导流栅对变压器油泵性能影响的试验研究

彭斯瑶

导流栅对变压器油泵性能影响的试验研究

彭斯瑶

(娄底市产商品质量监督检验所，湖南 娄底 417000)

为了改善变压器油泵的性能，在变压器油泵的进口处设置导流栅。通过对进口导流栅进行设计，并对有无安装导流栅的两种变压器油泵进行对比试验研究，根据流量—扬程曲线、流量—效率曲线、汽蚀—扬程曲线等分析变压器油泵的性能；对变压器油泵振动、噪音进行分析。实验结果说明，加装导流栅能有效改善油泵的性能和机车运行的安全性、可靠性。

变压器油泵；导流栅；性能试验；振动；噪音

变压器油泵是电力机车运行过程中的关键零部件，主要用于变压器冷却。变压器油泵的性能直接影响着机车高速运行状态下的安全。

变压器油泵具有流量大、体积小、重量轻、无泄漏的特点[1-3]。由于安装需要，因此多采用管道式结构。体积小、重量轻的特点决定了变压器油泵进水室长度比较小，导致介质进入变压器油泵容易形成预旋，影响油泵的性能，如：出现汽蚀、振动、噪音等问题。

在变压器油泵的吸入口设置导流栅[4-5]，对泵进的液体起导流作用，以解决油泵进口处易形成预旋的问题。采用试验的方法，对吸入口设置导流栅和未设置导流栅的同一台油泵进行对比试验，分析其流量—扬程曲线、流量—功率曲线、流量—效率曲线、汽蚀—扬程曲线以及振动、噪音的影响，为提高变压器油泵性能的研究提供试验数据。

1　基本参数和吸入口结构

1.1　基本参数

选取株洲荣达电器设备有限公司生产的R215型变压器油泵为试验对象。该油泵的基本参数为：

Q=45m³/h，H=12.5m，n=2900r/min，η机组=48%，NPAH=2.5m。

1.2　吸入口结构

变压器油泵(设置导流栅)的结构如图1所示，导流栅的结构如图2所示。根据油泵入口条件，择优确定导流栅的几何参数及结构。

1　进口端盖；2　导流栅；3　叶轮；4　轴承座；5　轴承。

2　试验研究

2.1　试验台设计

按GB/T3216-2016回转动力泵水力性能验收试验 1级、2级和3级标准的要求，对变压器油泵试验台进行设计。在DN80管道的试验台(B级精度)上，对有无导流栅的两种模型泵进行对比试验。如图3所示，试验装置将试验油泵牢固地固定在试验台上，并确保进出口管路具有良好的密封性。

1　变压器邮箱；2　阀门；3　精密压力表；4　测试油泵；5　精密压力表；6　测功仪；7　流量计；8　排气孔。

2.2　性能数据对比

性能试验时，全开进口阀门，出口阀门从零到最大逐渐开启[6]。依次取13个试验点，其中保证点0.9Q、0.95Q、1.0Q、1.05Q、1.1Q以及Q=0点必须是性能的工况点。其他点可均匀布置。

经测试，两种模型泵的性能曲线如图4、图5所示。

图4　流量Q—扬程H曲线

图5　流量Q—效率曲线

从图4可以看出，加导流栅的变压器油泵扬程略高于没加导流栅的油泵扬程，且在小流量区扬程相差比较大，越靠近设计点扬程相差越小。从图5可以看出，加导流栅的变压器油泵效率略高于没加导流栅的油泵，且在小流量区效率相差比较大，越靠近设计点效率相差越小。由于吸入管比较短小，液体流进入叶片前容易形成预旋，损失了一部分能量，导致扬程、效率有所下降，而导流栅起到了整流的作用，有效地改变了介质的流动状态；由于设计时以额定设计点为基础点，考虑了预旋和冲击的影响，故在额定点，其性能虽然有所改善，但效果没有小流量点明显。

2.3　汽蚀数据对比

变压器油泵发生汽蚀时，不可避免会影响油泵的性能，并且会产生噪音和振动，使过流部件被腐蚀，严重影响变压器油泵运行的可靠性。进行汽蚀试验时，将进口阀门全开，改变出口阀门，调节流量至额定流量点(进行相似换算后的额定流量点)，逐渐关闭进口阀门，同时调节出口阀门保持流量不变。当改变NPSH值直至扬程下降3%以上或者无论怎么开出口阀门都无法达到额定流量时，变压器油泵发生了汽蚀。记录试验数据，画出扬程H---汽蚀NPSH曲线图，如图6所示。

从图6可以看出两种变压器油泵的汽蚀性能。加导流栅和未加导流栅的变压器油泵的汽蚀余量分别为1.92m和1.48m。由此可见，增设了导流栅以后，改善了变压器油泵的入口流动，起到了整流、稳流的作用，降低了变压器油泵0.44m的汽蚀余量，大大改善了油泵的汽蚀性能。

图6　汽蚀NPSH—扬程H曲线

2.4　振动和噪音的测试

2.4.1导流栅对变压器油泵振动的影响

变压器油泵作为一种典型的旋转式流体机械，其核心部件是转子—轴承—基础系统。各旋转机构都会因转子系统故障发生一些安全事故。导致转子发生故障的关键因素之一便是振动。变压器油泵的振动往往会导致装置中一些零件发生断裂，直接影响机器的工作及使用寿命，造成严重的经济损失甚至可能导致人员伤亡。

将主要测试点选择在油泵进、出口管道处及叶轮旋转部位，在每个点取水平、垂直、轴向三个方向进行测试[7]。测试位置如图7所示。

1　油泵进口管道处；2　叶轮旋转部位；3　油泵出口管道处。

取3个点3个方向上的最大值，测试结果见表1。

表1　变压器油泵振动测试值

从表1可以看出，加与不加导流栅，对油泵的振动影响主要表现在进口管道和叶轮旋转处。1处因消除进口预旋而消减了介质的扰流，降低了振动；2处位于叶轮位置，因液流冲击叶片使得此处振动相对较大，加导流栅改善了流动特性，降低了变压器油泵的振动；3处位于变压器油泵出口，加不加导流栅对此处的振动影响不大。

2.4.2导流栅对变压器油泵噪音的影响

变压器油泵的噪声指标是衡量泵产品的安全性、可靠性、高效性的重要指标。依据标准《GB/T29529-2013泵的噪音测量与评价》，采用声压级的方法测量[8]。将测试点选在与变压器油泵进出口管道45°处的位置，测试高度为1m，距离泵1m。测试位置如图8所示。测试结果见表2。

图8 噪音测试点

表2　变压器油泵噪音测试值

从表2可以看出，加装导流栅会降低变压器油泵的噪音。在油泵进口2、4处，加装导流栅后噪音值降低了约2 dB，降噪效果较明显；在油泵出口1、3处，加装导流栅后噪音值降低了0.1 dB，降噪效果不太明显。这是因为进口管道因加导流栅消除进口预旋，消减了介质的扰流，降低了噪音值。

3　结语

通过试验，可以得出以下三个结论。

(1)给变压器油泵加装导流栅，可有效提高额定流量点的扬程、效率。这是因为导流栅起到了整流的作用，有效改变了介质的流动状态。

(2)给变压器油泵加装导流栅，可有效改善变压器油泵的汽蚀性能，汽蚀余量NPSH可以提高0.4m以上。

(3)给变压器油泵加装导流栅，可有效降低变压器油泵的振动和噪音，有效提高变压器油泵运行的安全性和可靠性。

综上所述，加装导流栅，能有效改善变压器油泵在汽蚀、振动、噪音等方面的性能，能有效消除油泵的进口介质预旋，提高油泵运行的安全性和可靠性。

[1] 黎贤钛.变压器油泵实用技术[M].北京:中国电力出版社,2010.

[2] 郝宋,赵园,卢冬华.油泵在电力机车牵引变压器中的应用[J].技术与市场,2015,22(5):35,38.

[3] 李敬峰.变压器油泵的选型与节能[J].黑龙江科学,2015, 6(5):58-59,73.

[4] 刘建瑞,孔繁余.泵吸入口活动式消旋器: CN2736565[P]. 2005-10-26.

[5] 孔繁余,张洪利,高翠兰,等.基于流场数值模拟的高速磁力泵汽蚀性能研究[J].农业机械学报,2009,40(9):89-93.

[6] 郑梦海.泵测试实用技术[M].2版 .北京:机械工业出版社,2011.

[7] GB/T29531-2013 泵的振动测量与评价方法.

[8] GB/T29529-2013 泵的噪音测量与评价方法.

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

株洲市科技局项目(株科办【2020】33号、立项编号2020-023)。

彭斯瑶(1987—)，女，湖南双峰人，大学本科，主要研究方向为流体机械理论、性能模拟研究和检验检测。

责任编辑：张亦弛

英文编辑：唐琦军