离心泵特性测试及数值处理方法

　　本文介绍了离心泵特性曲线测试，并提出了离心泵特性曲线数据处理的新方法。增加测试数据处理精度，便于应用离心泵的选型和计算，可大大提高工作效率，拓展学生的知识面和动手能力，激发学生学习兴趣。

　　离心泵特性曲线一方面用于设计制造中检测离心泵性能是否达到设计要求，同时也作为正确选择、使用离心泵的主要依据。离心泵的特性测试是为了获取离心泵的性能曲线。了解并掌握水泵性能对我院轮机、热动、建筑环境专业的学生来说是非常重要的，性能参数对于水泵设计、实验和使用都是十分重要的基本参数，又是学生不易理解的参数。我院动力实验室考虑实验经费问题，在原有基础之上，建立闭式系统水泵综合性能实验台，并且主要从实验手段上拓展学生的知识面和增强了动手能力，激发学生的学习积极性。

1、实验测试系统及原理

　　试验台装置示意如图1所示。

图1 离心泵性能曲线测定装置示意图

图2 H—Q实验数据及拟合曲线

　　① 流量Q(m3/h)由流量计直接测量。

　　② 扬程H(mH2O)进口断面和出水断面之间的总水压头，即这两个过水断面之间的静压差和动压差。

　　③ 水泵轴功率N(kW)泵和电机采用联轴器传动，故电机输出功率为泵的轴功率其中N电—电机输入功率，由功率表测出kW；η电—电机效率；η传—联轴器传动效率，可取0.98。

　　④ 泵的效率η泵的有效功率与轴功率之比：

2、正交多项式数据处理方法

　　在绘制性能曲线时，以往学生只是将测试的数据在坐标纸上进行描点连线，单调枯燥，往往实验做完，不知道自己做了什么；而且手工方式无法达到精度要求，计算机编程处理虽然能满足精度要求，但需繁杂的编程过程，对选型设计人员要求较高。为了适应选型的要求，需要找到一个既快速又简便的方法，求出离心泵性能曲线的函数表达式，从而将离心泵性能曲线转换为计算机图形。

　　以H—Q曲线为例，提出利用正交多项式法对离心泵的性能曲线进行快速拟合。通过直观观察离心泵实际H—Q曲线的特点以及对大量数据的拟合和比较，认为采用多项式拟合法来拟合离心泵 H—Q曲线为较好。设拟合曲线为m次多项式，可将数学模型形式表示为：

　　式中Hi、Qi分别为扬程(m)、流量(m3/s)；bj为拟合系数(j=0,1,2,…,m)

3、实验计算实例及分析

　　通过实验，并经过公式测算，得到表1所示数据。对H—Q曲线进行拟合如图2，并得到其相关系数R2，同样的方法对其它曲线进行拟合，得到方程及相关系数如下：

　　为检验其可靠性，本人对三条曲线分别进行了正交多项式拟合得到如表2结果，可见拟合可以保证精度要求。

表1 水泵性能数据

表2 正交多项式拟合表

4、结论

　　在数值处理的方法上，还有最小二乘法，插值法等，其精度和实用性各有差别，但正交多项式法测试表明：

　　1)由正交多项式法得到的拟合曲线在工作区内与实测性能曲线基本重合，误差较小，因此，可以代替手工对离心泵性能数据进行处理并作性能曲线图。拓展学生的知识面和动手能力，激发学生学习兴趣。

　　2)从返回的R2来看，置信度在0.99以上，说明该方法可信、可靠。

　　3)该方法处理过程快速直观，无须进行烦琐的编程。

　　4)本方法便于应用计算机进行离心泵的选型和计算，可大大提高工作效率其拟合精度均较高，因此，本方法具有广泛的实用价值。