離心泵特性測試及數值處理方法
本文介紹了離心泵特性曲線(xiàn)測試，并提出了離心泵特性曲線(xiàn)數據處理的新方法。增加測試數據處理精度，便于應用離心泵的選型和計算，可大大提高工作效率，拓展學(xué)生的知識面和動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣。
離心泵特性曲線(xiàn)一方面用于設計制造中檢測離心泵性能是否達到設計要求，同時(shí)也作為正確選擇、使用離心泵的主要依據。離心泵的特性測試是為了獲取離心泵的性能曲線(xiàn)。了解并掌握水泵性能對我院輪機、熱動(dòng)、建筑環(huán)境專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常重要的，性能參數對于水泵設計、實(shí)驗和使用都是十分重要的基本參數，又是學(xué)生不易理解的參數。我院動(dòng)力實(shí)驗室考慮實(shí)驗經(jīng)費問(wèn)題，在原有基礎之上，建立閉式系統水泵綜合性能實(shí)驗臺，并且主要從實(shí)驗手段上拓展學(xué)生的知識面和增強了動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性。
1、實(shí)驗測試系統及原理
試驗臺裝置示意如圖1所示。
圖1 離心泵性能曲線(xiàn)測定裝置示意圖
圖2 H—Q實(shí)驗數據及擬合曲線(xiàn)
�、� 流量Q(m3/h)由流量計直接測量。
�、� 揚程H(mH2O)進(jìn)口斷面和出水斷面之間的總水壓頭，即這兩個(gè)過(guò)水斷面之間的靜壓差和動(dòng)壓差。
�、� 水泵軸功率N(kW)泵和電機采用聯(lián)軸器傳動(dòng)，故電機輸出功率為泵的軸功率
其中N電—電機輸入功率，由功率表測出kW；η電—電機效率；η傳—聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，可取0.98。
�、� 泵的效率η泵的有效功率與軸功率之比：
2、正交多項式數據處理方法
在繪制性能曲線(xiàn)時(shí)，以往學(xué)生只是將測試的數據在坐標紙上進(jìn)行描點(diǎn)連線(xiàn)，單調枯燥，往往實(shí)驗做完，不知道自己做了什么；而且手工方式無(wú)法達到精度要求，計算機編程處理雖然能滿(mǎn)足精度要求，但需繁雜的編程過(guò)程，對選型設計人員要求較高。為了適應選型的要求，需要找到一個(gè)既快速又簡(jiǎn)便的方法，求出離心泵性能曲線(xiàn)的函數表達式，從而將離心泵性能曲線(xiàn)轉換為計算機圖形。
以H—Q曲線(xiàn)為例，提出利用正交多項式法對離心泵的性能曲線(xiàn)進(jìn)行快速擬合。通過(guò)直觀(guān)觀(guān)察離心泵實(shí)際H—Q曲線(xiàn)的特點(diǎn)以及對大量數據的擬合和比較，認為采用多項式擬合法來(lái)擬合離心泵 H—Q曲線(xiàn)為較好。設擬合曲線(xiàn)為m次多項式，可將數學(xué)模型形式表示為：
式中Hi、Qi分別為揚程(m)、流量(m3/s)；bj為擬合系數(j=0,1,2,…,m)
3、實(shí)驗計算實(shí)例及分析
通過(guò)實(shí)驗，并經(jīng)過(guò)公式測算，得到表1所示數據。對H—Q曲線(xiàn)進(jìn)行擬合如圖2，并得到其相關(guān)系數R2，同樣的方法對其它曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，得到方程及相關(guān)系數如下：
為檢驗其可靠性，本人對三條曲線(xiàn)分別進(jìn)行了正交多項式擬合得到如表2結果，可見(jiàn)擬合可以保證精度要求。
表1 水泵性能數據
表2 正交多項式擬合表
4、結論
在數值處理的方法上，還有最小二乘法，插值法等，其精度和實(shí)用性各有差別，但正交多項式法測試表明：
1)由正交多項式法得到的擬合曲線(xiàn)在工作區內與實(shí)測性能曲線(xiàn)基本重合，誤差較小，因此，可以代替手工對離心泵性能數據進(jìn)行處理并作性能曲線(xiàn)圖。拓展學(xué)生的知識面和動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣。
2)從返回的R2來(lái)看，置信度在0.99以上，說(shuō)明該方法可信、可靠。
3)該方法處理過(guò)程快速直觀(guān)，無(wú)須進(jìn)行煩瑣的編程。
4)本方法便于應用計算機進(jìn)行離心泵的選型和計算，可大大提高工作效率其擬合精度均較高，因此，本方法具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。
