冲浆泵压力脉冲性能试验方法与改善措施

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中图分类号：TS737.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0121-01

引言

近年来，在中国经济改革不断深化的过程中，我国造纸工业也取得了较快增长。中国造纸工业在发展产量的同时，更注重质量的提高，正在不断调整产业结构，淘汰规模小、污染大、能耗高的小型设备，同时积极投入高车速、大幅宽的新型造纸机。冲浆泵是高速纸机供浆系统中关键设备之一，它的压力脉冲性能对纸张成品质量的影响得到越来越多的行业同仁的关注。如何制定有效的试验规程以及改善措施已经成为了各大泵厂以及造纸厂共同的研究课题。

一、冲浆泵压力脉冲性能的重要性分析

冲浆泵通常设计为双吸，轴向剖分结构的离心泵，广泛用于上网浆料流送及纸机前的筛选、除渣等工段。要求向造纸机的网部输送的浆料量一定要连续稳定，流浆箱喷射到网上的纸浆速度保持连续一致，纸纤维分布均匀，从而保证纸张成品的匀度及其他物理性能。这就要求冲浆泵的压力波动不能太大，整体的压力波动受到很多现场条件和其他影响因素的制约。对于叶片转动频率下的压力脉冲的控制和改善，有助于提高冲浆泵整体压力波动性能。

叶轮旋转过程中，每个叶片在经过泵体上隔舌时都会产生一个压力脉冲，该压力脉冲的频率与叶片转动频率一致。

叶片转动频率可以用下述公式计算得到

Fz=叶片频率

Hz=赫兹

Z=叶片数量

n=泵转速

目前造纸行业里，各大造纸设备制造商通常的要求是冲浆泵在额定点工作时叶片频率下压力脉冲峰峰值不超过1000-1500 Pa。

二、冲浆泵压力脉冲性能的试验方法

1.试验原理

傅立叶理论告诉我们，时域中的任何电信号都可以由一个或多个具有适当频率、幅度和相位的正弦波叠加而成。换句话说，任何时域信号都可以变换成相应的频域信号，通过频域测量可以得到信号在某个特定频率上的能量值。

应用该理论研制的傅立叶变换（FFT）频谱分析仪，可以将泵出口压力波动的时域信号数字化，然后进行快速傅立叶变换，并显示变换后各频率下的压力脉冲分量。

2.试验设备

2.1 设备简介

冲浆泵压力脉冲性能试验设备主要包含FFT频谱分析仪，电荷放大器，微压传感器，以及连接各主要设备的同轴线缆等。电荷放大器的输出接口连接到FFT频谱分析仪的测量通道，通常FFT频谱分析仪会有多个通道，需注意在试验过程中选择对应的通道进行数据读取。传感器输出端连接到电荷放大器的传感器接口，测量端连接到泵出口管路取压接头上。 取压位置一般是在距离泵法兰1-3m的出口管路上，取压接头上需要安装有排气阀门，避免气体堆积影响试验结果。

2.2 参数设定

电荷放大器应预先根据微压传感器的参数设置相同的灵敏度，单位pC/Bar。

设置FFT分析仪，读取通道的设定要与接线时采用的通道保持一致，频率范围的设定依据叶片转动频率的大小而定，通常设定为叶片转动频率的1.5倍。输入信号电平的设定根据放大器的参数进行。函数窗设定为汉宁窗，在数据采样窗口里设定采样数量，数量的大小可以根据需要而定，采样数量越多测量周期时间越长。

3.试验过程

将泵整机安装到性能试验台位上，连接好出入口管路及其他性能试验仪表。泵启动并调节出口阀门开度使其保持在额定流量点运行。打开FFT分析仪及电荷放大器，并启动测量。采样结束后调出功率谱界面。

4.试验结果

检测数据经过频谱分析仪进行傅立叶变换后，可以得到各频率下压力脉冲分量所形成的曲线，X轴是频率，单位赫兹，Y轴是压力脉冲分量，通常设定为峰峰值，单位Pa。在曲线上可以很方便的查找到叶片转动频率下对应的压力脉冲值。同时通过测试曲线我们能够看到压力脉冲的峰值通常出现在叶片转动频率的倍频上，通过控制和改善叶片转动频率下压力脉冲性能对提高泵压力波动的整体表现有很大的帮助。更高频率下的压力脉冲所受的影响因素过于繁杂，不在此赘述。

三、冲浆泵压力脉冲性能的改善措施

1.叶片布置

叶片布置对压力脉冲性能的影响至关重要，在冲浆泵设计时要合理选择叶片布置形式。通常情况下不推荐使用图1a）形式， 叶片出口平行于轴线，两级叶片对齐排列会在叶片频率下产生更大的压力脉冲。两级叶片交错排列将叶片通过隔舌的时间错开，避免两级叶片产生的压力脉冲互相叠加，可以有效地降低叶片频率下压力脉冲的振幅，同时将叶片出口相对与轴线倾斜放置能够最大程度分散压力脉冲，降低低频下压力脉冲的振幅。

2.喉部间距

叶轮与泵体的喉部间距（图1b）必须合理，喉部间距过小的话也会造成叶片频率下压力脉冲增高。

3.铸造精度

叶轮铸造过程中要严格控制组芯精度，确保叶片对称等距排列，图1c所示偏心或者扭转的情况会对叶轮转动频率下压力脉冲的性能表现带来非常不利的影响。对于偏差较大的铸件在加工前要及时通过整形，打磨等手段进行修复。

4.流道尺寸和表面|量

机械加工过程中注意找正，同时图2黑色方块所示区域尽可能通过机加工方式保证轴对称，对于流道铸造表面上的突起和凹陷部位要通过打磨的方式保证顺滑，打磨过程中要检查叶片间距并保证各流道尺寸均匀，通常情况下要求流道表面达到粗糙度等级Ra6.3。

5.泵运行区间

压力脉冲（p）在泵最佳效率点附近达到最小值，应保证泵在最佳效率点70%-120%的区间内运行。

四、结语

冲浆泵的压力脉冲性能是纸张成品质量重要的影响因素之一，傅立叶频谱分析仪的应用极大方便了制造商对于该性能的量化检测，对今后的设计研发提供有力的数据支撑， 需要引起相关从业人员的足够重视，在设备选型，设计，制造，试验各个环节加强控制，不断优化设计，提升产品性能，建立健全检测手段，促进我国造纸行业发展，以满足社会大众的对高品质纸类产品日益增长的需求。