具有进口流动条件好、水流平稳的特点，是汽蚀试验中广泛采用50 的方法之一c6.3 飞逸特性试验6.3.1 所谓模型泵作水轮机工况反转且输出力矩为零是指:模型泵在规定扬程(水头)作用下作水轮机工况运行，此时转向与原水泵运行方向相反;测功电机以此转向和转速作发电机方式运行，令其输出力矩等于模型泵的机械损失力矩。若不能直接作零力矩试验，则必须在各种力矩下作充分的试验，才允许用外推法将转速推算到零力矩。6.
14、3.5 一般情况下飞逸转速是在无汽蚀条件下测得的。而对验收试验，考虑到原型泵安装高程可能会对飞逸工况的转速和流态产生影响，故提出该项要求。51 7 组织实施本章主要规定了在模型试验组织实施过程中的一些具体问题，如试验地点、试验组织、试验大纲、试验报告等问题，大部分是非技术性的问题，供合同双方执行时参考。52 8 原型泵性能换算8. 0.1 计算水力效率的换算z性能换算中主要是效率换算。几十年来，由水泵模型的效率换算到原型泵的效率，一直采用美!写工程师莫迪(Moody)公式:(1制=川M)在公式中使用五次方根的比值是根据当时制造水平和模型试验水平用统计数据归纳分析而得来的，直径比值的事值并无理论
15、依据(也曾提出过用四次方根或六次方根的计算方法)。今天的制造技术和试验水平都比四五十年前大大提高，用统计数据归纳的幕值已经改变:一种改进方法是保留原有公式简单的形式，而对直径比值建议不同机型使用不同的幕值。另一种改进方法是对水力损失的两种不同类型一一摩擦损失和旋涡损失做不同处理。莫迪(Moody)公式使用模型和原型直径部分是反映表面粗糙度的不同，所以主要是修正摩擦损失的不模拟，但是在叶片式水力机械中，和粗糙度基本无关的旋涡损失也占很大比重，可以认为模型和原型的旋涡损失比重是相同的。为此，瑞士阿柯瑞(Ackeret)提出了对轴流式水轮机的效率换算公式为:1一户1- 1JM( O. 5 + O.
16、5高)此式假定了模型的水力损失中一半为旋涡损失，不做修正，而另一半为摩擦损失，用雷诺数的五次方根来换算，使用雷诺数来代替直径比值体现了对水头效应的考虑。后来英国的胡顿(Hutton)建议对轴流式水轮机两类损失的分配由各O.5改为旋涡损失O. 3和摩擦损失O.7。经过很多研究者的不断改进，70年代广泛应用下面的换算公式，适用于混流式和轴流式两种型式的水轮机:53 5lDMlol瓦11一币p= (1一叫(1- E) +而创百二系数代替全部水力损失中摩擦损失所占的比重，对于混流式和轴流式水轮机以及同一机型在不同工况下，值都是变动的。所以，近年来许多研究者用理论分析或统计方法都在探讨E值的大小和分布方
17、式。日本的井田富夫对水力机械，包括水泵、水轮机和水泵水轮机的水力损失进行了系统研究，提出对常规水泵的值为0.6-0.75。日本标准lSB 8327中建议用下式进行换算:1卜一守轩俨P卢=(1卜一知w叫)汇(1卜一V)+山+川1叫立)尸广一叩O川1其中V = Vo/忡6.2岛5(QM/QM，o咐)牛1一0.84J2十0.8剖4VOt = 1. 4N;o.1一O.07 式中QM.ot一一模型效率最高时的流量;N，一日本用比转速，N，=!.乒(Q:川n);3.65n .; Q n，一一中国用比转速，ngZJ骂他:m3/s); N,= H3/4 2.12 n, o 上式与胡顿公式具有相同意义，前项是旋
18、涡损失，后项是摩擦损失的换算。ISO 3555、B.S.599、DIN1944及GB3216-89等标准都没有给出模型性能换算公式。IEC 995 (1991)是IEC基于现有研究成果最新公布的关于模型到原型进行效率比尺放大的标准，目前巳在国际模型验收试验中得到应用。应指出的是以上种种效率换算公式都是近似的。所以在性能换算时，应按合同中规定的公式进行，如合同中未规定时，按本规程采用IEC995 (1991)的公式进行换算。54 8.0.2 流量、扬程、轴功率和汽蚀余量的换算:本规程给出的扬程和轴功率的换算公式已有足够精确度，故未考虑重力加速度换算的影响。目前对于水力效率增量是如何影响原型泵的性
19、能，尚不太明确。日本JISB 8327规定流量和扬程换算考虑效率增量的影响，而轴功率换算不考虑效率增量的影响;IEC 995 (1991)规定流量和扬程换算不考虑效率增量的影响，而轴功率换算考虑效率增量的影响。本规程采用IEC995 (1991)的公式进行换算。55 附录A试验误差分析与估算Al 试验误差的划分与估算试验误差按有关资料中介绍应分为三类即系统误差、随机误差和粗差，在本附录中考虑到粗差是在测试过程中由于试验人员读数错误、仪表故障、计算错误等原因而造成。这类误差常常很大，容易辨别，可以立即采取措施剔除，所以没有提到。Al.l 系统误差:模型泵验收试验中，系统误差主要是指测量仪表或传感
20、器的精度而言，为了把系统误差控制在一定范围内，本规程对各个基本量测量的最大允许系统误差限作了规定(见第5章)。扬程属于间接测量值，在考虑扬程的系统误差时应是位置水年头、速度水头及压力水头三项按(Al)式导出，但考虑到位置高度及速度头的误差较小，可忽略不计。Al.2 随机误差:随机误差一般是对模型泵的规定点而言，即将泵调到规定点，在试验系统稳定后，连续对流量、扬程、转矩、转速重复采样，一般取n=9次即可，然后，按下列步骤计算。(1)确定读数的平均值2主=01+02 +十Onn 式中X一一读数的平均值;01, O2, , On -每次采样值;56 n一一采样次数。(2)按公式(A3)计算标准偏差止。(3)由表Al查出t卜1值。(4)按公式(A4)或(A5)计算出ERo上述是求随机误差的方法与步骤，如果试验台是稳定的，随机误差在误差计算中所占比例是较小的，在水利部门的标准中都将随机误差的指标控制在总误差的1/2以内，故在本规程中也这样规定。57 k由lO叮FJ (f) 书号:158012464 7L 6.00 定价:
