eSV立式多級離心泵制造工藝流程的改進

盧兆中， 宋振先

（賽萊默（南京）有限公司，南京211500）

0 引言

隨著社會經濟的高速發展，市場競爭愈演愈烈，用戶要求的產品交貨時間也越來越短，為了適應市場，滿足客戶，同時也為了提高生產、測試技術能力并與國外公司接軌，筆者公司對eSV立式多級離心泵測試、制造工藝流程進行了改進設計。

1 eSV多級離心泵原生產模式及存在的問題

1）不同的客戶對泵的性能有不同的要求，為此，多級泵必須經水壓及性能全測試方能驗證水泵是否合格及滿足客戶需求，但目前測試臺日測試能力僅為25臺左右。

2）一些關鍵零部件（軸、拉桿）的訂購需要根據客戶的具體要求確定最終泵型及尺寸，需按工單采購，不能有大量庫存，交貨周期長達4周。

因此，為了滿足市場競爭的需要及實現銷售業績逐年增長的目標，公司決定將交貨期由4周縮短至2周，日產量由25臺提高至40臺。

2 提升測試臺效率

性能測試流程及原因分析見表1。

表1 性能測試流程及原因分析

1）獲得水泵曲線。水泵測試時，水泵運轉，通過調節水泵出口閥門的開啟度（0～100），調節得到不同的流量和揚程點，開啟度為0時獲得閉死點揚程，敞開時獲得最大流量點，期間根據需要可均勻分布獲得若干點的參數，繪制圓滑的性能曲線。

2）判斷水泵性能。根據ISO9906：2012-Grade3B標準，當曲線上性能點的流量及揚程參數在±10%的容差內，電機運行電流低于額定運行值時，判斷泵合格。

3）手工測試存在的問題：一是需要手工輸入測試泵的信息；二是由于手工控制閥門開關取點，操作工必須實時操作，不得離開，并長久盯住屏幕及查閱測試水泵標準曲線以獲得均勻的性能點；三是往往無法判斷流態是否穩定急于采點，造成數據不準確；四是無自動合格判定，需要打印報告通過標尺讀取數據對照標準計算，整個過程費時費力。

4）測試軟件自動化升級改造。前端測試水泵信息通過二維碼集成，打印二維碼貼于各測試水泵跟蹤卡上，當后端測試需要輸入信息時，掃描二維碼后，測試水泵信息自動導入測試系統，整過流程通過ERP數據系列傳輸，避免人為錯誤。本水泵自動測試系統采用中國農業機械化科學研究院水泵測試技術研究室自主研發的PMSCAT泵測試系統，該系統在國內水泵行業內已被廣泛應用，測試系統包括PMACAT泵測試軟件、自主研發的配套二次儀表、自動控制PLC系統，具備自動測試、曲線繪制、合格判定等自動化水平較高的功能。

在本試驗臺，被測試水泵信息通過二維碼掃描進入PMSCAT泵測試軟件后，軟件通過泵型號信息從預先錄入的Access數據庫中將被測試水泵的額定參數、試驗中將用到的管路條件、儀表系數等參數調出，省去了以往人為輸入的過程，避免了人為的失誤，同時減少了試驗流程。對于某些特殊情況需要修改一些參數的時候，如合同號、產品編號等，也可以手動進行修改。

ESV泵水壓試驗結束后，自動打壓系統的PLC通過開關量輸出端口將啟動信號送給PMSCAT泵測試系統中PLC的開關量輸入端口。PMSCAT泵自動測試軟件接收到啟動信號后，將被試驗泵啟動，開始做試驗。

5）具體試驗過程。

（1）被試驗泵啟動后，軟件通過PLC的模擬量輸出端口，將閥門的開度調至25%，同時通過二次儀表監控管道中流量，當流量計的返回值不變時，即泵已經啟動完成并運轉平穩，開始調節閥門，進行工況點的采集。

（2）對于以往未做過試驗的泵型號，軟件通過調節閥門找到產品樣本上此型號泵的最大流量的1.15倍的開度位置，并將此時的閥門開度返回值Vmax記錄到該型號對應的Access數據庫列中。

（3）由于閥門開度與流量的關系為二次曲線，為了能采集到相對均勻分布的流量工況點，則用拋物線的方程求得各個工況點的閥門開度。方程如下：

其中：V（i）為第 i點的閥門開度值，mA，0＜i≤n；n 為試驗需要采集的工況點數。

對于已經做過試驗，數據庫中已經有Vmax值的泵型號，可以直接代入公式求出各個工況點的閥門開度V（i）。

通過PLC的模擬量輸出端口，從閥門關死點開始，將不同的閥門開度V（i）發動給閥門，調節出不同的工況點，并采集記錄各個工況點下的流量、進出口壓力、轉速、電壓、電流、功率等數據。

（4）當PLC輸出某一閥門開度V（i）后，軟件通過PLC的模擬量回收端口，接受閥門開度反饋值，并反復比較，直到閥門反饋值與V（i）相差小于0.3 mA，并且流量計的返回值變化小于2%的時候，認為泵在該閥門開度下已經達到運轉穩定狀態，此時自動采集本工況點的數據。

（5）當數據點都采集完畢后，軟件自動斷開試驗泵電源，退出試驗畫面，打印泵出廠試驗報告單，生成試驗曲線，并對其進行合格判定。

為了使試驗結果能更真實地反映被試驗泵的性能情況，PMSCAT泵測試軟件使用基于最小二乘法的3次多項式擬合曲線，并借鑒國外Lowara公司的經驗，拓展了ISO9906：2012-Grade3B試驗方法中的十字判定法，在被試泵型號樣本中，小流量點和大流量點同時用十字判定法進行QH曲線的合格判定。這樣可以保證被試泵在全部的流量工況點下的性能指標。

圖1 試驗報告

具體判定方法為，如果被試泵的QH曲線同時與小流量點的十字容差線和大流量點的十字容差線的至少一條邊相切，則被試泵的QH性能合格，否則為不合格。同時將最后一個工況點（試驗中的最大流量點）的電流與電機的額定電流相比較，如果試驗電流小于電機的額定電流，則電流判定合格，否則為不合格。

最終試驗報告見圖1。

圖2 二維碼

（6）如果試驗結果判定為合格，泵測試軟件在屏幕上顯示醒目“PASS”字樣，軟件自動生成以產品編號為名的Excel報告文件，同時將被試驗泵的性能數據和試驗前通過二維碼掃描錄入的合同信息生成在二維碼中，并自動打印3份（見圖2），隨泵出廠，以方便客戶讀取。

二維碼打印（圖3）及內容見表2。

圖3 二維碼打印

（7）測試軟件同時還具備手動采集功能，可以對一些有具體性能指標要求的泵進行手動單獨試驗。試驗后可以手動生成試驗曲線和報告，并手動打印二維碼。

表2 二維碼格式/數據說明表

3 水壓測試改進

水壓測試流程及原因分析見表3。

影響水壓測試效率的最關鍵因素為閥門啟閉時間過長，高壓泵運行時間長。

改進方法為：1）替換原采用的電動球閥為氣動球閥，閥門啟閉單沖程時間由1.8 min縮短為10 s；2）修訂原自動打壓程序，呼應閥門快速啟閉節拍；3）更換大流量高壓泵，打壓3.75 MPa，僅需30 s。

表3 水壓測試流程及原因分析

通過以上一系列工藝改進，實現單臺泵測試時間在10 min以內，解決了測試瓶頸問題。

4 關鍵非標零件工藝流程改進

1）拉桿及軸由外購改為自制，既不必外購零件又降低了成本；

2）由于拉桿及軸皆為細長軸類零件，需要控制原材料外圓使其符合設計尺寸，并需檢測控制原材料的化學及機械性能；

3）組織相關人員審核圖紙的加工工藝要求，制定出詳細的加工方案。軸的加工工藝見圖4，拉桿的加工工藝見圖5。

4）根據工藝要求，關鍵設備的選型和采購重點關注下料（鋸床），軸零件的花鍵槽加工（銑床），以及M12、M14、M16拉桿的螺紋加工（滾絲機）。

圖4 軸的加工工藝

圖5 拉桿的加工工藝

5）考慮到軸花鍵（圖6）的尺寸精度和效率要求，刀具的設計為成形銑刀，可一次性加工達到尺寸精度。

6）與公司的整體布局相融合，根據拉桿及軸的加工區域布置（圖7），使物流順暢。

圖6 軸花鍵

5 結 語

賽萊默（南京）公司通過一系列的工藝流程改進后，極大地提高了生產效率和測試能力，實現了在銷售額穩步提升的基礎上，將交貨期由4周縮短為2周，獲得了客戶的贊譽。

圖7 拉桿及軸的加工區域布置圖

［1］ Xylem Lowara Company.Xylem Lowara company technical handbook［M］.

［2］ ISO9906：2012 Grade3B performance test standard［S］.