某內燃機車水泵汽蝕試驗及試驗方法的探討

閆玉鳳

摘要：本文主要介紹了內燃機車冷卻水泵汽蝕的影響，闡述了一種水泵汽蝕余量的測量方法，并圍繞該試驗方法進行了分析探討。

關鍵詞：內燃機車;水泵;汽蝕;試驗

0? 引言

冷卻水泵是內燃機車的一個重要組成部件，其性能的好壞直接影響到柴油機的正常工作。水泵的性能參數主要包括流量、揚程、汽蝕余量。

水泵的汽蝕試驗是水泵型式試驗中的重要部分，它是一項既重要又有一定難度的試驗項目。進行水泵型式試驗既可以驗證水泵是否能夠達到設計要求又可以給水泵的設計考慮一個安全的余量，得到許用的汽蝕余量并作為確定機車水箱安裝高度及泵前阻力的依據。目前水泵的汽蝕余量還無法通過理論計算求得，汽蝕試驗是確定水泵汽蝕余量的唯一可靠方法。在水泵的汽蝕試驗中，影響汽蝕余量測量準確性的因素有很多，本文主要闡述了一種內燃機車水泵汽蝕余量的測量方法，并圍繞該試驗方法進行了分析和探討。

1? 汽蝕試驗方法

本文中涉及的內燃機車水泵汽蝕試驗采用的是開式循環試驗設備，試驗介質由地下貯水池被水泵吸入，然后借助于進、出口閘閥調節至標定的的流量和壓力。試驗介質由排出管路自由流出至測量儀器然后再流回到地下貯水池。試驗臺位組裝圖如圖1所示。

本次汽蝕試驗采用了齒輪箱，將水泵的轉速調節至標定轉速，進行汽蝕試驗時的水溫為常溫。在水泵試驗臺位的吸入進口處設置了進口閘閥，在標定轉速、流量的條件下通過調節進口處的閘閥調節泵的進口壓力，同時配合調節出口閘閥開度，在保持流量恒定的運轉工況下，逐漸降低泵的入口壓力使泵的第一級揚程下降3%，作為測定水泵臨界汽蝕余量的依據。根據測得的結果利用計算機實時數據采集繪制出水泵的揚程-汽蝕余量曲線。

2? 汽蝕試驗測定方法

GB/T 3216-2005中規定在水泵的汽蝕試驗中將泵的第一級揚程下降3%時的必需的汽蝕余量，作為標準基準用于表示性能曲線。所謂的泵的第一級揚程就是指水泵的性能試驗測試中在額定流量下水泵所達到的實際揚程。例如我們在水泵的性能試驗中，在水泵的額定流量136m3/h時，測得的揚程為31.6m。那么汽蝕發生的位置揚程為31.6×（1-3%）即為：30.65m，此揚程所對應的數值4.09m則為測得的汽蝕余量值，如圖2所示。

3? 試驗方法的討論

3.1 試驗方法上的問題

本次汽蝕試驗所采用方法的最大優點是操作系統比較簡單，適合企業生產試驗使用，不需要復雜的試驗裝置和設備，是開式試驗系統進行汽蝕試驗的主要方法。但是在實際操作過程中需要同時控制兩個變量：流量維持恒定和揚程逐漸下降3%，即每調節一次泵的入口壓力，就需要不斷微調出口閘閥開度，以保證流量在標定流量（或者標定流量附近可接受的波動范圍內），然后通過若干次上述調節過程，完成水泵的汽蝕試驗。在實際操作過程中需要在流量調節的精確度和調節時間之間做出取舍，從而導致汽蝕試驗方法精確度不高、試驗時間較長。

用這種方法進行汽蝕試驗時，當泵的汽蝕余量較大時，很難通過控制進口閘閥合理布置試驗點數，來確定水泵汽蝕試驗曲線;當泵的汽蝕余量較小時，進口閘閥關閉到一定程度時，介質通過閥的速度增大，由此產生的動能急劇增大，壓力降也急劇增大，在泵還沒有達到臨界汽蝕狀態時，閥門壓力已低于當時溫度下的汽化壓力，先于泵發生局部汽蝕，產生大量氣泡在吸入管路的低壓區不易消失，隨介質流入泵，這樣就不能實際反映泵的汽蝕性能，致使汽蝕試驗的誤差較大。

3.2 水溫的影響

水泵的汽蝕是液體的汽化造成的，而液體汽化的原因是由于液體的溫度過高或者壓力過低產生的。因此在進行汽蝕試驗時，水溫對汽蝕余量的影響是很大的，在不同的水溫下測得的水泵的汽蝕余量值是不相同的。但是由于試驗臺位的局限性，致使試驗介質無法加溫。該內燃機車只轉讓了圖紙而未轉讓設計技術及設計資料，再加上試驗裝置差異帶來的測量誤差，綜合考慮我們最終采用了在同一個試驗臺位上采用相同的試驗裝置及試驗條件，分別來測量該內燃機車原裝水泵和新設計水泵的汽蝕余量。通過對比可以初步判斷出不同的水泵汽蝕性能的好壞。

4? 結論

水泵的汽蝕造成水泵性能下降，大量的氣泡會堵塞流道的截面，減小液體從葉輪獲得的能量，導致水泵揚程下降，效率也相應降低，從而影響內燃機車的安全運行。因此，水泵的設計者和用戶應對水泵的汽蝕問題給予足夠的重視。同時水泵技術是一門半理論半經驗的學科，試驗設計對泵的發展具有極其重要的意義，我們需進一步對水力機械的汽蝕機理進行分析研究，利用更加先進的測試技術及儀器設備，更準確地測得汽蝕余量的值，為科研、生產、使用服務。

參考文獻：

[1]沈陽水泵研究所，中國農業機械化科學研究院.葉片泵設計手冊，1983.

[2]波蘭 A.T.特羅斯科蘭斯基，S.拉扎爾基維茨.葉片泵計算與結構[M].1981.