Приложение А (справочное). Организация испытаний

Приложение А
(справочное)

Организация испытаний

А.1 Общие положения

Наилучшие условия измерений в мерных сечениях достигаются тогда, когда поток в них обладает:

- осевой симметрией распределения скоростей;

- равномерным распределением статического давления;

- отсутствием завихрений, вызываемых стендом или установкой.

Необходимо избегать любых изменений, которые могут повлиять на указанные выше условия испытаний, то есть не допускать изгибов, поворотов, расширения или изменения поперечных сечений трубопроводов в непосредственной близости (менее четырех диаметров) от мерного сечения.

Обычно неравномерность потока на входе в насос возрастает с увеличением типового числа К насоса. Когда К > 1,2, рекомендуется при испытаниях воспроизводить эксплуатационные условия работы насоса.

Примечание - Для соблюдения стандартных условий испытания рекомендуется отвод от резервуаров со свободной поверхностью или больших сосудов (резервуаров) в закрытой сети проводить прямым участком трубопровода, длину L которого вычисляют по соотношению L/D = К + 5 (D - диаметр трубы). Это особенно важно для испытания по классу 1.

Эти условия также будут соблюдены без установки выправляющих поток устройств для насоса, имеющего по схеме установки (стенда) на входе изгиб трубопровода под прямым углом на расстоянии L от входного патрубка. В таких условиях нет необходимости использовать выпрямители потока в трубе между изгибом и насосом. Тем не менее в закрытой схеме стенда, где поток идет в насос сразу из резервуара, необходимо быть уверенным, что поток жидкости, поступающей в насос, не имеет завихрений, вызванных конструкцией стенда (установки), а идете равномерной симметричной скоростью.

Завихрений можно избежать при:

- тщательном конструировании трубопровода, подводящего поток к мерному сечению;

- точном исполнении и использовании устройства, выпрямляющего поток;

- правильной установке трубок отвода давления, уменьшающей их влияние на результат измерения.

Не рекомендуется устанавливать задвижки на всасывающей линии насоса, но если без нее не обойтись, например при кавитационных испытаниях, длина прямой трубы между задвижкой и входом в насос должна обеспечивать полное заполнение насоса жидкостью и однородное распределение давления и скорости на входном мерном сечении. Этого можно достичь, используя подходящее устройство выпрямления потока и/или длинную прямую трубу минимум 12 D.

А.2 Принципы измерений

Полный напор насоса определяют в соответствии с его определением, приведенным в 3.2.15. Выраженный как высота столба перекачиваемой жидкости, он представляет собой энергию, передаваемую насосом единице массы жидкости, деленную на ускорение свободного падения.

Различные значения, установленные для напора в 3.2.7, следует, как правило, определять во входном сечении и выходном сечении насоса (или агрегата в комплекте с фитингами, которые присутствуют при испытании). Практически для удобства и точности расчета измерения проводят в основном в поперечных сечениях и немного ниже от и немного выше от (см. рисунок А.1).

Необходимо учитывать потери от трения жидкости в трубе на участках между и и между и (неизбежные местные потери напора), полный напор насоса при этом следует вычислять по формуле:

,

где и - полные напоры в сечениях и .

В разделе А.4 определяются мерные сечения в разных типах установок и метод оценки потерь напора.

А.3 Различные методы измерений

В зависимости от условий установки насоса и расположения сети трубопроводов напор насоса может быть определен или отдельным измерением разности давления на входе и выходе, или измерением разности давления на входе и выходе, прибавляя к ней разность скоростных напоров, если она имеется (см. рисунок А.1).

Полные напоры можно также получать из данных давления в трубопроводах или из измерений уровней воды в хранилищах (емкостях). Для этих случаев на рисунках А.3 и А.4 показаны выбор и расположение мерных сечений.

Рисунок А.1 - Изометрическая иллюстрация определения полного напора

А.4 Испытание насоса на стандартной установке

А.4.1 Мерное сечение на входе

Когда насос испытывают на стандартном испытательном стенде с условиями, как описано в А.1, мерное сечение на входе насоса должно располагаться на расстоянии двух диаметров от входного патрубка насоса вверх по течению, если позволяет подводящая труба. Если длина трубы недостаточная (например, короткий раструб) и нет заблаговременного согласования, имеющуюся прямую часть трубы необходимо поделить, как удобно, по месту вверх или вниз по направлению потока от мерного сечения (например, в отношении вверх : вниз по течению как 2 : 1).

Мерное сечение на входе должно находиться на прямом отрезке трубы одного диаметра соосно со входным патрубком насоса, чтобы условия движения потока были как можно ближе к рекомендуемому в А.1. При наличии изгиба на коротком участке трубы перед мерным сечением вверх по течению и использовании одного или двух отверстий отбора давления (для классов 2 и 3) они должны располагаться перпендикулярно к плоскости изгиба.

При испытании по классам 2 и 3, если отношение скоростного напора на входе к полному напору насоса очень низкое (менее 0,5%) и сведения о полном напоре на входе не очень важны (не требуются для испытаний NPSH), допускается, чтобы мерное сечение отбора давления (см. А.4.3) находилось непосредственно на входном фланце насоса, а не на трубопроводе (на расстоянии двух диаметров вверх по течению).

Полный напор на входе определяют из измеренного напора измерительным прибором из высоты измеряемой точки над эталонной плоскостью и из скоростного напора, рассчитанного, как если бы во всасывающей трубе преобладало равномерное движение жидкости.

Погрешности при измерении напора на входе могут происходить частично из-за предварительного завихрения потока. Эти отклонения можно обнаружить и исправить следующим образом:

a) если насос всасывает из резервуара со свободной поверхностью, где уровень воды и действующее на него давление постоянны, то потеря напора между резервуаром и измерительным сечением на входе при отсутствии завихрения пропорциональна закону квадратов скорости потока (подачи). Значение общего напора на входе должно подчиняться этому же закону. Если эффект предшествующего завихрения при низких скоростях потока ведет к отклонению данного соотношения, то общий измеренный напор на входе должен быть откорректирован, принимая в расчет эту разницу (см. рисунок А.2);

b) если насос всасывает из резервуара с непостоянным уровнем и давлением, то необходимо выбрать другое мерное сечение для измерения на трубопроводе, где точно известно об отсутствии предшествующего завихрения, а также учесть потери напора между двумя мерными сечениями (а не непосредственно в месте измерения общего напора) так же, как это описано выше.

;

;

(A.1)

.

(А.2)

Рисунок А.2 - Корректировка полного напора на входе

А.4.2 Мерное сечение на выходе

Мерное сечение на выходе должно быть расположено на прямолинейном участке трубопровода, соосном выходному патрубку насоса, и иметь с ним одинаковый диаметр. Если в мерном сечении имеются одно или два отверстия для отбора давления (при испытании по 2 и 3 классам), они должны быть перпендикулярны к плоскости "улитки" или любого изгиба корпуса насоса (см. рисунок А.3).

Рисунок А.3 - Отбор давления в точке, перпендикулярной к плоскости "улитки" или соответственно плоскости изгиба

Обычно мерное сечение на выходе располагается на расстоянии двух диаметров от выходного патрубка насоса. Для насосов, у которых скоростной напор на выходе меньше 5% полного напора насоса, для 2 и 3 классов испытания мерное сечение на выходе может располагаться на самом выходном патрубке.

Общий напор на выходе слагается из измеренного напора, высоты измеряемой точки над эталонной поверхностью и скоростного напора, рассчитанного, как если бы в напорном трубопроводе преобладала равномерная скорость движения жидкости. На определение общего напора может влиять завихрение потока, вызванное работой насоса, или неравномерной скоростью, или перепадом давления; отбор давления можно расположить подальше вниз по направлению движения потока. Потери напора между мерным сечением и выходным патрубком насоса в этом случае следует учитывать (см. А.4.9).

А.4.3 Отводы давления

Рисунок А.4 - Требования к отверстиям отбора давления

Для испытаний по классу 1 четыре отбора для измерения статического давления должны быть расположены симметрично вдоль окружности в каждом мерном сечении, как показано на рисунке А.5 а).

Для испытаний по классам 2 и 3 обычно достаточно одного отвода для измерения статического давления в каждом мерном сечении, но если поток неравномерный или подвержен завихрениям, то требуются два и более отводов, как показано на рисунке А.5 b).

Рисунок А.5 - Отверстия отбора давления для испытаний классов 1, 2 и 3

За исключением особых случаев, где положение определяется размещением трубопровода, отвод (отводы) давления не следует располагать ни у самой высокой, ни у самой низкой точки поперечного сечения трубопровода.

Отводы статического давления следует выполнять с соблюдением требований, указанных на рисунке А.4. Они не должны иметь заусенцев и неровностей, должны быть заподлицо со стенкой трубы и перпендикулярны ей.

Диаметр отверстий для отбора давления должен быть от 3 до 6 мм или равен 1/10 диаметра трубы, принимается меньший из двух. Длина отверстия отбора давления не должна быть меньше 2,5 d отверстия.

Внутренняя поверхность трубы, на которой выполнены отводы для отбора давления, должна быть чистой, гладкой, стойкой к химическому воздействию перекачиваемой жидкости. Любое покрытие этой поверхности (например, окраска) должно быть неповрежденным. Если труба имеет продольный сварной шов, отверстия должны быть расположены как можно дальше от него.

Когда используется несколько отводов давления, они должны быть снабжены отсечными (запорными) кранами на трубках, соединенных с кольцевым коллектором, поперечное сечение которого должно быть не менее суммы поперечных сечений отводов, чтобы, если потребуется, можно было измерить давление индивидуально в каждом отводе при обычном режиме испытания насоса. Если одно из показаний дает разницу более 0,5% общего напора по сравнению со средним значением из четырех показаний или отклонение превышает показатель скоростного напора в измеряемом сечении, то нужно установить причину этого отклонения и повторить испытание в исправленных условиях.

Если эти отводы используют для определения NPSH, то отклонения не должны превышать NPSH на 1% или на значение скоростного напора на входе насоса.

Трубы, соединяющие отводы давления с возможными устройствами поглощения колебаний (см. 4.3.2) и приборами, должны иметь внутренний проход, совпадающий с проходом отводов давления. В системе не должно быть протечек.

В верхней точке соединений должен быть установлен продувной кран, чтобы избежать накопления пузырьков воздуха при проведении измерений.

По возможности рекомендуется использовать прозрачную трубку для обнаружения присутствия воздуха. В ISO 2186 даются указания об использовании соединительных трубок.

А.4.4 Корректировка для разности высоты

Корректировка показания давления, , за счет разницы высоты ( - z) между значениями в середине мерного сечения и плоскостью прибора измерения давления может быть проведена по формуле:

,

(А.3)

где - плотность жидкости в соединительной трубке.

А.4.5 Испытательные моделирующие устройства

Если по причинам, приведенным в разделах А.1 - А.4.4, согласовано испытание насоса в условиях, схожих с условиями его работы на месте эксплуатации, то важно, чтобы на входе моделируемого устройства поток жидкости был максимально возможно лишен завихрений, вызываемых конструкцией стенда (установки), и имел осесимметричное распределение скоростей. Необходимо создать все условия для достижения этих целей.

При необходимости для испытания по классу 1 распределение скоростей потока в моделируемой схеме следует определять расположением трубок Пито, чтобы установить наличие требуемых характеристик потока. В противном случае требуемые характеристики потока в соответствующих сечениях можно получить при установке соответствующих устройств, типа выпрямителей потока для направления или корректировки (завихрений или асимметрии). Информация о наиболее распространенных типах выпрямителях потока представлена в ISO 7194. При этом нужно быть уверенным, что на условия испытаний не будут влиять потери напора, связанные с некоторыми приспособлениями выправления структуры потока.

А.4.6 Испытание насосов с дополнительным оборудованием

Если оговорены в договоре стандартные испытания, то их следует соблюдать и при испытании насоса в комбинации с его дополнительным оборудованием:

a) необходимым для установки насоса на рабочем месте, или

b) необходимостью для точного воспроизводства оборудования на рабочем месте, или

c) оборудованием, необходимым для проведения испытания (приспособления к насосу).

Измерения проводятся в соответствии с А.1.

Если испытания являются комбинированными для насоса и подводящей и отводящей арматуры, считающейся неотъемлемой частью насоса, положения А.1 следует применять к входным и выходным фланцам арматуры вместо фланцев насоса. В этом случае дополнительные потери за счет арматуры относят к насосу.

Тем не менее, если гарантируется только эффективность работы насоса, необходимо определять потери от трения и возможные местные потери напора между мерными сечениями на входе и входным фланцем насоса и между выходным фланцем и мерным сечением на выходе в соответствии с методом, описанным в А.4.9 и принятым во внимание при расчете полного напора насоса.

А.4.7 Насосные установки погружного типа

Если насос или комбинация насоса с арматурой проходят испытания или устанавливаются в условиях, где невозможно осуществить стандартное соединение, как описано в А.1, следует проводить измерения по следующим требованиям.

Насосы этого типа нельзя испытать на стандартных установках, как описано в А.1, схема их установки показана на рисунке А.6.

Полный напор на входе равен высоте расположения свободного уровня жидкости, закачиваемой насосом, относительно эталонной плоскости, плюс напор, равный манометрическому давлению над поверхностью жидкости.

В зависимости от обстоятельств полный напор на выходе можно определить или измерением давления в нагнетательном трубопроводе (см. А.4.2), или, если насос подает жидкость в резервуар со свободной поверхностью, измерением уровня в данном резервуаре. В этом случае при условии, что жидкость у поверхности находится в состоянии покоя, напор на выходе равен высоте свободной поверхности жидкости в емкости, в которую насос закачивает, над эквивалентной плоскостью плюс напор, эквивалентный манометрическому давлению над этой поверхностью.

При этом следует учитывать все виды потерь напора между мерными сечениями.

При необходимости потери напора из-за трения между мерными сечениями и контрактными границами насоса могут быть определены согласно методу, описанному в А.4.9. Местные потери напора из-за особенностей схемы трубопровода и различной арматуры (всасывающего фильтра, обратного клапана, изгиба на нагнетательной линии, вентилей, расширителей и т.п.) должны максимально оговариваться в контракте стороной, которая предоставляет эту арматуру. Если это невозможно, покупатель и производитель перед началом испытаний должны согласовать возможные значения.

Так как погружные насосы [см. рисунок А.6 а)] обычно не испытывают со всеми необходимыми вертикальными трубопроводами, исключая приемочные испытания на рабочем месте, потери напора от трения в недостающих частях должны быть учтены и оговорены (согласованы) с покупателем. Если возникает необходимость подтверждения расчетных характеристик при установке на рабочем месте, то это должно быть оговорено в контракте.

При испытании насосов этого типа гарантии могут распространяться на насос с учетом арматуры.

.

(А.4)

.

(А.5)

Рисунок А.6 - Измерение полного напора Н для различных типов погружных насосов

Примечание - Насосы с погружным валом и насосы для буровых скважин не могут быть испытаны с полной длиной напорного трубопровода и, следовательно, не измеряют и не учитывают потери напора на участках, не подвергаемых испытанию, и энергию, затрачиваемую на трансмиссию на этих участках. Во время такого испытания упорный подшипник подвергают значительно меньшей нагрузке, чем при окончательной установке на месте эксплуатации.

А.4.8 Самовсасывающие насосы

Обеспечение самовсасывания самовсасывающего насоса можно проверить при указанном в договоре статическом напоре всасывания, присоединив входной трубопровод, равнозначный тому, который используют на окончательной установке. Если испытание нельзя провести по указанному способу, то необходимую испытательную установку следует указывать в договоре.

А.4.9 Потери трения на входе и выходе

Гарантии по 4.4 относятся к входному и выходному фланцам насоса, а точки измерения давления, как правило, расположены на определенном расстоянии от этих фланцев (см. А.1 - А.4.7). Поэтому может возникнуть необходимость прибавить к общему измеренному напору насоса потери напора из-за трения ( и ) между точками измерения и фланцами насоса.

Такую корректировку следует применять, если:

- + 0,005 H для классов 2 и 3 или

- + 0,002 Н для класса 1.

Если труба между измеряемыми точками и фланцами не засорена, прямая имеет равные поперечные сечения и длину L, тогда:

.

(А.6)

Значение определяют из выражения:

,

(А.7)

где k - эквивалентная шероховатость трубы;

D - диаметр трубы; и

- относительная шероховатость трубы.

Таблица А.1 - Эквивалентная шероховатость трубы k для новых труб

Материал для труб торгового качества (новых)	Эквивалентная шероховатость поверхностей k, мм
Стекло, латунь, медь или свинец	Гладкая
Сталь	0,05
Чугун, покрытый слоем битума	0,12
Оцинкованная сталь	0,15
Чугун	0,25
Бетон	0,30 - 3,0
Клепаная сталь	1,0 - 10,0

Если труба имеет препятствия, не является прямой или не имеет постоянного круглого поперечного сечения, следует применять корректировку, оговоренную в контракте.