彭斯瑤

導(dǎo)流柵對(duì)變壓器油泵性能影響的試驗(yàn)研究

彭斯瑤

(婁底市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，湖南 婁底 417000)

為了改善變壓器油泵的性能，在變壓器油泵的進(jìn)口處設(shè)置導(dǎo)流柵。通過對(duì)進(jìn)口導(dǎo)流柵進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)有無安裝導(dǎo)流柵的兩種變壓器油泵進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，根據(jù)流量—揚(yáng)程曲線、流量—效率曲線、汽蝕—揚(yáng)程曲線等分析變壓器油泵的性能；對(duì)變壓器油泵振動(dòng)、噪音進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，加裝導(dǎo)流柵能有效改善油泵的性能和機(jī)車運(yùn)行的安全性、可靠性。

變壓器油泵；導(dǎo)流柵；性能試驗(yàn)；振動(dòng)；噪音

變壓器油泵是電力機(jī)車運(yùn)行過程中的關(guān)鍵零部件，主要用于變壓器冷卻。變壓器油泵的性能直接影響著機(jī)車高速運(yùn)行狀態(tài)下的安全。

變壓器油泵具有流量大、體積小、重量輕、無泄漏的特點(diǎn)[1-3]。由于安裝需要，因此多采用管道式結(jié)構(gòu)。體積小、重量輕的特點(diǎn)決定了變壓器油泵進(jìn)水室長(zhǎng)度比較小，導(dǎo)致介質(zhì)進(jìn)入變壓器油泵容易形成預(yù)旋，影響油泵的性能，如：出現(xiàn)汽蝕、振動(dòng)、噪音等問題。

在變壓器油泵的吸入口設(shè)置導(dǎo)流柵[4-5]，對(duì)泵進(jìn)的液體起導(dǎo)流作用，以解決油泵進(jìn)口處易形成預(yù)旋的問題。采用試驗(yàn)的方法，對(duì)吸入口設(shè)置導(dǎo)流柵和未設(shè)置導(dǎo)流柵的同一臺(tái)油泵進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分析其流量—揚(yáng)程曲線、流量—功率曲線、流量—效率曲線、汽蝕—揚(yáng)程曲線以及振動(dòng)、噪音的影響，為提高變壓器油泵性能的研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1　基本參數(shù)和吸入口結(jié)構(gòu)

1.1　基本參數(shù)

選取株洲榮達(dá)電器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的R215型變壓器油泵為試驗(yàn)對(duì)象。該油泵的基本參數(shù)為：

Q=45m3/h，H=12.5m，n=2900r/min，η機(jī)組=48%，NPAH=2.5m。

1.2　吸入口結(jié)構(gòu)

變壓器油泵(設(shè)置導(dǎo)流柵)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，導(dǎo)流柵的結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)油泵入口條件，擇優(yōu)確定導(dǎo)流柵的幾何參數(shù)及結(jié)構(gòu)。

1　進(jìn)口端蓋；2　導(dǎo)流柵；3　葉輪；4　軸承座；5　軸承。

2　試驗(yàn)研究

2.1　試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

按GB/T3216-2016回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn) 1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)變壓器油泵試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在DN80管道的試驗(yàn)臺(tái)(B級(jí)精度)上，對(duì)有無導(dǎo)流柵的兩種模型泵進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。如圖3所示，試驗(yàn)裝置將試驗(yàn)油泵牢固地固定在試驗(yàn)臺(tái)上，并確保進(jìn)出口管路具有良好的密封性。

1　變壓器郵箱；2　閥門；3　精密壓力表；4　測(cè)試油泵；5　精密壓力表；6　測(cè)功儀；7　流量計(jì)；8　排氣孔。

2.2　性能數(shù)據(jù)對(duì)比

性能試驗(yàn)時(shí)，全開進(jìn)口閥門，出口閥門從零到最大逐漸開啟[6]。依次取13個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中保證點(diǎn)0.9Q、0.95Q、1.0Q、1.05Q、1.1Q以及Q=0點(diǎn)必須是性能的工況點(diǎn)。其他點(diǎn)可均勻布置。

經(jīng)測(cè)試，兩種模型泵的性能曲線如圖4、圖5所示。

圖4　流量Q—揚(yáng)程H曲線

圖5　流量Q—效率曲線

從圖4可以看出，加導(dǎo)流柵的變壓器油泵揚(yáng)程略高于沒加導(dǎo)流柵的油泵揚(yáng)程，且在小流量區(qū)揚(yáng)程相差比較大，越靠近設(shè)計(jì)點(diǎn)揚(yáng)程相差越小。從圖5可以看出，加導(dǎo)流柵的變壓器油泵效率略高于沒加導(dǎo)流柵的油泵，且在小流量區(qū)效率相差比較大，越靠近設(shè)計(jì)點(diǎn)效率相差越小。由于吸入管比較短小，液體流進(jìn)入葉片前容易形成預(yù)旋，損失了一部分能量，導(dǎo)致?lián)P程、效率有所下降，而導(dǎo)流柵起到了整流的作用，有效地改變了介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)；由于設(shè)計(jì)時(shí)以額定設(shè)計(jì)點(diǎn)為基礎(chǔ)點(diǎn)，考慮了預(yù)旋和沖擊的影響，故在額定點(diǎn)，其性能雖然有所改善，但效果沒有小流量點(diǎn)明顯。

2.3　汽蝕數(shù)據(jù)對(duì)比

變壓器油泵發(fā)生汽蝕時(shí)，不可避免會(huì)影響油泵的性能，并且會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，使過流部件被腐蝕，嚴(yán)重影響變壓器油泵運(yùn)行的可靠性。進(jìn)行汽蝕試驗(yàn)時(shí)，將進(jìn)口閥門全開，改變出口閥門，調(diào)節(jié)流量至額定流量點(diǎn)(進(jìn)行相似換算后的額定流量點(diǎn))，逐漸關(guān)閉進(jìn)口閥門，同時(shí)調(diào)節(jié)出口閥門保持流量不變。當(dāng)改變NPSH值直至揚(yáng)程下降3%以上或者無論怎么開出口閥門都無法達(dá)到額定流量時(shí)，變壓器油泵發(fā)生了汽蝕。記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出揚(yáng)程H---汽蝕NPSH曲線圖，如圖6所示。

從圖6可以看出兩種變壓器油泵的汽蝕性能。加導(dǎo)流柵和未加導(dǎo)流柵的變壓器油泵的汽蝕余量分別為1.92m和1.48m。由此可見，增設(shè)了導(dǎo)流柵以后，改善了變壓器油泵的入口流動(dòng)，起到了整流、穩(wěn)流的作用，降低了變壓器油泵0.44m的汽蝕余量，大大改善了油泵的汽蝕性能。

圖6　汽蝕NPSH—揚(yáng)程H曲線

2.4　振動(dòng)和噪音的測(cè)試

2.4.1導(dǎo)流柵對(duì)變壓器油泵振動(dòng)的影響

變壓器油泵作為一種典型的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，其核心部件是轉(zhuǎn)子—軸承—基礎(chǔ)系統(tǒng)。各旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都會(huì)因轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障發(fā)生一些安全事故。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生故障的關(guān)鍵因素之一便是振動(dòng)。變壓器油泵的振動(dòng)往往會(huì)導(dǎo)致裝置中一些零件發(fā)生斷裂，直接影響機(jī)器的工作及使用壽命，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至可能導(dǎo)致人員傷亡。

將主要測(cè)試點(diǎn)選擇在油泵進(jìn)、出口管道處及葉輪旋轉(zhuǎn)部位，在每個(gè)點(diǎn)取水平、垂直、軸向三個(gè)方向進(jìn)行測(cè)試[7]。測(cè)試位置如圖7所示。

1　油泵進(jìn)口管道處；2　葉輪旋轉(zhuǎn)部位；3　油泵出口管道處。

取3個(gè)點(diǎn)3個(gè)方向上的最大值，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　變壓器油泵振動(dòng)測(cè)試值

從表1可以看出，加與不加導(dǎo)流柵，對(duì)油泵的振動(dòng)影響主要表現(xiàn)在進(jìn)口管道和葉輪旋轉(zhuǎn)處。1處因消除進(jìn)口預(yù)旋而消減了介質(zhì)的擾流，降低了振動(dòng)；2處位于葉輪位置，因液流沖擊葉片使得此處振動(dòng)相對(duì)較大，加導(dǎo)流柵改善了流動(dòng)特性，降低了變壓器油泵的振動(dòng)；3處位于變壓器油泵出口，加不加導(dǎo)流柵對(duì)此處的振動(dòng)影響不大。

2.4.2導(dǎo)流柵對(duì)變壓器油泵噪音的影響

變壓器油泵的噪聲指標(biāo)是衡量泵產(chǎn)品的安全性、可靠性、高效性的重要指標(biāo)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T29529-2013泵的噪音測(cè)量與評(píng)價(jià)》，采用聲壓級(jí)的方法測(cè)量[8]。將測(cè)試點(diǎn)選在與變壓器油泵進(jìn)出口管道45°處的位置，測(cè)試高度為1m，距離泵1m。測(cè)試位置如圖8所示。測(cè)試結(jié)果見表2。

圖8 噪音測(cè)試點(diǎn)

表2　變壓器油泵噪音測(cè)試值

從表2可以看出，加裝導(dǎo)流柵會(huì)降低變壓器油泵的噪音。在油泵進(jìn)口2、4處，加裝導(dǎo)流柵后噪音值降低了約2 dB，降噪效果較明顯；在油泵出口1、3處，加裝導(dǎo)流柵后噪音值降低了0.1 dB，降噪效果不太明顯。這是因?yàn)檫M(jìn)口管道因加導(dǎo)流柵消除進(jìn)口預(yù)旋，消減了介質(zhì)的擾流，降低了噪音值。

3　結(jié)語(yǔ)

通過試驗(yàn)，可以得出以下三個(gè)結(jié)論。

(1)給變壓器油泵加裝導(dǎo)流柵，可有效提高額定流量點(diǎn)的揚(yáng)程、效率。這是因?yàn)閷?dǎo)流柵起到了整流的作用，有效改變了介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)。

(2)給變壓器油泵加裝導(dǎo)流柵，可有效改善變壓器油泵的汽蝕性能，汽蝕余量NPSH可以提高0.4m以上。

(3)給變壓器油泵加裝導(dǎo)流柵，可有效降低變壓器油泵的振動(dòng)和噪音，有效提高變壓器油泵運(yùn)行的安全性和可靠性。

綜上所述，加裝導(dǎo)流柵，能有效改善變壓器油泵在汽蝕、振動(dòng)、噪音等方面的性能，能有效消除油泵的進(jìn)口介質(zhì)預(yù)旋，提高油泵運(yùn)行的安全性和可靠性。

[1] 黎賢鈦.變壓器油泵實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010.

[2] 郝宋,趙園,盧冬華.油泵在電力機(jī)車牽引變壓器中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng),2015,22(5):35,38.

[3] 李敬峰.變壓器油泵的選型與節(jié)能[J].黑龍江科學(xué),2015, 6(5):58-59,73.

[4] 劉建瑞,孔繁余.泵吸入口活動(dòng)式消旋器: CN2736565[P]. 2005-10-26.

[5] 孔繁余,張洪利,高翠蘭,等.基于流場(chǎng)數(shù)值模擬的高速磁力泵汽蝕性能研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2009,40(9):89-93.

[6] 鄭夢(mèng)海.泵測(cè)試實(shí)用技術(shù)[M].2版 .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[7] GB/T29531-2013 泵的振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法.

[8] GB/T29529-2013 泵的噪音測(cè)量與評(píng)價(jià)方法.

Experimental study on the influence of guide grid on the performance of transformer oil pump

PENG Siyao

(Loudi product supervision and testing institute, Loudi, Hunan 417000, China)

In order to improve the performance characteristics of the transformer oil pump, a diversion gate is set at the inlet of the transformer oil pump. The inlet guide grid is designed, and two kinds of the transformer oil pump with or without the guide grid are tested. The performance of transformer oil pump is analyzed from the flow-head curve, flow-efficiency curve, cavitation-head curve, etc. At the same time, the vibration and noise of the transformer oil pump are analyzed. The results show that the installation of the diversion gate can effectively improve the performance of the oil pump and the safety and reliability of the operation.

transformer oil pump; diversion gate; performance test; vibration; noise

TM407

A

2096–8736(2021)03–0033–03

株洲市科技局項(xiàng)目(株科辦【2020】33號(hào)、立項(xiàng)編號(hào)2020-023)。

彭斯瑤(1987—)，女，湖南雙峰人，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)榱黧w機(jī)械理論、性能模擬研究和檢驗(yàn)檢測(cè)。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍