技术领域
[0001] 本实用新型属于高速泵测试技术领域，具体涉及一种高速大功率泵水力试验系统。
背景技术
[0002] 作为液体火箭
发动机的重要组件，
涡轮泵在工作状态下通常转速高，受力条件复杂，性能要求严格。因此，仅仅依靠理论计算还不能够确认所设计产品的性能，必须经过各种试验验证才能满足发动机对
涡轮泵性能的苛刻要求。
[0003] 具体而言，必须保证泵在额定转速下达到额定的扬程、流量和效率，同时必须保证其具有抗气蚀性能。因此，为满足大功率涡轮泵研发和生产的需求，需要研制一种高速大功率泵水力试验系统来模拟涡轮泵的工况，并利用转速、功率等来测试涡轮泵的性能。这种高速大功率泵水力试验系统需要在高转速状态下具有良好的性能，且结构稳定，运转平稳。
发明内容
[0004] 为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供了一种高速大功率泵水力试验系统。
[0005] 根据本实用新型
实施例，本实用新型提供了一种泵水力试验系统，其包括高压电启动子系统、
电机驱动子系统、高压储箱子系统、工艺管路子系统和
数据采集子系统；
[0006] 所述高压电启动子系统与电机驱动子系统连接，用于为所述电机驱动子系统提供动力，并使所述电机驱动子系统实现转速可调；
[0007] 所述电机驱动子系统用于为泵提供旋转驱动力；所述泵通过所述工艺管路子系统与高压储箱子系统连接；
[0008] 所述高压储箱子系统用于提供水源并对泵入口纯净水的压力进行调节；
[0009] 所述工艺管路子系统用于实现纯净水的输送和排放以及气体的输送和排放；
[0010] 所述数据采集子系统用于对泵的压力、
温度、流量、转速、
扭矩和输入功率进行实时采集。
[0011] 上述泵水力试验系统中，所述高压电启动子系统包括10kV高压电源、
变频器和切换柜；所述10kV高压电源与变频器连接，所述变频器与切换柜连接，所述切换柜与电机驱动子系统连接。
[0012] 进一步地，所述电机驱动子系统包括变频三相异步
电动机、低速
联轴器、增速
齿轮箱和高速联轴器；所述变频三相异步电动机与所述低速联轴器的输入端连接，所述低速联轴器的输出端与所述增速齿轮箱的输入端连接，所述增速齿轮箱的输出端与泵的输入端连接。
[0013] 更进一步地，所述高压储箱子系统包括高压储箱和加水管路，纯净水源通过所述加水管路与所述高压储箱的进水口连接，所述加水管路上设置有加
水电磁
阀和加水手阀；
[0014] 所述加水
电磁阀和加水手阀均用于打开或关闭所述加水管路。
[0015] 更进一步地，所述工艺管路子系统包括纯净水输送管路子系统、
增压管路子系统和
真空排气管路子系统；
[0016] 所述纯净水输送管路子系统用于为泵输送纯净水，所述增压管路子系统用于为泵水力试验系统提供增压气；所述真空排气管路子系统用于对泵进行气蚀性能试验时改变泵入口管路的压力。
[0017] 更进一步地，所述纯净水输送管路子系统包括出水电动闸阀、泵入口
过滤器、金属波纹软管、金属
波纹管、电动调节阀、泵出口过滤器和回水电动闸阀；
[0018] 所述高压储箱的出水口依次通过所述出水电动闸阀、泵入口过滤器和金属波纹软管与泵的入口连接，泵的出口依次通过所述金属波纹管、电动调节阀、泵出口过滤器和回水电动闸阀与所述高压储箱的回水口连接。
[0019] 更进一步地，所述增压管路子系统包括增压管路和增压电磁阀；增压气源通过所述增压管路与高压储箱的进气口连接，所述增压管路上设置有增压电磁阀，所述增压电磁阀用于打开或关闭所述增压管路。
[0020] 更进一步地，所述真空排气管路子系统包括
真空泵和真空排气电磁阀；所述真空泵通过真空排气管路与高压储箱排气管路连接，所述真空排气管路上设置有所述真空排气电磁阀，所述真空排气电磁阀用于打开或关闭所述真空排气管路。
[0021] 更进一步地，所述数据采集子系统包括泵入口压力
传感器、泵出口
压力传感器、泵进水温度传感器、泵出水温度传感器、泵入口流量计、泵出口流量计和测扭仪；
[0022] 所述泵入口压力传感器设置在距离泵的入口2d～5d的
位置，所述泵出口压力传感器设置在距离泵的出口2d～5d的位置，其中，d表示纯净水输送管路的直径；
[0023] 所述泵进水温度传感器位于靠近所述高压储箱出水口的纯净水输送管路上，且设置在所述出水电动闸阀与泵入口过滤器之间；所述泵出水温度传感器位于靠近所述高压储箱回水口的纯净水输送管路上，且设置在所述泵出口过滤器与回水电动闸阀之间。
[0024] 所述泵入口流量计位于靠近泵入口的纯净水输送管路上，且设置在所述泵入口过滤器与金属波纹软管之间；所述泵出口流量计位于靠近泵出口的纯净水输送管路上，且设置在所述电动调节阀与泵出口过滤器之间；
[0025] 所述测扭仪设置在所述增速齿轮箱与泵之间，所述测扭仪的输入端与所述增速齿轮箱的输出端连接，其输出端与泵的输入端连接。
[0026] 更进一步地，所述位于纯净水输送管路上，在所述泵入口过滤器与金属波纹软管之间还设置有第一高点排气阀；位于纯净水输送管路上，在所述泵出口过滤器与回水电动闸阀之间还设置有第二高点排气阀；
[0027] 所述第一高点排气阀和第二高点排气阀均用于对纯净水输送管路进行排气。
[0028] 根据本实用新型的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本实用新型能够对泵进行水力性能试验和气蚀试验，使用效果良好，满足设计要求，能够为泵的性能判断和产品改进设计提供准确的试验数据
支撑。
[0029] 本实用新型提供的泵水力试验系统，运行平稳、结构合理，在高速状态下
稳定性强；且在高转速下得到的各测量值准确、
置信度高。本实用新型的泵水力试验系统，可以为泵提供旋转动力，使泵的转速能够在较大范围内变化，同时能够实现高转速下的扭矩测量。本实用新型采用纯净水代替有毒、易燃易爆的实际
流体介质，安全性好。
[0030] 应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。
附图说明
[0031] 下面的所附附图是本实用新型的
说明书的一部分，其示出了本实用新型的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。
[0032] 图1为本实用新型具体实施方式提供的泵水力试验系统的整体结构
框图。
[0033] 图2是本实用新型具体实施方式提供的泵水力试验系统中高压电启动子系统的原理图。
[0034] 图3为本实用新型具体实施方式提供的泵水力试验系统中电机驱动子系统的结构示意图。
[0035] 图4为本实用新型具体实施方式提供的泵水力试验系统中工艺管路子系统与高压储箱子系统的连接关系示意图。
[0036] 附图标记说明：
[0037] 1、高压电启动子系统；11、10kV高压电源；12、变频器；13、切换柜；
[0038] 2、电机驱动子系统；21、变频三相异步电动机；22、低速联轴器；23、增速齿轮箱；24、高速联轴器；25、泵架；
[0039] 3、高压储箱子系统；31、高压储箱；32、加水管路；33、加水电磁阀；34、加水手阀；35、高压储箱排气电磁阀；36、高压储箱排气手阀；
[0040] 4、工艺管路子系统；
[0041] 41、纯净水输送管路子系统；411、出水电动闸阀；412、泵入口过滤器；413、金属波纹软管；414、金属波纹管；415、电动调节阀；416、泵出口过滤器；417、回水电动闸阀；418、第一高点排气阀；419、第二高点排气阀；
[0042] 42、增压管路子系统；421、增压管路；422、增压电磁阀；
[0043] 43、真空排气管路子系统；431、真空泵；432、真空排气电磁阀；
[0044] 5、数据采集子系统；51、泵入口压力传感器；52、泵出口压力传感器；53、泵进水温度传感器；54、泵出水温度传感器；55、泵入口流量计；56、泵出口流量计；57、测扭仪；
[0045] 10、泵。
具体实施方式
[0046] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。
[0047] 本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
[0048] 关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
[0049] 关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
[0050] 关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0051] 关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
[0052] 关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
[0053] 关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
[0054] 某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。
[0055] 如图1所示，本实用新型提供了一种泵水力试验系统，其包括高压电启动子系统1、电机驱动子系统2、高压储箱子系统3、工艺管路子系统4和数据采集子系统5。
[0056] 高压电启动子系统1与电机驱动子系统2连接，用于为电机驱动子系统2提供动力，并使电机驱动子系统2实现转速可调。
[0057] 电机驱动子系统2用于为泵10提供旋转驱动力。泵10通过工艺管路子系统4与高压储箱子系统3连接。
[0058] 高压储箱子系统3用于提供稳定充足的水源并对泵10入口纯净水的压力进行调节。
[0059] 工艺管路子系统4用于实现纯净水的输送和排放以及气体的输送和排放。
[0060] 数据采集子系统5用于对泵的压力、温度、流量、转速、扭矩和输入功率等参数进行实时采集，并将采集到的参数送至外部测控系统。
[0061] 上述实施例中，如图2所示，高压电启动子系统1包括10kV高压电源11、变频器12和切换柜13。10kV高压电源11与变频器12连接，变频器12与切换柜13连接，切换柜13与电机驱动子系统2连接。变频器12将输入的10kV高压交流电转变为
电压可调、
频率可调的交流电，并通过切换柜13输出到电机驱动子系统2中。
[0062] 上述实施例中，如图3所示，电机驱动子系统2包括变频三相异步电动机21、低速联轴器22、增速齿轮箱23和高速联轴器24。变频三相异步电动机21通过键与低速联轴器22的输入端连接，低速联轴器22的输出端通过键与增速齿轮箱23的输入端连接，增速齿轮箱23的输出端与泵10的输入端连接。
[0063] 电机驱动子系统2还包括泵架25，泵10安装在泵架25上。
[0064] 通过改变增速齿轮箱23的增速比，能够得到不同的转速。例如，变频三相异步电动机21输出的最大转速为3000rpm，将增速齿轮箱23的增速比设置为1:6、1:8、1:10等，则最终得到的对应最大转速为18000rpm、24000rpm、30000rpm。
[0065] 通过改变增速齿轮箱23的输出方式，也能够得到不同的转速。例如，变频三相异步电动机21输出的最大转速为3000rpm，增速齿轮箱中设置两个
输出轴，每个输出轴的增速比不同，分别为1:6、1:10，则最终该系统同时可以输出两个不同的转速18000rpm、30000rpm。
[0066] 上述实施例中，如图4所示，高压储箱子系统3包括高压储箱31和加水管路32。纯净水源通过加水管路32与高压储箱31的进水口连接，加水管路32上设置有加水电磁阀33和加水手阀34。加水电磁阀33用于打开或关闭加水管路32。加水手阀34用于手动打开或关闭加水管路32。
[0067] 工艺管路子系统4包括纯净水输送管路子系统41、增压管路子系统42和真空排气管路子系统43。纯净水输送管路子系统41用于为泵10输送纯净水，增压管路子系统42用于为泵水力试验系统提供增压气。真空排气管路子系统43用于对泵10进行气蚀性能试验时改变泵10入口管路的压力。
[0068] 纯净水输送管路子系统41包括出水电动闸阀411、泵入口过滤器412、金属波纹软管413、金属波纹管414、电动调节阀415、泵出口过滤器416和回水电动闸阀417。
[0069] 其中，高压储箱31的出水口依次通过出水电动闸阀411、泵入口过滤器412和金属波纹软管413与泵10的入口连接，泵10的出口依次通过金属波纹管414、电动调节阀415、泵出口过滤器416和回水电动闸阀417与高压储箱31的回水口连接。
[0070] 位于纯净水输送管路上，在泵入口过滤器412与金属波纹软管413之间还设置有第一高点排气阀418；位于纯净水输送管路上，在泵出口过滤器416与回水电动闸阀417之间还设置有第二高点排气阀419。第一高点排气阀418和第二高点排气阀419均用于对纯净水输送管路进行排气，以使纯净水输送管路中充满水。
[0071] 增压管路子系统42包括增压管路421和增压电磁阀422。增压气源通过增压管路421与高压储箱31的进气口连接，增压管路421上设置有增压电磁阀422，增压电磁阀422用于打开或关闭增压管路421。
[0072] 真空排气管路子系统43包括真空泵431和真空排气电磁阀432。真空泵431通过真空排气管路与高压储箱排气管路连接，真空排气管路上设置有真空排气电磁阀432，真空排气电磁阀432用于打开或关闭真空排气管路。高压储箱排气管路上设置有高压储箱排气电磁阀35和高压储箱排气手阀36。高压储箱排气电磁阀35用于打开或关闭高压储箱排气管路。高压储箱排气手阀36用于手动打开或关闭高压储箱排气管路。
[0073] 数数据采集子系统5包括压力传感器、温度传感器、流量计和测扭仪。在距离泵10的入口2d～5d的位置设置有泵入口压力传感器51，在距离泵10的出口2d～5d的位置设置有泵出口压力传感器52其中，d表示纯净水输送管路的直径。泵入口压力传感器51用于采集不同转速下泵10的入口压力，泵出口压力传感器52用于采集不同转速下泵10的出口压力。
[0074] 靠近高压储箱31出水口的纯净水输送管路上，在出水电动闸阀411与泵入口过滤器412之间设置有泵进水温度传感器53。靠近高压储箱31回水口的纯净水输送管路上，在泵出口过滤器416与回水电动闸阀417之间设置有泵出水温度传感器54。泵进水温度传感器53用于采集流入泵10入口的纯净水的温度，泵出水温度传感器54用于采集从泵10出口流出的纯净水的温度。
[0075] 靠近泵10入口的纯净水输送管路上，在泵入口过滤器412与金属波纹软管413之间设置有泵入口流量计55。靠近泵10出口的纯净水输送管路上，在电动调节阀415与泵出口过滤器416之间设置有泵出口流量计56。泵入口流量计55用于采集不同转速下泵10的入口流量，泵出口流量计56用于采集不同转速下泵10的出口流量。
[0076] 测扭仪57设置在增速齿轮箱23与泵10之间，测扭仪57的输入端通过
法兰与增速齿轮箱23的输出端连接，其输出端通过
花键与泵10的输入端连接，其用于测量泵10的扭矩。
[0077] 直流稳压电源51用于提供稳压直流电压的设备供电。不间断电源52用于在市电异常时进行应急供电。
[0078] 基于以上提供的泵水力试验系统，本实用新型还提供了一种泵水力试验方法，其包括以下步骤：
[0079] S1、设置泵水力试验系统；其中，泵水力试验系统包括高压电启动子系统1、电机驱动子系统2、高压储箱子系统3、工艺管路子系统4和数据采集子系统5，工艺管路子系统4包括纯净水输送管路子系统41、增压管路子系统42和真空排气管路子系统43；
[0080] 高压电启动子系统1与电机驱动子系统2连接，用于为电机驱动子系统2提供动力，并使电机驱动子系统2实现转速可调；
[0081] 电机驱动子系统2用于为泵10提供旋转驱动力；
[0082] 高压储箱子系统3用于提供稳定充足的水源并对泵10入口纯净水的压力进行调节；
[0083] 工艺管路子系统4用于提供各种纯净水的输送和排放；
[0084] 数据采集子系统5用于对泵10的压力、温度、流量、转速、扭矩和输入功率等参数进行实时采集。
[0085] S2、对泵10进行水力性能试验，其包括：
[0086] S21、使纯净水进入纯净水输送管路。
[0087] S22、增压管路子系统42对泵10入口的纯净水进行增压。
[0088] S23、改变电机驱动子系统2中变频三相异步电动机21的输出转速。
[0089] S24、通过数据采集子系统5获取泵10在不同转速下的压力、温度、流量、扭矩和输入功率等参数。
[0090] S25、保持泵10的转速不变，改变泵10出口纯净水输送管路的水力特性，得到恒定转速下泵10的不同压力、流量、扭矩和输入功率等数据。
[0091] S3、对泵10进行气蚀性能试验，通过真空排气管路子系统43改变泵10入口管路的压力。
[0092] 下面以某型号
氧泵10为例，说明氧泵10在各种工况下的具体工作过程。
[0093] 试验前，先将氧泵10安装在泵架25上并进行紧固，对氧泵10的泵10轴与电机驱动子系统2中变频三相异步电动机21的输出轴的
同轴度和平面度进行校准复核。具体地，要求同轴度小于或等于0.05mm，平面度小于或等于0.03mm。
[0094] 安装高速联轴器24和测扭仪57。
[0095] 打开增压管路子系统42中的增压电磁阀422，对高压储箱31进行增压。
[0096] 打开高压储箱31出水口处连接的出水电动闸阀411以及回水口处连接的回水电动闸阀417，使纯净水进入纯净水输送管路。
[0097] 打开第一高点排气阀418和第二高点排气阀419，使纯净水输送管路中充满水。
[0098] 在进行水力试验时，变频三相异步电动机21依次通过低速联轴器22、增速齿轮箱23和高速联轴器24带动氧泵10运转，通过调整变频器12的输出，将氧泵10的转速调整至要求值，氧泵10的工作介质从高压储箱31中流出并沿着纯净水输送管路子系统41流入氧泵10中。氧泵10入口的压力由纯净水的液位和高压储箱31内所增的压力来提供。纯净水在氧泵
10的离心作用下从其出口流出，并通过纯净水输送管路返回高压储箱31中。
[0099] 在要求转速下，通过改变电动调节阀415的开度，使氧泵10的流量从额定流量的80％逐步增加到额定流量的120％，记录在该转速下氧泵10入口与出口纯净水的压力、温度和流量，以及泵10轴的扭矩和输入功率。
[0100] 在进行气蚀性能试验时，真空排气管路子系统43用来改变氧泵10入口管路的压力。靠近氧泵10出口的纯净水输送管路上的电动调节阀415用于消耗氧泵10的压头。泵10在一定转速下，对其进行气蚀性能试验，降低泵10的入口压力直至气蚀断裂点，泵10的
叶片上出现气相，形成
气穴分离，则泵10的出口压力和流量会急剧下降。
[0101] 由增压气源供给的压缩气体，通过增压电磁阀422进入高压储箱31，为氧泵10入口的纯净水进行增压。通过高压储箱排气电磁阀35排放高压储箱31中的增压气体。
[0102] 根据试验实施
细则中对转速和工况的要求，通过调整高压电启动子系统1中变频器12的输出来改变电机驱动子系统2中变频三相异步电动机21的输出转速。
[0103] 通过泵入口压力传感器51获取不同转速下泵10的入口压力，通过泵出口压力传感器52获取不同转速下泵10的出口压力。通过泵进水温度传感器53获取流入泵10入口的纯净水的温度，通过泵出水温度传感器54获取从泵10出口流出的纯净水的温度。通过泵入口流量计55获取不同转速下泵10的入口流量，通过泵出口流量计56获取不同转速下泵10的出口流量。
[0104] 通过测扭仪57获取不同转速下氧泵10的扭矩和输入功率。
[0105] 通过实时计算得到不同转速下氧泵的有效功率和效率。
[0106] 保持氧泵10的转速不变，改变氧泵10出口纯净水输送管路的水力特性，即改变电动调节阀415的开度进行试验，得到恒定转速下氧泵10的不同压力、流量、扭矩和功率等数据。
[0107] 采用本实用新型进行多次泵10水力性能试验和气蚀试验，使用效果良好，满足设计要求，能够为泵10的性能判断和产品改进设计提供准确的试验数据支撑。本实用新型运行平稳、结构合理，在高速状态下稳定性强；在高转速下得到的各测量值准确、置信度高。
[0108] 本实用新型为泵10的性能测试提供了一种转速高达10000r/s，功率为300kW～3000kW的水力试验系统，该系统为泵10提供旋转动力，使泵10的转速能够在较大范围内变化，同时能够实现高转速下的扭矩测量。本实用新型采用纯净水代替有毒、易燃易爆的实际流体介质，安全性好。
[0109] 以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与
修改，均应属于本实用新型保护的范围。
