毕业设计（论文）IS5032200水泵性能自动化测试系统设计（含全套图纸）

1、本科毕业设计说明书is50-32-200水泵性能自动化测试系统设计design of is50-32-200 pump performance automation test systemcad图纸，外文翻译，ppt答辩，联系qq153893706学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 机 设 07-12 学生姓名： 指导教师： 2011年 6月 7日is50-32-200水泵性能自动化测试系统设计摘要 本文对水泵性能参数测试方法进行了分析和研究，提出了基于plc技术的水泵性能参数测试系统的解决方案。在研究过程中，分析讨论了传感器与plc软件的接口方法；分析了流量传感器、压力传感器、霍尔传感器

2、在测量流量、扬程、转速的应用方法。提出了在plc技术上对水泵性能的自动化测试。为了确保水泵正常工作,对其进行性能检测十分重要。目前国内在矿用水泵关键参数的检测方面手段单一,方法陈旧,自动化水平不高,无法满足实际需要。实验结果表明基于plc技术的水泵测试系统，可以适用于科研院校和水泵厂的使用要求，具有一定的推广应用价值。关键词：水泵性能、传感器、plc技术、数据处理design of is50-32-200 pump performance automation test system abstractthis article on the pump performance parameters

3、 testing method is analyzed and studied, the presented based on plc technology pump performance parameters testing system solutions. during the study, analyzes and discusses the sensor and plc software interface methods; analyzed the flow sensor, pressure sensor, hall sensors in measure flow, head,

4、rotational speed application method. the proposed in plc technology of pump performance of test automation. in order to ensure the normal work of the pump, performance testing is very important. at present domestic in mine water pumps key parameters in the inspection of the means of a single, the me

5、thod is dated, automation level is not high, unable to meet the practical needs. experimental results show that based on plc technology pump test system, which can be applied to scientific research colleges and pump manufactory requests, has certain application value. keywards： water pump performanc

6、e, sensors, plc technology, data processing 目录摘要(中文)摘要(外文)1 绪论32 测试系统总体方案的确定92.1 方案比较92.2 开发平台的选择102.3 水泵性能参数测试台管路装置102.3.1 试验装置102.3.2 试验管路的安装112.4 总体方案132.5 本章小结133 管路参数的选择143.1 无缝钢管的选择143.2 法兰的选择163.3 垫片的选择163.4 阀门的选择183.5 水箱设计194 水泵性能参数测量的基本原理204.1 水泵试验概述204.2 水泵性能参数测试理论与测试仪表选择204.2.1 水泵流量测量与流量变

7、送器选择20(1)流量测量原理20(2)流量测量结果按规定转速的换算22(3)流量测量的涡轮流量计选择224.2.2 水泵扬程测量与压力传感器的选择22(1)扬程测量原理22(2)截面选择与取压孔设置：234.2.3 水泵轴功率测量与功率变送器选择274.2.4 电机转速的测量294.2.5 温度传感器344.2.6 水泵效率的计算355 基于plc的水泵测试系统软件设计365.1 plc的选取365.2 附件的选取365.3模块设备375.3.1通讯模块375.3.2数据处理及过程控制模块375.3.3数据采集模块385.3.4 监控模块385.4 ad模块的接线385.5 plc编程简介3

8、95.5.1 plc的基本概念395.5.2 plc的基本结构395.5.3 plc的工作原理405.5.4 plc内部运作方式405.6 程序的设计及显示415.6.1 plc程序的编写与调试425.6.2 f940g0t-swd的编写425.6.3 plc接线图：425.6.4 设计的程序操作及显示界面：436 结 论44参考文献45附录46致谢501 绪论水泵综合参数自动测试系统是指采用检测技术、控制技术、计算机技术和通信技术自动采集和处理水泵性能参数的系统。水泵综合参数自动测试系统不仅是提高管理水平的需要，也是微电子和计算机技术迅速发展的必然。它不仅能节约人力资源，更重要的是可提高水泵

9、测试的精确性，提高泵产品的研发效率，提升产品的技术经济性能，提高泵企的国际竞争力。1.1 水泵性能测试系统的现状概述水泵使用面广，种类繁多，属于通用性的机械类而广泛应用于过敏经济的各个部门。随着现代工业的蓬勃发展，采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等部门中，各种形式的泵应用很多，其规模和投资越来越大，功能分类越分越细。水泵的工作是以输送流量、产出全压、所需功率及使用效率来体现的，这些工作参数之间存在着相应的关系，当流量与转速变化时，会引起其他参数的变化。为了正确选择、使用水泵，必须了解这些参数之间的相互关系。由于水泵理论至今仍不十分完善，所以水泵性能参数的获取主要依赖于性能试验。水泵性

10、能试验包括基本性能试验和变速下的通用性能试验。基本性能试验是在水泵转速不变的情况下，改变水泵流量，测试水泵的各个性能参数变化，并绘制性能曲线。但随着水泵调速节能技术的发展和应用的越来越普及，变速调节下的水泵性能参数的变化也越来越值得研究。长期以来，我国的水泵测试手段比较落后。水泵性能参数测试设备仍主要以手动操作试验过程、手工测量试验数据、手工绘制曲线为主，存在测量手段落后，测量精度不高和劳动强度高等功能缺点，这种状况在我国还相当普遍。从20世纪八十年代末到九十年代初，在伴随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自动控制技术的飞跃发展，在水泵性能参数的自动采集和测试方面，我国取得了一定的进步。浙江

11、机械研究所、江苏理工大学、山东农业大学、华北水利电力学院等单位相继对水泵实验装置进行了研究与开发，建立了各具特色的实验装置，他们为水泵自动测试系统的不断完善发挥了先导作用。如中国农业机械化科学研究等开发的pms水泵综合测试系统，它是以工控机为下位机、pc机为上位机构成的分布式大型水泵参数测试系统，功能完备，但操作也比较复杂；另外，江苏理工大学tp自动化研究开发的泵参数综合测量仪则结构紧凑，安装方便。他们都是各具特色的水泵性能参数测试设备。在我国，许多厂家或者是国有企业改制后的中、小型企业，或者是乡镇企业、民营企业，生产规模一般不大、并且产品多样，许多厂家的水泵甚至按照用户的需求进行生产，很难形

12、成统一的系列。在这种情况下，对水泵的系能测试系统就要求具有：（1）投资少，适合小企业的推广使用；（2）测试系统调整或升级比较容易，适用于不同类型泵类产品测试要求；（3）尽量满足不同工况测试需求，能为水泵改型提供参考；（4）操作简单、易行。因此，对于这种需求现状，目前的测试系统中仍然存在一些缺憾；或者参数测量不完整或者系统过于庞大且复杂，造价太高而不能为众多小型水泵生产厂家所采用，或者功能单一不易推广。因此，在大多数小型泵厂，其型式试验和出厂试验仍然靠手工操作为主。如何在国家标准的基础上，利用新技术、新设备等手段实现水泵性能的自动测试与分析已成为国内众多水泵生产厂家及研究单位的迫切需求。1.2

13、水泵测试在生产与研究中的作用目前，泵应用很多，其规模和投资越来越大，功能分类越分越细，这一切与泵试验及测试技术的发展是分不开的。因为泵从研究、开发、生产到应用，必须经过一系列试验。因此，测试在泵的发展中具有极其重要的地位。由于水泵理论至今仍不十分完善，流体在水泵中的运动过程中十分复杂，无法用完整的数学解析式来描述水泵在不同工作状态下的运动特征，所以水泵的各项技术指标仍然必须用水泵实验的方法来测量，即水泵性能参数的获取主要依赖于性能试验，并以测量的结果来评判泵的性能是否达到规定的要求。 泵是种通用机械，种类繁多，广泛应用于农田排灌、城市给排水、石油化工、动力工业、冶金工业、造船工业、机械制造、火

14、箭燃料供给等”。根据近期市场预测，到2010年，工业泵总产值将达到180亿元，可实现销售收入190亿元； 当前还是泵行业出口创汇增加幅度最大的时期，预测2006年、2010年的出口创汇额可分别达到45亿美元和7亿美元左右，比1998年增加25倍和44倍，比 2000年的预测值也将增加12倍和29倍，将占到工业总产值的25和32左右 。“由此可见，当前正是泵业发展的朝阳时期，泵业市场的利润空间巨大。但据近期市场调查发现，国内虽然泵业生产企业众多，原材料和劳动力廉价，但高水平、高质量的泵产品却供不应求，仍需从国外大量进口。这对于国内泵企来说，不仅丢失了市场，降低了利润空间，而且不利于国内高档泵类产

15、品的研发，无疑是个遗憾。究其原因，主要是国内泵业缺乏具有新的思路、现代的试验手段、先进控制的水泵测试系统，难以总结出新的理沦来指导产品研发，改良生产质量，提高产品性能，以至于市场急需的产品试制太慢或短缺，多数泵类产品的性能水平与用户的要求差距较大，很难冲出传统产品的格局。这就需要从根本出发，找到解决问题的办法，循序渐进，才能有新的突破。因此，现阶段我们开展水泵综合参数自动测试系统的研究，能够促进水泵测试系统的自动化水平，有助于提高泵产品的研发效率、改善产品的性能水平，具有较高的实用价值，对于提高国内泵企的国际竞争力也具有现实意义。1.3 水泵的性能指标水泵的应用如此广泛，为了正确使用，我们必须

16、了解其性能的特点，水泵的性能主要从以下几个方面来考虑：流量:指水泵在单位时间内通过泵出水口的体积量；扬程:就是单位重量的液体通过水泵后所获得的能量，或者是水泵的出口总水头与入口总水头的代数差；功率:水泵的有效功率；效率:水泵的效率；转速:电动机的转速。1.4国内外泵测试技术的现状和发展趋势1.4.1 国外泵测技术现状国外在水泵测试领域研究起步较早，测试系统的产品已经比较成熟。由于泵测试技术的重要性，国内外在致力于泵研究、设计、加工的同时，也相继建立了一些配套的泵试验台。例如，英国国立工程实验室（nel）的水力试验台，自1961年1月运行至今，该试验台适用于水泵和模型水轮机（最大直径0.5m）的

17、性能试验，可以以开式和闭式两种循环方式进行效率和汽蚀试验，部分参数可自动控制，试验数据由计算机进行自动采集、处理，并自动绘制和打印试验结果。随着科学技术的发展，现在试验台设备的不断更新及数据采集处理手段的改进，测试的精度和自动化程度也就相应地提高了。目前，国外测试系统呈现出高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等特点。西德ksb公司和瑞士苏尔康公司水泵试验台均采用了计算机自动化测试系统。又例如美国tecquipment inc生产的centrifugal pump test sst（gi-15），是一台用于离心泵测试的装置。gi-5提供了一种测试研究离心泵在不同扬程、流量、转速下的特性

18、的方法。同类产品的还有英国cussons technology公司生产的p6250齿轮泵、轴流泵、离心泵和活塞泵测试平台等。这类水泵测试装置尽管具有高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等优点，但在数据处理方面尚显的功能薄弱，缺少嵌入式的数据处理分析系统，效率不高。针对以上的不足，另外一种基于计算机的测试系统孕育而生。例如美国的agritechnology公司开发的ptest水泵测试系统，该系统在windows或dos环境下工作，操作者将观测到的数据输入计算机，ptest系统根据水泵的测试公式、算法及iso标准，计算出相关参数，拟合曲线、保存数据并生产打印报表。此外还有美国scient

19、ific software集团开发的infinite extent等水泵测试系统。1.4.2 国内泵测试技术的发展现状从20世纪八十年代末到九十年代初，在伴随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自动控制技术的飞跃发展，在水泵性能参数的自动采集和测试方面，我国取得了一定的进步。浙江机械研究所、江苏理工大学、山东农业大学、华北水利电力学院等单位相继对水泵实验装置进行了研究与开发，建立了各具特色的实验装置，他们为水泵自动测试系统的不断完善发挥了先导作用。如中国农业机械化科学研究等开发的pms水泵综合测试系统，它是以工控机为下位机、pc机为上位机构成的分布式大型水泵参数测试系统，功能完备，但操作也比较

20、复杂.九十年代初，天津正大电子研究所研制开发出采用标准仪器和ibm-286计算机组成的gc-4水泵自动测试系统，该系统采用标准仪器以积木的方式组成，这种开放式的组成方式使得各仪器脱离计算机都可以独立工作，系统的组成与分解，维修和计量都十分方便。另外江苏理工大学tp自动化（tpa）研发中心开发的泵类产品测试（实验）系统为功能比较完善的测试系统，结构紧凑，且安装方便。以上都是各具特色的水泵性能参数测试设备。在我国，许多厂家或者是国有企业改制后的中、小型企业，或者是乡镇企业、民营企业，生产规模一般不大、并且产品多样，许多厂家的水泵甚至按照用户的需求进行生产，很难形成统一的系列。在这种情况下，对水泵的

21、系能测试系统就要求具有：（1）投资少，适合小企业的推广使用；（2）测试系统调整或升级比较容易，适用于不同类型泵类产品测试要求；（3）尽量满足不同工况测试需求，能为水泵改型提供参考；（4）操作简单、易行。因此，对于这种需求现状，目前的测试系统中仍然存在一些缺憾；或者参数测量不完整或者系统过于庞大且复杂，造价太高而不能为众多小型水泵生产厂家所采用，或者功能单一不易推广。因此，在大多数小型泵厂，其型式试验和出厂试验仍然靠手工操作为主。如何在国家标准的基础上，利用新技术、新设备等手段实现水泵性能的自动测试与分析已成为国内众多水泵生产厂家及研究单位的迫切需求。1.4.3 泵测试技术的发展趋势随着工农业生

22、产的发展，我国水泵企业对测试设备的自动化、智能化要求与日俱增。一方面，要求测试系统具有更高的速度、精度、可靠性和自动化水平，以便减少人力和提高工作效率；另一方面，要求测试系统具有更大的灵活性和适应性。总体来说，水泵测试系统正朝着如下几个方向发展： 1采用高精度、自动化的智能测试技术 传统的方式中，由于缺乏先进的控制方法，使得测量精度的提高进一步受到 限制，不能鉴别设计上的微小改善，尤其是对于流量这个具有非线性、时变、难以建立精确数学模型的控制对象，通常的方法是：由人工进行工况调节，完全依靠操作人员的经验，调节费时、费力、稳定性差并且精度不高。 随着科学技术的发展，尤其是自适应控制、鲁棒控制、非

23、线性控制、大系统理论和预测控制等现代控制理沦的出现”，以及仪器仪表的高度自动化和信息管理的现代化，使得对流量的自动调节成为可能，一些先进的控制方法如模糊控制不依赖于被控对象的数学模型，对无法建模或很难建模的复杂对象，也能利用人的经验知识来设计模糊控制器完成控制任务。与传统的pjd控制相互结合， 可以扬长避短，提高控制精度。 因此水泵测试系统应打破传统的测试方法，综合采用现代的检测技术、智能控制技术、网络技术和电子计算机及其外部设备自动进行参数测试、传输和处理。 采用实时调节，实时测试，能快速采样和测试参数，从而提高水泵测试系统的精度和自动化程度。 2深入进行内特性方面的测试 深入进行水泵流道内

24、不同工况下流速分布、压力分布、压力脉动、汽蚀形态、汽蚀强度、汽蚀侵蚀部位等内特性的研究，对全面测试水泵的性能、发展水泵理论和提高设计水平有重要意义，因此国外一些厂家和有关高等院校对内特性的测试十分重视。目前高速摄影技术、流场显示技术、热膜探针、电子探针以及激光测速仪等新技术和仪表均己得到应用。电子计算机在流态分析中也得到了应用。 3多功能化 一个功能完善的微机水泵综合测试系统一般应能对多型式、多种规格的水泵进行测试，以此增加试验装置的适应性、多功能性。此外，还要求尽量缩短研制周期和降低成本。1.5本研究课题的提出、内容及意义1.5.1本研究课题的提出 根据试验的要求，并结合国内外应用虚拟仪器开

25、发的测试与分析系统的实例，本课题采用虚拟仪器技术对水泵试验的数据采集、转速调节、试验数据的分析处理与曲线拟合、数据存储、报表打印等进行研究，研制了一套书泵性能测试系统，满足了试验的需求，并适合进一步技术推广。1.5.2 本课题研究的内容本课题设计了利用计算机技术、传感器技术、数据采集技术等技术相结合的水泵性能测试试验台。本套计算机辅助水泵性能参数要完成如下内容：实现对水泵进、出口压力、流量、转速、电流、电压、功率的实时监测功能。因此，本课题的主要任务是选用合适的测试手段与测试方法，进行水泵性能参数试验台的管路及软硬件设计，实现试验数据自动采集与数据处理，完成水泵性能参数测试及数据处理功能。1.

26、5.3 本课题研究的意义 本课题采用传感器、plc技术充分发挥plc在pc机环境中对数据的处理、转换、曲线绘制、数据存储、界面显示、报表打印等功能。这样，测试系统一方面减少硬件需求，只是数据采集卡，基本管路和传感器，甚至pc机只是在实验室使用，平时还可以用于日常办公，因此降低了开发成本；同时模块化设计使得在对不同类型、不同型式水泵进行测量时，程序调整或升级变的简单，并且操作界面好，使用方便；另外使用变频调节技术可以完成通用性能曲线的绘制时对转速调节的要求，使得测试系统能够满足实际需要。 水泵作为仅次于电机的第二大通用机械，在国民生产中占有极其重要的地位，因此，开发出一套适合我国国情、能够在众多

27、小型厂家推广的水泵性能测试系统，对于提高产品质量、减少返修率以及节约能源都有重要意义。本文即在这方面作了深入探讨和尝试。同时，本文在水泵测试系统功能多样化等方面所做的一些尝试，对今后水泵试验台的建设具有借鉴意义。2 测试系统总体方案的确定2.1 方案比较 目前在对水泵性能参数自动测量系统设计中，可以有三种方案选择：组合仪表方案，单片机与上位机构成的分布式系统，数据采集卡与pc机或工控机构成的采集处理系统。（1）组合仪表方案这种方案是指整个测试系统是由仪器、仪表组合而成。数据的测量可以采用相对应的传感器，数据的调理可以通过各种调理模块，数据的采集可以使用相应的数据采集模块，数据分析有频率分析仪、

28、振动测试仪、各种数字量处理模块等，打印选用绘图仪，显示可以采用使用组态软件的专用显示设备。这种方法搭建系统方便，根据使用的精度可以选择满足要求的仪器，测量可以保证可靠性，不过也可以看出，这种方案需要的硬件多，相对资金投入也要大。（2）单片机与上位机构成的分布式测试系统目前有些水泵的检测系统也采用这种方案。单片机作为下位机，pc机或工控机作为上位机。单片机可以根据实际情况选择使用一个或几个，负责对传感器测量到得实验性能参数进行采集、转换，并进行简单的处理，然后将数据通过数据总线将数据传输到上位机，上位机负责对数据进一步处理，并对数据进行管理、显示、数据拟合、打印报表等。这种测试方案较为简单，投资

29、也不会很大，对于水泵出厂试验或者对于书泵运行系统的监测十分适用，但它也有不足之处，那就是数据传输速度较为缓慢，传送量不大。这样在水泵进行型式试验或者在为水泵性能研究提供参考数据的情况下，不能快速，大批量的采集数据，来捕捉到可能的性能信息，比如说，汽蚀的临界点。因此在这一系统测量方案，不能满足厂家对测试系统的要求。（3）数据采集卡与pc机工控机构成的采集处理系统这种方案是采样用传感器作为测量设备，数据采集卡作为数据转换设备，pc机作为数据处理和管理的主要设备来构成的测试系统。这种方案资金投入不是很大，并且能够完成数据的大批量、快速传送到pc机和上位机进行分析。这样，便能够完成对型式试验、出厂试验

30、以及为泵的研发提供参考数据的要求。对这三种方案进行比较可以看出第三种方案最为适合机械厂对水泵测试系统的要求。因此我们选定这一方案作为测试系统的构架。2.2 开发平台的选择在对测试系统应用软件选择开发平台时，一般有三种选择，一是采用传统的方法，采用高级语言，如visuabbasic，visualc+等编写的仪器软件；一种是采用现在流行的图形语言编程方法；再就是介于两者之间，采用传统的编程语言方式，通过大量定制的功能模板调用来简化实际编程的工作。plc的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同于一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。本测试系统采

31、用plc-可编程控制器进行水泵测试试验。可编程控制器（plc）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc具有：（1）可靠性高，抗干扰能力强，（2）配套齐全，功能完善，实用性强，（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎，（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，（5）体积小，重量轻，能耗低。目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。2

32、.3 水泵性能参数测试台管路装置2.3.1 试验装置按照国家标准，水泵的试验装置只要分为：开式池式试验装置和闭式回路试验装置。（1）开式池式试验装置如图2-1所示，进口吸水和出口排水不在同一水源或者两者相距较远，对水源的相互影响几乎可以忽略。这种试验装置可以保证吸入水流平稳，有效的去处漩涡的影响，并且设备简单，适合不同型号水泵试验。但由于吸水和排水分开，占地面积较大，并且受环境条件的限制。图2-1 水泵开式池式试验装置示意图（2）闭式回路式试验装置如图2-2所示，进口吸水和出口排水在同一个水源，水循环使用，这种装置由于容器有限，使得进口进水受到出口水流的影响，水流不平稳，容易产生漩涡，但另一方

33、面，该装置占地面积小，可以在厂房内设置。在采取一定措施后也能保证试验精度。由于试验场地的限制，以及进水口在排水口在同一个水源，水可以循环使用且符合实验室测试要求，故选择水泵闭式回路试验装置作为测试试验的管路装置。图2-2 水泵闭式回路试验装置示意图2.3.2 试验管路的安装根据gb3216-89规定，对于标准的试验装置必须采取一切的有效措施来保证通过检测量截面的液流具有如下特性：（1） 轴对称的速度分布；（2） 等静压分布；（3） 无装置引起的漩涡。为了保证以上条件，对于型式数小于或等于1.5的泵使用在标准条件下进行试验。对于型式数大于1.5的泵，这样的试验结果将只适用于规定的条件，而且这种试

34、验的母的在于提供一种保证，既如果安装合适，泵将达到规定的性能。对于标准的试验回路，国标规定：若入口节流阀一直保持全开状态，入口等径直管的长度取用不小于7d（d为直管径）；若入口节流阀任意开度状态，入口等径直管的长度应不小于12d（d为管径）。我们从具有自由液面的水池中引水，并要进行试验，考虑任意开度状态。因此，入口等径直管的长度取20d=20x50=1000mm。我们采用下列措施避免出现大的漩涡；（1） 进口处使用整流栅，以平稳水流；（2） 恰当的布置取压孔，使它对测量的影响减至最小；（3） 置泵出口等径管段长度取用5d=5x32=160mm。如果泵在模拟现场条件下进行试验，则不在紧接泵的前面

35、设置整流栅。因为重要的是模拟回路的液流性能应是可控制的；液流应当尽可能没有装置引起大的漩涡，并且有对称速度分布。必要时应当用精皮托管排测定进入模拟回路的液流速度分布，以证实液流特性符合要求。2.4 总体方案根据以上的分析，本测试系统采用了传感器、数据采集卡、pc机、plc软件平台相结合的设计方案。系统的总体方案流程如下图所示：图2-3 传感器信号流程图系统的整体运行分为实时显示、基本特性测试和调速性能测试。基本性能测试时通过水泵流量的调节，来分析水泵的扬程、功率、效率变化，进而分析水泵的调速性能。2.5 本章小结本章通过对水泵性能参数测试方案、软件开发平台和实验管路的比较、选择，根据实际情况及

36、所掌握的知识，确定了以plc可编程控制器为开发平台，由传感器、数据采集卡、pc机构成的水泵性能参数测试系统。3 管路参数的选择根据水泵型号is50-32-200及查阅相关资料手册得一下参数；型号意义说明：| | | | 叶轮名义直径（mm)| | | 排出口直径（mm） | | 吸入口直径（mm）| 单级单吸清水离心泵查工业泵推荐产品样本可知is50-32-200型单级单吸离心泵的各参数的范围：转 速 n= 1450 r/min; 流 量 q= 7.5 m3/h;扬 程 h=12 m ; 轴功率 0.56kw;必需汽蚀余量 2.5r/m；吐出锥管口径 50mm；泵效率 44%; 泵质量 41k

37、g； 电机功率0.75kw。3.1 无缝钢管的选择流体输送用的不锈钢无缝钢管，适用于石油、化工、轻工等行业的气体、液体、干粉等介质输送，抗腐蚀性能好，环保、节能。根据水泵进出口径的大小及实验要求，选10号无缝钢管，表号g30。查机械设计手册4得；（1）直管选择； 吸入管内径50mm, 外径56mm, 壁厚3mm;排出管内径32mm, 外径38mm, 壁厚3mm.实物图如下：（a） （b）（4） 弯管选择：表3-1 弯管参数公称通径(mm)外径(mm)内径(mm)壁厚(mm)弯曲半径(mm)结构长度(mm)吸入管50605247575排出管3242353.54848实物如图3-1所示 （c） (

38、d) 图3-13.2 法兰的选择法兰是使管子与管子相连接的零件，连接于管端。根据水泵进出口径的大小查询机械设计手册4选用平面对焊钢制管法兰（摘自gb9113.3-88），得 （1）入口法兰：公称通径50mm，法兰外径165mm 法兰厚度（c）20mm，螺栓孔径（l）18mm 螺栓孔中心圆直径（k）125mm， 螺栓数量（n）4，螺栓螺纹（th）m16（2）出口法兰：公称通径32mm，法兰外径140mm， 法兰厚度（c）18mm，螺栓孔径（l）18mm， 螺栓孔中心圆直径（k）100mm， 螺栓数量（n）4，螺栓螺纹（th）m16mm实物如图3-2所示 （a） （b）图3-2 法兰3.3 垫片的

39、选择石棉橡胶垫片适用于对水蒸气温度低于450，对油类温度低于350，压力低于5mpa的场合。选用平面型钢制管法兰用石棉橡胶垫片。根据公称同径的大小，查机械设计手册4得； （1）入口垫片；垫片内径89mm，外径200mm， 螺栓孔中心圆直径（k）160mm， 螺栓孔径（l）18mm，螺栓孔数8 （2）出口垫片；垫片内径77mm，外径185mm， 螺栓孔中心圆直径（k）145mm， 螺栓孔径（l）18mm，螺栓孔数4实物如图3-3所示 （a） （b） （c）图3-3 垫片3.4 阀门的选择阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能，用于流体控制系统的

40、阀门。根据直管公称通径的大小，查询机械设计手册4，选用z15t-16型内螺纹暗杆楔式闸阀：z15t-16型内螺纹暗杆楔式闸阀,广泛适用于石油、化工、制药、电力等行业在公称压力l.0mpa的蒸汽、水、油类等介质的管路上，作启闭用。下表z15t-16型内螺纹暗杆楔式闸阀参数:产品参数：品牌:英络克，连接形式:螺纹，主体材料:铸铁，公称通径:15-50（mm），适用介质:水，材质:铸铁，密封形式:硬密封型，标准:国标，外形:中型，流动方向:双向，驱动方式:手动，零部件及配件:手轮，用途:放水，压力环境:常压，工作温度:常温，类型(通道位置):二通式，型号:z15t-16 表3-2 z15t-16型内

41、螺纹暗杆楔式闸阀型号公称通径(mm)管螺纹尺寸（mm)重量（kg）lhd0z15t-163211/485145801.755021101901003.5实物如图3.4（a） 结构图如图3.4（b） （a） （b）图 3-4 阀门3.5 水箱设计为了保证水泵测试装置持续的水流，要求0.5h的时间，（所选is50-32-200的流量为7.5 ）计算水箱体积为v=0.5x7.5=3.75 4 设计水箱为方形，其参数为1800x1800x1500，体积为4.86 ，去除壁厚及管道体积，可知满足要求。实物图如图3-5，详见cad图。 3-5 方形水箱4 水泵性能参数测量的基本原理4.1 水泵试验概述 根

42、据绪论所述,流体在水泵中的运动过程十分复杂,以致不能完全用完整的数学解析式来描述水泵在不同工作状态下的运动特征,所以,目前还必须利用试验的方法来测量水泵的重要技术指标,尤其是测量水泵的流量,扬程,轴功率,效率,转速等参数,并以测量结果作为评判该水泵在性能上是否达到规定的设计要求. 根据水泵的试验目的,进行水泵试验的类型主要有水泵的型式试验和水泵的出场试验.其中型式试验又称典型试验,它包括水泵的运转试验,性能试验.作水泵的运转试验应在规定转速及输送液体允许最高温度等条件下进行,所选择的试验点应落在水泵规定的使用范围内,运转试验时间一般至少持续30分钟. 进行运转试验的目的主要是检查水泵工作的可靠

43、性,例如检查水泵轴承和填料的温升,密封部分的泄漏,密封环和轴承的磨损,水泵各部位的振动机器运转噪声等情况;做水泵的性能测试试验是为了测量水泵的主要性能参数值,并确定各个性能参数之间的相互关系,试验范围应从水泵关闭点(或称最小流量点)开始到紫少高于泵最大流量的15%之间.检查泵的扬程,功率,泵效率及转速等性能参数值,并与该产品的规定值进行比较,判断是否达到规定要求,确定产品的精度级别。4.2 水泵性能参数测试理论与测试仪表选择4.2.1 水泵流量测量与流量变送器选择流量:指水泵在单位时间内通过泵出水口的体积量,通常用q,常用的体积流量单位时m3/s或l/s.(1)流量测量原理 在水泵性能参数试验

44、中,流量是一个重要的物理量.目前流量测试仪器仪表和测试方法有很多,如截流流量计,量水堰,称声波流量计,涡轮流量计等,测量方法和测量原理都各不相同. 我们在参照国家标准gb/ t3214-91水泵流量的测量方法,考虑到涡轮传感器测量流量是比较简单和普遍,自动化程度与测量精度容易得到保证,利用微型计算机进行流量数据的采集业特别简单,所以在设计时,我们首选了涡轮流量计作为测试水泵流量的传感器。结构上,涡轮流量计主要由涡轮,支承,永久磁铁,感应线圈,壳体,导流器组成,如图4-1所示图4-1 涡轮流量计结构图1-涡轮 2-支撑 3-永久磁钢 4-感应线圈 5-壳体 6导流器图4-2 涡轮流量计流量测试方

45、框图如图4-2涡轮流量计测量原理所示.涡轮流量计是遵循动量守恒的一种速度式流量仪表. 当流体沿管道的轴线方向流动并冲击具有导磁性的涡轮叶片时,涡轮便周期性的旋转,其旋转速度w一般随流量大小的变化而变化;由于变送器内装磁电转换装置(由永久磁钢和感应线圈组成),当导磁性叶片旋转时,叶片便周期性的改变磁电系统的磁阻值,使通过线圈的磁通量发生周期性的变化,因此感应线圈便感应出连续的脉冲信号;当液体流速相当大,且在变送器许可的测量范围内时,变送器电磁阻力矩,机械摩擦阻力矩,粘滞阻尼矩均可忽略不计,这时涡轮流量计输出的脉冲信号与流量可近似为线性关系,既有w=q.假如通过微计算机对脉冲信号进行计数,由单位时

46、间的脉冲信号和雷击脉冲信号不难折算出流量变送器的瞬时流量和累积流量. 流量系数(次/米3)是涡轮流量计的重要特征参数,须由制造厂家提供.由于变送器是通过磁电装置将角速度w转换成脉冲数,即脉冲数n/l,所以也称流量系数.取测量范围内流量系数的平均值作为仪表常数.则流量总量q与脉冲总数n的计算关系式为:(2)流量测量结果按规定转速的换算 在流量测量中,若电机的转速与规定转速不符,此时所得到的水泵流量值q也应换算为一规定转速基准的流量值q0假如实测电机转速与规定转速间的差异在120%范围内,则流量值q0可用下式换算而得:(3)流量测量的涡轮流量计选择 为了达到对测试试验装置的b级试验精度这一要求,我

47、们参照gb/t3214-91中涡轮流量计的不确定度实用估算和取压方法,参照国标gb/t3216-89规定流量测量仪表的允许系统误差范围:b级为1.5%,c级为2.5%;最大总误差限中,流量测量误差语序范围:b级为2.5%,c级为3.5%,所以选用了目前使用范围比较广,计量精度比较高(0.5级)、反应也很快,而且刻度线性化程度好,耐高压能力强的lwgy-100型涡轮流量计,由河南开封仪表厂生产,传感器输出为4-20ma的标准传感信号4.2.2 水泵扬程测量与压力传感器的选择扬程:指单位重量的液体通过水泵后所获得的能量,或者就是水泵的出口总水头(动能)与入口水头的代数差,通常用h(水柱高).单位用

48、m(米)来表示.(1)扬程测量原理 水泵扬程是评判水泵质量优劣的重要技术指标.对扬程的测量实际上就是对压力的测量,也就是对水泵进口压力、出口压力的测量.压力单位为pa或者水柱高.常用压力测量仪表有很多,下面以液柱式压力计为例来说明水泵扬程测量的基本原理. 扬程是表征液体经过水泵后比能增值的一个参数,如果水泵抽送的是水,水流进水泵时所具有的比能为e1,流出水泵时所具有的比能使e2,则水泵的扬程是h=e2-e1.那么,水泵的扬程也就是水比能的增值.泵进口总水头h1的表达式:泵出口总水头h2的表达式:由以上两式可以推导出扬程h的表达式其中,p2、p1-水泵出口和进口的液体压力z2、z1-水泵出口和进

49、口的高度差c2、c1-水泵出口和进口的液体流速,可以由流量除以进出口截面积分别得到.由此我们可知,水泵的扬程可以通过测量水泵进出口的静压力、势能水头、平均流速,然后通过以上公式计算可得.对于水泵进出口的势能水头z2、z1可以通过测量水泵进出口压力传感器的安装高度即可;对于平均流速c2、c1是通过测量水泵的流量和水泵进出口处的管道几何尺寸通过如下公式进行计算: 式中 s1、s2-水泵进出口的截面面积(米2)(2)截面选择与取压孔设置：(a)测量截面的选择： 测量的位置应尽可能靠近泵的入口法兰和出口法兰处。入口和出口测量截面设在管路系统与法兰相距最好至少等于两倍管路直径（即l2d）的直平行管路中，

50、入口距离选l=200mm,出口距离选l=150mm。这样可以减少因非对称流或旋涡流所引起的误差。(b)取压孔的设置：通常应在每一测量截面处管壁上设置4个取压孔，这4个孔应位于互成直角的两条直径上并且既不在横截面的最高点或其近旁，也不在横截面的最低点或其近旁，以避免在压力连接管中形成气囊或积聚污垢。开在水管边缘上的取压孔用圆柱形孔直径应为3-6mm或等于0.08d，取两者之小值，并且孔深至少应是孔直径的2.5倍，孔应无毛刺和凹凸不平处，并垂直于管的内壁；孔缘应以半径rd/4进行倒圆或至少有小的倒角。(3)扬程测量的压力传感器的选择 对压力测试仪表的正常选择是保证水本港城准确测量的重要环节.根据水

51、泵装置的b级试验精度要求,对测试试验装置的自动化程度,综合水泵生产的实际情况,在参照国标gb/t3216-89有关扬程试验测量仪表系统误差要求:对b级试验,压力变送器允许的系统误差范围为1.0%,而c级试验,允许的系统误差范围为2.5%;在测量结果的最大总误差限中,泵扬程测量值允许范围:b级为1.5%,而c级为3.5%,所以我们首选了上海龙瑞斯电子厂生产的型号参数为7011gpt9nm10a80b1f的压力变送器。型号7011gpt9nm10a80b1f表示的意义如下：一、其主要技术指标 ： n 供电电压： 24v dcn 输出信号：420ma 两线制 n 工作压力：010mpan 负载电阻：

52、 250 n 精 度：0.5%fsn 工作温度：-2580 n 环境温度影响：0.35%fs/10k n 过压极限：标定压力值的2倍 二、外形结构及安装方式 n 下图是压力变送器的外形尺寸示意图 。n 材 质：316l不锈钢 n 压力接口： m201.5 m121外螺纹规格。n 压力变送器应尽量安装在温度梯度和温度波动小的地方，同时还要避免振动和冲击。为确保变送器接头密封，应先在接头处卷上密封胶带，然后拧紧变送器。变送 器应直接安装在测量点，但强腐蚀性的或过热的介质不应与变送器接触，需另定购防腐型及高温型变送器。 图4-3压力变送器结构图三、接线及调试线路图这种变送器采用半导体硅材料的压阻效应, 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的