基于逆向工程技術的冷卻液氣穴腐蝕新型試驗泵適用性研究*

魯林平 戴錫康 張旸趙杰

（1.天津理工大學機械工程學院 2.天津市產品質量監督檢測技術研究院3.交通運輸部公路科學研究院 4.中國科學院山西煤炭化學研究所）

基于逆向工程技術的冷卻液氣穴腐蝕新型試驗泵適用性研究*

魯林平**1戴錫康2張旸3趙杰4

（1.天津理工大學機械工程學院 2.天津市產品質量監督檢測技術研究院3.交通運輸部公路科學研究院 4.中國科學院山西煤炭化學研究所）

選取一款國產的新型試驗泵，驗證其作為冷卻液氣穴腐蝕試驗泵的適用性。從水力性能角度，在同一專業測試平臺上，對新型試驗泵與推薦用泵進行了對比試驗。研究表明，新型試驗泵與推薦用泵在水力性能和氣穴腐蝕特性上高度吻合，驗證了新型試驗泵取代推薦用泵的適用性。

冷卻液 氣穴腐蝕 逆向工程 試驗泵 性能曲線 適用性

機動車發動機冷卻液（以下簡稱發動機冷卻液或防凍液），是一種能滿足液冷式發動機在低溫條件下正常工作要求的液體，是發動機正常運轉不可缺少的散熱介質，具有冷卻、防腐蝕、防穴蝕、防結垢和防沸防凍等功能。發動機冷卻液的質量關乎發動機的安全運行。優質的發動機冷卻液，夏天可防沸，冬天可防凍，常年使用可以起防腐蝕和防水垢作用，它既是冷卻介質又是一種很好的保護劑[1-3]。劣質的發動機冷卻液對冷卻系統的影響是極為嚴重的，在冬季使用時，容易結冰、凝固，導致水箱及冷卻系統管路脹裂損壞，造成發動機受損；在炎熱的夏天，可能引起發動機冷卻系統“開鍋”；還有的會破壞冷卻系統內的金屬表面，嚴重時可使冷卻系統內壁穿孔，引起冷卻液漏失，導致發動機損壞[4]。

2014年5月1日起，強制性國家標準GB 29743—2013《機動車發動機冷卻液》全面實施[5]。該標準的實施對發動機冷卻液產品的研發、生產、銷售及使用具有普遍指導作用，對保障行車安全、保護人民生命財產有著較強的現實意義。GB 29743—2013標準強制性要求生產企業在產品定型或配方發生變化時，要做包含全部檢驗項目的型式檢驗；此外，每兩年也要進行一次型式檢驗。但大多數企業并沒有做到這一點，尤其是鋁泵氣穴腐蝕等體現產品實際使用性能的臺架檢驗項目很多企業更是從未檢測過。究其原因，是國內氣穴腐蝕試驗的檢測標準SH/T 0087—1991《發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》中推薦使用了美國別克公司生產的鋁制試驗泵[6]。該泵不僅價格昂貴，單臺套泵的價格在萬元以上，而且市場供應量極少，不易從正規渠道獲得。由于這一原因，致使國家標準無法完整實施，即該標準在指導冷卻液產品的生產和使用上受到制約。

鑒于目前國內外市場的需求，選取了一款國內企業開發的用于發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗的新型試驗泵。該泵在SH/T 0087—1991標準推薦用泵的基礎上，使用逆向工程技術[7-9]，獲取流道參數，結合造型優化設計，經模具開發、鑄造、零部件設計與選型、裝配等一系列工作，開發出了新型試驗泵。

本文在外觀對比基礎上，從水力性能試驗和臺架試驗角度，對新型試驗泵和標準推薦用泵進行了對比分析，驗證了新型試驗泵造型設計的可行性，研究了新型試驗泵替代標準推薦用泵的適用性。

1 泵體外觀對比

圖1所示為標準推薦用泵的泵體及泵殼照片。圖2所示為新型試驗泵的泵體及泵殼照片。

通過對標準推薦用泵及新型試驗泵外觀檢查發現，兩款泵的流道具有相同的特征，關鍵尺寸相等，符合逆向工程原理；此外，新型試驗泵在逆向工程開發的基礎上，在造型上進行了一定的優化設計和表面處理，與推薦用泵相比，具有結構緊湊、外觀大方的優點。

圖1 標準推薦用泵

圖2 新型試驗泵

2 水力性能對比試驗

離心泵的性能通常以流量、揚程、轉速、效率、功率等參數來進行描述，各個性能參數之間的關系和變化規律可以用一組性能曲線來表達。對每一臺離心泵而言，當轉速一定時，通過試驗的方法可以繪制出相應的一組性能曲線，即離心泵的基本性能曲線[10-11]。

為了對新型試驗泵和推薦用泵進行進一步的對比，分別對其進行了水力性能試驗，繪制了性能曲線，以驗證新型試驗泵水力性能與推薦用泵水力性能的一致性。

2.1 實驗裝置

委托離心泵專業測試機構，利用專業檢測平臺，在恒定轉速下調節出口閥開度大小以改變流量，在每個設定流量值下分別測量泵的進口壓力、出口壓力、電壓、電流、軸功率，通過計算可得到泵揚程、效率等參數。測試平臺示意圖如圖3所示。

圖3 離心泵測試平臺

2.2 性能曲線繪制

在相同的測試平臺上，分別對兩臺泵進行測試，獲得原始數據，根據原始數據計算得到揚程、有效功率，分別繪制出兩臺泵的特性曲線如圖4所示。通過曲線對比，可以發現：在流量及對應的揚程上，推薦用泵的流量范圍為0~9.84 m3/h，對應的揚程為11.88~8.76 m；新型試驗泵的流量范圍為0~9.93 m3/h，對應的揚程為11.74~9.07 m。

圖4 泵性能曲線

以推薦用泵水力性能參數為基準，新型試驗泵流量最大偏差約為1%，揚程最大偏差約為3.5%。根據GB/T 3216—2016規定[12]，流量最大容差系數為±10%，揚程最大容差系數為±8%。與推薦用泵數值相比，新型試驗泵的流量和揚程偏差都低于標準規定的容差系數。

試驗驗證了新型試驗泵與推薦用泵的水力性能具有高度的一致性，從流動特性角度驗證了新型試驗泵造型的有效性，同時保證了新型試驗泵替代推薦用泵的可行性。

3 氣穴腐蝕性能對比試驗

為驗證新型試驗泵與標準推薦用泵在冷卻液氣穴腐蝕臺架試驗檢驗結果上的一致性，同時，為驗證同一批次新型試驗泵的均勻性、再現性以及不同批次新型試驗泵的穩定性，組織4家已獲得CNAS資質的實驗室（編號為A、B、C、D），選取兩種成熟配方冷卻液樣品（已知使用推薦用泵的氣穴腐蝕評級分別為8級、9級）進行驗證試驗。

3.1 一致性驗證

主要是考察新型試驗泵與使用推薦用泵所得的試驗結果是否一致。

各實驗室均使用新型試驗泵，按照標準SH/T 0087—1991分別對上述兩個已知評級的樣品進行檢測，驗證結果見表1。

表1 一致性驗證結果

由表1可以看出，由不同實驗室完成的11組使用新型試驗泵所得的評級結果均與使用推薦用泵所得的評級結果之差小于等于1級，符合ASTM D 2809—09標準中對結果再現性的要求[13]，表明新型試驗泵與推薦用泵的評級一致性較好。

3.2 均勻性驗證

均勻性驗證主要是考察使用同一批次生產的新型試驗泵，由同一個操作者、在同一家實驗室、使用同一臺儀器、對同一個樣品進行試驗，所得的試驗結果是否一致。

將同一批次生產的新研制的試驗泵取三套，按照標準SH/T 0087—1991分別進行試驗，驗證結果見表2。由表2可以看出，由同一實驗室完成的3組使用同一批次新型試驗泵所得的評級結果差值小于等于1級，符合ASTM D 2809—09標準中對結果重復性的要求，且與使用推薦用泵所得的評級結果一致，表明本項目研制的試驗泵同一批次的均勻性較好。

表2 均勻性驗證結果

3.3 穩定性驗證

穩定性驗證主要是考察使用不同批次生產的新型試驗泵，由同一個操作者、在同一實驗室、使用同一臺儀器、對同一個樣品進行試驗，所得的試驗結果是否一致。

將已生產的兩批次新型試驗泵按照標準SH/T 0087—1991分別進行試驗，驗證結果見表3。

表3 穩定性驗證結果

由表3可以看出，由同一實驗室完成的2組使用不同批次新型試驗泵所得的評級結果均為8級，且與使用推薦用泵所得的評級結果一致，表明新型試驗泵不同批次的穩定性較好。

3.4 再現性驗證

再現性驗證主要是考察使用同一批次生產的新型試驗泵，由不同的操作者、在不同的實驗室、使用不同的儀器、對同一個樣品進行試驗，所得的試驗結果是否一致。將兩套試驗泵和兩個已知評級的冷卻液樣品分別發放給4家實驗室，按照標準SH/T 0087—1991分別進行試驗，驗證結果見表4。

表4 再現性驗證結果

由表4可以看出，4家實驗室對已知推薦用泵評級為8級的冷卻液樣品所得的評級結果均為8級，對已知推薦用泵評級為9級的冷卻液樣品所得的評級結果為9級～10級，差值小于等于1級，符合ASTM D 2809—09標準中對結果再現性的要求，表明本項目研制的試驗泵評級結果的再現性較好。

通過對新型試驗泵的外觀檢測以及水力性能、氣穴腐蝕臺架的試驗驗證，表明新型試驗泵與標準SH/T 0087—1991《發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》的推薦用泵各項參數要求一致、氣穴腐蝕特性試驗評級結果一致，可替代推薦用泵進行發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗。

4 結論

（1）經過優化設計的新型試驗泵其造型設計在繼承流動特性的基礎上，具有結構緊湊、美觀大方的特點。

（2）水力性能對比試驗不僅驗證了新型試驗泵與推薦用泵在水力性能上的一致性，而且驗證了密封設計、傳動設計的合理性和有效性。

（3）從一致性、均勻性、穩定性和再現性等角度開展的氣穴腐蝕性能對比試驗表明，新型試驗泵工藝性能穩定、新型試驗泵與標準推薦用泵各項參數要求一致性良好、氣穴腐蝕特性試驗評級結果一致，而且同一批次試驗泵的均勻性、再現性以及不同批次的穩定性均達到要求。

研究表明，該新型試驗泵的造型設計滿足使用需求，在冷卻液氣穴腐蝕試驗上完全能夠取代推薦用泵，不僅解決了無泵可用的問題，而且有利于提高冷卻液產品質量，具有良好的社會效益。

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[13]ASTM D2809-09 Standard Test Method for Cavitation Corrosion and Erosion-Corrosion Characteristics of Aluminum Pumps with Engine Coolants[S].

Applicability Study of Coolants Cavitation Corrosion New Test Pump Based on Reverse Engineering Technology

Lu Linping Dai Xikang Zhang Yang Zhao Jie

A new type of domestic test pump was selected to verify its applicability as a coolant cavitation corrosion test pump.From the hydraulic performance point of view,a new test pump was compared with the recommended pump on the same professional test platform.The results showed that the new test pump and the recommended pump were in good agreement with the hydraulic and cavitation corrosion characteristics.The applicability of the new test pump instead of the recommended pump was verified.

Coolant;Cavitation corrosion;Reverse engineering;Test pump;Performance curve;Applicability

TH 311

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.002

交通運輸部標準計量質量研究項目，交通運輸安全相關標準研究及制定（2015）。

**魯林平，男，1980年生，博士，講師。天津市，300072。

2017-03-24）