本發(fā)明涉及一種低溫泵外特性試驗裝置及試驗方法，該裝置主要用于不同相變誘因下的低溫泵的外特性和內(nèi)部流動的測量。
背景技術：
低溫泵是專門用來輸送低溫液體的泵。由于低溫泵結構復雜，且輸送的介質(zhì)容易汽化，低溫泵中介質(zhì)的運動十分復雜，目前泵的設計仍然是靠經(jīng)驗，或者半經(jīng)驗半理論的方式來完成的，這些理論和經(jīng)驗都是來源于科學試驗和生產(chǎn)實踐。因此，低溫泵的試驗對于泵的設計、生產(chǎn)和使用都具有重要的意義。低溫泵的性能試驗不僅可以為產(chǎn)品的改進和投產(chǎn)提供可靠的技術依據(jù)，還對低溫泵基礎理論的研究和發(fā)展、低溫泵性能的改進、低溫泵設計方法的創(chuàng)新等有著極其重要的作用。
低溫泵輸送的液態(tài)氣體比常見的水更容易發(fā)生相變，低溫泵內(nèi)液態(tài)氣體產(chǎn)生相變的誘因可分為三類：泵內(nèi)壓降導致相變、水力損失導致相變、外界傳熱導致相變。
（1）泵內(nèi)壓降導致相變。由離心式低溫泵的工作原理可知，葉輪進口處的壓力最低，如果該處的壓力降低到液態(tài)氣體的飽和壓力之下時，在葉輪進口處液態(tài)氣體將發(fā)生相變，即產(chǎn)生所謂的汽蝕現(xiàn)象，從而影響了低溫泵的水力性能。因此，探索低溫泵內(nèi)壓降導致相變，對低溫泵抗汽蝕性能的提高具有指導意義。
（2）水力損失導致相變。眾所周知，泵所消耗的能量中，水力損失的大部分變成了熱，使得介質(zhì)溫度上升，尤其在小流量工況下，泵的效率變低，介質(zhì)的溫度上升增大，從而使葉輪出口附近液態(tài)氣體發(fā)生相變，這就限制了低溫泵在小流量工況下運行。因此，研究設計工況運行效率高且高效運行范圍寬的低溫泵，對提高低溫泵變流量工況運行的能力是十分必要的。
（3）外界傳熱導致相變。由于外部熱量傳入或泵內(nèi)零部件摩擦生熱會使泵內(nèi)局部液態(tài)氣體汽化，當產(chǎn)生氣體較多時，會引起泵的性能下降甚至不能正常運行。例如：泵殼保冷不當，泵內(nèi)液態(tài)氣體會在蝸殼內(nèi)壁面發(fā)生相變，尤其在泵啟動時預冷不充分的情況下會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。因此，研究低溫泵的外界傳熱升溫汽化，對提高低溫泵抗外界環(huán)境溫度干擾的能力具有重要意義。
在不同運行工況下，上述三種相變現(xiàn)象在低溫泵內(nèi)均可能發(fā)生，不同程度地影響低溫泵的外特性。
技術實現(xiàn)要素：
為了填補低溫泵輸送低溫液體時不同相變誘因下的外特性測量裝置的空白，本發(fā)明提供一種介質(zhì)相變誘因可控的低溫泵外特性試驗裝置。該裝置根據(jù)內(nèi)窺高速攝像系統(tǒng)觀察到的相變情況，控制不同的相變誘因，從而測量不同相變誘因下的低溫泵外特性。
本發(fā)明另一目的是提供一種低溫泵外特性測試方法。
本發(fā)明所采用的技術方案如下：
一種介質(zhì)相變誘因可控的低溫泵外特性試驗裝置，其特征是：該裝置包括動力系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、調(diào)溫保溫系統(tǒng)、罐內(nèi)壓力控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)；
所述保溫調(diào)溫系統(tǒng)主要包括低溫罐保溫層（35）、低溫罐內(nèi)壁和外壁之間的真空層、管路系統(tǒng)中管路外周的保溫層、夾套管內(nèi)的真空層及低溫泵泵殼外的電加熱帶；
所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括計算機單元和分別與計算機單元連接的靶式流量計、泵進口壓力傳感器、泵出口壓力傳感器、轉速傳感器、內(nèi)窺高速攝像機；
所述罐內(nèi)壓力控制系統(tǒng)主要包括低溫罐底部的壓力表（30）、低溫罐頂部的壓力真空表（3）、真空泵（31）和增加泵（32）以及與它們相連接的閥門和管道，低溫罐底部的壓力表（30）通過隔斷球閥（29）與低溫罐底部接管相連接，低溫罐頂部的壓力真空表（3）安裝在進液管上；真空泵（31）通過減壓調(diào)壓閥（38）、吸氣管（40）和隔斷氣閥（42）與進液管（43）相連接；增壓泵（32）通過增壓調(diào)壓閥（39）、充氣管（41）和隔斷氣閥（42）與進液管（43）相連接。
本發(fā)明裝置的進一步設計在于：
所述的低溫罐采用球形結構，在低溫罐的正下方設有底部接管，在低溫罐正上方設有頂部接管，在低溫罐的上方的進液管與正上方接管的夾角為15°；低溫泵布置位置低于低溫罐內(nèi)液面位置。
所述管路系統(tǒng)中的低溫泵進口管路水平布置，泵進口前留有不小于20倍管徑的直管段，低溫泵出口管路豎直布置，其中在靶式流量計前留有不小于20倍管徑的直管段，靶式流量計后留有不小于5倍管徑的直管段。
所述低溫泵的外殼上至少對應蝸殼壁面、葉輪進口處、葉輪出口處分別設置第一、第二、第三內(nèi)窺測量孔，每個內(nèi)窺鏡從低溫泵上開設的各內(nèi)窺測量孔伸入低溫泵內(nèi)，各內(nèi)窺鏡對應連接第一、第二、第三高速攝像機，各高速攝像機的輸出端口分別與計算機單元相連接。
所述的靶式流量（10）計設于泵出口直管段（12）上，泵進口壓力傳感器（24）設于泵進口直管段（25）上靠近泵進口端，泵出口壓力傳感器（13）設于泵出口直管段（12）上靠近泵出口端，轉速傳感器設于所述電機上，流量計和傳感器分別與計算機單元相連接。
基于上述的試驗裝置的低溫泵外特性測試方法，該低溫泵外特性測試分無相變、泵內(nèi)壓降導致相變、水力損失導致相變、外界傳熱導致相變四種情況的測試，各相變情況下的步驟分別如下：
步驟1：加注液氮
步驟2：預冷管路
步驟3：試驗工況預調(diào)
3.1）打開數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的所有傳感器和內(nèi)窺高速攝像機，確保所有傳感器上的信號能正確傳輸至計算機單元（11）；
3.2）關閉管路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥（9），啟動電機（17）開啟低溫泵（19）；
3.3）調(diào)節(jié)電機（17）的轉速至試驗所需轉速；
3.4）觀察管路系統(tǒng)中靶式流量計（10）所測流量，緩慢開啟調(diào)節(jié)閥（9），將流量調(diào)節(jié)至試驗所需流量；
3.5）觀察各內(nèi)窺高速攝像機所測泵內(nèi)流動，控制泵內(nèi)無相變；若在葉輪進口處出現(xiàn)相變現(xiàn)象，則關閉進液管的進液閥（2）、減壓調(diào)壓閥（38），打開隔斷氣閥（42）、增壓調(diào)壓閥（39），打開增壓泵（32）給低溫罐（37）內(nèi)增壓；觀察壓力真空表（3）的讀數(shù)變化，確保低溫罐（37）內(nèi)壓力不超過設計壓力；觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動，直至葉輪進口處無相變現(xiàn)象；增壓前必須關閉隔斷球閥（29），避免壓力過高超過壓力表（30）的量程；
步驟4：上述步驟后，分別進行下述四種情況的測試
第一，無相變情況的低溫泵外特性試驗
1）在泵內(nèi)無相變的情況下，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性；
第二，泵內(nèi)壓降導致相變情況下的低溫泵外特性試驗
1）觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動；
2）關閉進液管上進液閥（2）和增壓調(diào)壓閥（39），打開隔斷氣閥（42）和減壓調(diào)壓閥（38），啟動真空泵（31）給低溫罐（37）內(nèi)減壓；觀察壓力真空表（3）的讀數(shù)變化，觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動，讓葉輪進口發(fā)生相變；
3）若在不減壓情況下葉輪進口即發(fā)生相變，則采取與步驟3.5）相同的方法，控制低溫罐（37）內(nèi)壓力以達到控制葉輪進口相變的目的；
4）在葉輪進口處發(fā)生相變的情況下，保持低溫罐內(nèi)壓力不變，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性；
第三，水力損失導致相變情況下的低溫泵外特性試驗
1）關小管路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥（9）減小低溫泵（19）的流量；觀察第三內(nèi)窺高速攝像機（21-3）所測泵內(nèi)流動，此時，泵內(nèi)水力損失增大，損失的能量使得葉輪出口附近液氮溫度升高而發(fā)生相變；
2）觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動，確保此流量工況下葉輪進口處無相變現(xiàn)象；若葉輪進口處存在相變現(xiàn)象，可采取與步驟3.5）相同的方法，進行壓力控制；
3）在水力損失導致葉輪出口附近發(fā)生相變的情況下，保持低溫泵流量和低溫罐壓力恒定，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性；
第四，外界傳熱導致相變情況下的低溫泵外特性試驗
1）觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）和第三內(nèi)窺高速攝像機（21-3）所測泵內(nèi)流動，確保葉輪進口和葉輪出口附近無相變現(xiàn)象發(fā)生，即無泵內(nèi)壓降和水力損失導致的相變；
2）給電加熱帶（20）通電，對低溫泵（19）的蝸殼外壁進行加熱，模擬隔熱效果不佳與外界傳熱的情況；
3）觀察第一內(nèi)窺高速攝像機（21-1）所測泵內(nèi)流動，加熱至低溫泵蝸殼內(nèi)壁出現(xiàn)相變；若葉輪進口存在相變現(xiàn)象，可采取與步驟3.5）相同的方法，進行壓力控制，以消除葉輪進口處相變；
4）保持低溫泵流量、低溫罐內(nèi)壓力以及電加熱帶加熱溫度恒定，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性；
步驟5：結束試驗。
本發(fā)明方法的進一步設計在于：
該方法步驟1中，加注液氮具體過程如下：
1.1）關閉球閥（26）和隔斷氣閥（42），打開隔斷球閥（29）、排氣閥（5）和進液閥（2）；
1.2）從進液口（1）經(jīng)進液閥（2）和進液管（43）向低溫罐（37）內(nèi)先緩慢注入液氮，液氮汽化后的氮氣經(jīng)低溫罐頂部接管（4）和排氣閥（5）從排氣口（6）排出；
1.3）待排氣口（6）無氮氣排出后，增大液氮加注流量；
1.4）加注過程中，觀察壓力表（30）上的讀數(shù)變化，直至低溫罐（37）內(nèi)液氮液位達到2/3球罐高度；
1.5）停止液氮加注，液氮加注管從進液口（1）移除，關閉排氣閥（5）。
該方法步驟2中預冷管路具體過程如下：
2.1）打開調(diào)節(jié)閥（9），緩慢打開球閥（26），預冷管路和低溫泵；液氮汽化后的氮氣經(jīng)低溫泵進口管路、低溫泵（19）、低溫泵出口管路、低溫罐頂部接管（4）、進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出；
2.2）全開球閥（26），關閉調(diào)節(jié)閥（9）；
2.3）手動盤轉聯(lián)軸器（16），確保泵軸沒被卡死；
2.4）啟動電機（17）；
2.5）緩慢打開調(diào)節(jié)閥（9），對管路進一步預冷；液氮汽化后的氮氣經(jīng)彎管（8）、夾套管（7）、低溫罐頂部接管（4）、進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出；
2.6）待整個管路預冷完成后，關閉低溫泵（19）；
2.7）檢查壓力表（30）的讀數(shù)，確保低溫罐（37）內(nèi)液位不低于球罐高度的3/5；
2.8）若低溫罐（37）內(nèi)液位偏低，打開排氣閥（5），再次從進液口（1）加注液氮，加注完成后，液氮加注管從進液口（1）移除，關閉排氣閥（5）。
該方法步驟5中結束試驗具體過程如下：
5.1）關閉電機（17），使得低溫泵（19）停止運行；
5.2）打開進液閥（2）、排氣閥（5）、調(diào)節(jié)閥（9）、隔斷球閥（29），關閉球閥（26）、隔斷氣閥（42）；若長時間不進行試驗，管路中的液氮汽化后，經(jīng)彎管（8）、夾套管（7）、低溫罐頂部接管（4）、進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出，或經(jīng)彎管（8）、夾套管（7）、低溫罐頂部接管（4）、排氣閥（5）從排氣口（6）排出；低溫罐（37）中的液氮汽化后，經(jīng)進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出，或經(jīng)低溫罐頂部接管（4）、排氣閥（5）從排氣口（6）排出；
5.3）關閉數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的所有傳感器和內(nèi)窺高速攝像機，整理試驗現(xiàn)場。
以下對本發(fā)明的上述結構進行說明如下：
動力系統(tǒng)：為低溫泵的穩(wěn)定運行提供動力。
通過螺栓將電機和低溫泵固定在機架上，電機與低溫泵之間采用聯(lián)軸器進行連接。電機上安裝有磁電式轉速傳感器，測量低溫泵的轉速。電機為低溫泵的運行提供動力，通過變頻器實現(xiàn)轉速的調(diào)節(jié)，以開展不同轉速下泵性能的研究。
管路系統(tǒng)：構成一個低溫液體循環(huán)回路，保證該裝置具有高的測量精度和安全運行。
低溫泵的進出口與變徑管相連，用于不同尺寸管路的連接，變徑管后安裝一段軟管，以補償安裝誤差以及抵消管路產(chǎn)生的熱應力。
低溫泵進口前留有不小于20倍管徑的直管段，保證泵入口來流均勻分布。
靶式流量計前留有不小于20倍管徑的直管段，靶式流量計后留有不小于5倍管徑的直管段，保證流量測量的精度。
低溫泵的安裝位置低于低溫罐內(nèi)液面的位置，在重力作用下罐內(nèi)液體自動流入泵內(nèi)，省去低溫泵運行前灌泵帶來的麻煩。
保溫調(diào)溫系統(tǒng)：避免整個管路系統(tǒng)與外界的熱量傳遞，保證整個管路系統(tǒng)中的低溫介質(zhì)不因從外界吸熱而發(fā)生汽化；調(diào)節(jié)低溫泵的蝸殼壁面溫度，控制汽化發(fā)生的位置。
管路系統(tǒng)中的所有直管段采用真空夾套管，夾套管上裹覆保溫層，以減小熱量的傳遞。
管路系統(tǒng)中的其他配件（如：靶式流量計、調(diào)節(jié)閥、球閥、法蘭、彎管、軟管等）的表面均裹覆保溫層，保溫層材料為聚氨酯泡沫，對低溫泵進出口管路進行保溫。
低溫罐采用球形結構，該結構具有相同容積情況下表面積最小的特點，以減小散熱的面積。低溫罐內(nèi)壁和外壁間抽真空，以減小熱傳導而導致的熱量傳遞。低溫罐外裹覆保溫層，保溫層材料為聚氨酯泡沫，以增強對低溫罐的保溫效果。保溫層外設有保護層對保溫層進行保護。
低溫泵蝸殼壁面設有電加熱帶，電加熱帶外鋪設保溫層，保溫材料為聚氨酯泡沫。在不允許蝸殼內(nèi)壁面發(fā)生汽化的情況下，電加熱帶不工作，保溫層起保溫作用，避免與外界發(fā)生熱交換；在需要模擬低溫泵因與外界傳熱而發(fā)生汽化的情況下，電加熱帶通電工作，加熱低溫泵蝸殼壁面。
罐內(nèi)壓力控制系統(tǒng)：控制低溫罐內(nèi)的壓力，以控制低溫泵內(nèi)汽化發(fā)生的位置。
低溫罐底部的壓力表用于測量罐底壓力，從而換算得到罐內(nèi)液位，在試驗過程中關閉與該壓力表相連的隔斷球閥，以避免超出量程而毀壞壓力表。
低溫罐頂部的壓力真空表用于測量低溫罐內(nèi)的壓力。當?shù)蜏毓扌枰獪p壓時，關閉所有與外界連接的閥門，打開真空泵從低溫罐內(nèi)抽氣，通過該壓力真空表顯示低溫罐內(nèi)的真空度，罐內(nèi)的壓力大小通過減壓調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)；當?shù)蜏毓迌?nèi)需要增壓時，關閉所有與外界連接的閥門，打開增壓泵向低溫罐內(nèi)充氣，通過該壓力真空表顯示低溫罐內(nèi)的壓力，罐內(nèi)的壓力大小通過增壓調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。
數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)：用于采集壓力、轉速、流量、電流、電壓等信號，分析采集的數(shù)據(jù)得出低溫泵的外特性；并用于采集高速攝像機拍攝得到的低溫泵內(nèi)部流動的圖像，根據(jù)流動狀態(tài)控制低溫罐內(nèi)壓力或低溫泵外電加熱帶溫度，以保證外特性試驗在所要求的相變誘因下進行。
該系統(tǒng)以計算機單元為核心，傳感器將各種被測參數(shù)（如：泵進出口壓力、泵的流量、轉速等）轉換成模擬信號，通過放大器進行放大或衰減，并經(jīng)a/d轉換器轉換成數(shù)字量，通過輸入接口與計算機單元相連。試驗過程中，通過計算機單元，經(jīng)軟件設計可對被測參數(shù)進行巡回檢測、采集、儲存，并根據(jù)相關公式計算得到流量、揚程、效率、軸功率、汽蝕余量等泵外特性。試驗結果可以以數(shù)據(jù)、表格、曲線或擬合公式的形式通過打印機給出。
在泵出口管路系統(tǒng)上安裝有靶式流量計，該流量計能夠精確地測量低溫液體的流量。
電機上安裝有磁電式轉速傳感器，測量低溫泵軸的轉速。
低溫泵的軸功率用電測法測量，電機上接有電壓計和電流計，用計算機記錄電機的電流和電壓，再通過空載試驗和負載試驗得到損耗大小，計算得到低溫泵的軸功率。
低溫泵進出口管路的直管段上安裝有壓力傳感器，測量低溫泵進出口壓力。
根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)，經(jīng)計算可得到低溫泵的外特性（流量、揚程、軸功率、效率、汽蝕余量）。
內(nèi)窺鏡從內(nèi)窺測量孔伸入低溫泵內(nèi)，通過高速攝像機對泵內(nèi)流動進行拍攝，數(shù)據(jù)傳入計算機單元進行處理分析。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術，其裝置和方法分別具有如下有益效果：
（1）本發(fā)明設計一套用于測量存在相變情況下低溫泵外特性的全新裝置，該裝置泵內(nèi)相變誘因可控。通過調(diào)節(jié)低溫泵的流量、低溫罐內(nèi)的壓力和低溫泵蝸殼壁面的溫度來控制相變誘因，分別實現(xiàn)泵內(nèi)壓降導致相變、水力損失導致相變、外界傳熱導致相變，對每種相變情況下的低溫泵外特性進行測試。
（2）操作簡便、安全可靠。整個裝置采用可靠的保溫層結構，避免了低溫液體的冷量的損失，同時起到了防止凍傷的作用；低溫罐采用球形結構，在相同容積情況下該結構的散熱面積最??；管路布置最優(yōu)，在保證不影響流量和壓力測量精度的情況下盡量減小了管路長度，從而減小了管路的散熱面積；低溫泵布置于低溫罐內(nèi)液面的下方，省去了低溫泵啟動時灌泵這一操作步驟。
（3）測量精度高。能夠直接以低溫液體為介質(zhì)直接測量低溫泵的性能，避免了一些不必要的誤差，裝置的試驗精度高。
（4）通用性強。對不同型號低溫泵進行試驗時，進出口管路采用變徑管來連接不同型號的低溫泵。
（5）功能齊全。該裝置不僅能測量低溫泵的外特性，還能測量低溫泵內(nèi)相變位置和內(nèi)部流動狀態(tài)。
（6）本發(fā)明的測試方法通過相變誘因控制，本發(fā)明的測試方法能實現(xiàn)低溫泵在無相變、泵內(nèi)壓降導致相變、水力損失導致相變、外界傳熱導致相變四種狀況下的外特性的試驗，使用方便，可有效進行不同相變情況下的低溫泵性能檢測與分析。
附圖說明
下面結合附圖和實例對本發(fā)明進一步說明。
圖1為本發(fā)明的總裝結構示意圖。
圖中：1.進液口，2.進液閥，3.壓力真空表，4.低溫罐頂部接管，5.排氣閥，6.排氣口，7.夾套管，8.彎管，9.調(diào)節(jié)閥，10.靶式流量計，11.計算機單元，12.泵出口直管段，13.泵出口壓力傳感器，14.泵出口軟管，15.泵出口變徑管，16.聯(lián)軸器，17.電機，18.機架，19.低溫泵，20.電加熱帶，21-1.第一內(nèi)窺高速攝像機，21-2.第二內(nèi)窺高速攝像機，21-3.第三內(nèi)窺高速攝像機，22.泵進口變徑管，23.泵進口軟管，24.泵進口壓力傳感器，25.泵進口直管段，26.球閥，27.彎管，28.低溫罐底部接管，29.隔斷球閥，30.壓力表，31.真空泵，32.增壓泵，33.低溫罐內(nèi)壁，34.低溫罐外壁，35.低溫罐保溫層，36.保護層，37.低溫罐，38.減壓調(diào)壓閥，39.增壓調(diào)壓閥，40.吸氣管，41.充氣管，42.隔斷氣閥，43.進液管。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述：
實施例一：
在圖1中，本發(fā)明的裝置包括五個系統(tǒng)，分別為動力系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、調(diào)溫保溫系統(tǒng)、罐內(nèi)壓力控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。該試驗裝置能在控制低溫泵內(nèi)相變誘因的情況下，進行低溫泵的外特性的測試。
在圖1中，本發(fā)明的動力系統(tǒng)包括電機（17）、聯(lián)軸器（16）、機架（18）、低溫泵（19）。電機（17）通過聯(lián)軸器（16）與低溫泵（19）連接，將動力傳給低溫泵（19），電機（17）和低溫泵（19）固定在機架（18）上。
在圖1中，本發(fā)明的管路系統(tǒng)包括低溫罐（37）、泵進口管路和泵出口管路。低溫罐（37）用于盛裝液氮，低溫罐底部接管（28）與泵進口管路相連接，低溫罐頂部接管（4）與泵出口管路相連接。泵進口管路進口端與低溫罐底部接管（28）相連接，經(jīng)彎管（27）、球閥（26）、泵進口直管段（25）、泵進口軟管（23）、泵進口變徑管（22）一直連接到低溫泵（19）進口。泵出口管路進口端與低溫泵（19）出口端相連接，經(jīng)泵出口變徑管（15）﹑泵出口軟管（14）、泵出口直管段（12）、靶式流量計（10）、調(diào)節(jié)閥（9）、彎管（8）、夾套管（7）一直連接到低溫罐頂部接管（4）。調(diào)節(jié)閥（9）用于調(diào)節(jié)低溫泵的流量。低溫泵進出口管路上安裝有軟管（23、14），用于補償安裝誤差和抵消管路產(chǎn)生的熱應力。低溫泵（19）的進、出口與變徑管（22、15）相連，用于不同尺寸管路的連接。
在圖1中，本發(fā)明的保溫調(diào)溫系統(tǒng)包括低溫罐保溫層（35）、低溫罐內(nèi)壁（33）和外壁（34）之間的真空層、管路系統(tǒng)中管路外周的保溫層（圖中未畫出）、所有夾套管（7）內(nèi)的真空層、低溫泵泵殼外的電加熱帶（20）。所有真空層和保溫層均是為了避免低溫介質(zhì)與外界進行熱交換。電加熱帶（20）用于調(diào)節(jié)低溫泵蝸殼壁面的溫度。
在圖1中，本發(fā)明的罐內(nèi)壓力控制系統(tǒng)包括低溫罐底部的壓力表（30）、低溫罐頂部的壓力真空表（3）、真空泵（31）、增加泵（32）、減壓調(diào)壓閥（38）、增壓調(diào)壓閥（39）和隔斷氣閥（42），以及真空泵（31）、增壓泵（32）與進液管（43）之間的連接管路，主要用于控制低溫泵（19）內(nèi)汽化發(fā)生的位置。低溫罐底部的壓力表（30）用于測量罐底壓力，以換算得到罐內(nèi)液位。低溫罐頂部的壓力真空表（3）用于測量低溫罐內(nèi)的壓力。減壓調(diào)壓閥（38）和增壓調(diào)壓閥（39）用于控制低溫罐（37）內(nèi)的壓力。
在圖1中，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括計算機單元（11）和分別與計算機單元連接的靶式流量計（10）、泵進口壓力傳感器（24）、泵出口壓力傳感器（13）、內(nèi)窺高速攝像機（21-1、21-2、21-3）等。靶式流量計（10）用于測量低溫泵的流量，泵進口壓力傳感器（24）和泵出口壓力傳感器（13）分別用于測量泵進出口的壓力。內(nèi)窺高速攝像機（21-1、21-2、21-3）通過內(nèi)窺鏡伸入低溫泵內(nèi)觀測低溫泵內(nèi)介質(zhì)汽化發(fā)生的位置和流動狀態(tài)。采集到的數(shù)據(jù)輸入計算機單元（11）進行分析處理，得到低溫泵的外特性。本實例中，在低溫泵的外殼上對應葉輪進口處、葉輪出口處和蝸殼壁面上三處開設內(nèi)窺鏡測量孔，并分別安裝有內(nèi)窺鏡及內(nèi)窺高速攝像機。
實施例二：
無相變情況下的低溫泵外特性試驗（通過控制低溫罐內(nèi)壓力實現(xiàn)）的主要步驟：
1）加注液氮。
1.1）關閉球閥（26）和隔斷氣閥（42），打開隔斷球閥（29）、排氣閥（5）和進液閥（2）。
1.2）從進液口（1）經(jīng)進液閥（2）和進液管（43）向低溫罐（37）內(nèi)先緩慢注入液氮，液氮汽化后的氮氣經(jīng)低溫罐頂部接管（4）和排氣閥（5）從排氣口（6）排出。
1.3）待排氣口（6）無氮氣排出后，增大液氮加注流量。
1.4）加注過程中，觀察壓力表（30）上的讀數(shù)變化，直至低溫罐（37）內(nèi)液氮液位達到2/3球罐高度。
1.5）停止液氮加注，液氮加注管從進液口（1）移除，關閉排氣閥（5）。
2）預冷管路。
2.1）打開調(diào)節(jié)閥（9），緩慢打開球閥（26），預冷管路和低溫泵。液氮汽化后的氮氣經(jīng)低溫泵進口管路、低溫泵（19）、低溫泵出口管路、低溫罐頂部接管（4）、進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出。
2.2）全開球閥（26），關閉調(diào)節(jié)閥（9）。
2.3）手動盤轉聯(lián)軸器（16），確保泵軸沒被卡死。
2.4）啟動電機（17）。
2.5）緩慢打開調(diào)節(jié)閥（9），對管路進一步預冷。液氮汽化后的氮氣經(jīng)彎管（8）、夾套管（7）、低溫罐頂部接管（4）、進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出。
2.6）待整個管路預冷完成后，關閉低溫泵（19）。
2.7）檢查壓力表（30）的讀數(shù)，確保低溫罐（37）內(nèi)液位不低于球罐高度的3/5。
2.8）若低溫罐（37）內(nèi)液位偏低，打開排氣閥（5），再次從進液口（1）加注液氮，加注完成后，液氮加注管從進液口（1）移除，關閉排氣閥（5）。
3）試驗工況預調(diào)及無相變情況下的低溫泵外特性試驗
3.1）打開數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的所有傳感器和內(nèi)窺高速攝像機，確保所有傳感器上的信號能正確傳輸至計算機單元（11）。
3.2）關閉調(diào)節(jié)閥（9），啟動電機（17）開啟低溫泵（19）。
3.3）通過變頻器調(diào)節(jié)電機（17）的轉速至試驗所需轉速。
3.4）觀察靶式流量計（10）所測流量，緩慢開啟調(diào)節(jié)閥（9），將流量調(diào)節(jié)至試驗所需流量。
3.5）觀察各內(nèi)窺高速攝像機所測泵內(nèi)流動，控制泵內(nèi)無相變。在管路充分預冷且流量較大的情況，如果葉輪進口處無相變發(fā)生，則其他位置不會發(fā)生相變，所以只要控制葉輪進口處無相變即可確保各處均無相變。若在葉輪進口處出現(xiàn)相變現(xiàn)象，則關閉進液管的進液閥（2）、減壓調(diào)壓閥（38），打開隔斷氣閥（42）、增壓調(diào)壓閥（39），打開增壓泵（32）給低溫罐（37）內(nèi)增壓；觀察壓力真空表（3）的讀數(shù)變化，確保低溫罐（37）內(nèi)壓力不超過設計壓力；觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動，直至葉輪進口處無相變現(xiàn)象；增壓前必須關閉隔斷球閥（29），避免壓力過高超過壓力表（30）的量程。
3.6）在泵內(nèi)無相變的情況下，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性。
4）結束試驗。
4.1）關閉電機（17），使得低溫泵（19）停止運行。
4.2）打開進液閥（2）、排氣閥（5）、調(diào)節(jié)閥（9）、隔斷球閥（29），關閉球閥（26）、隔斷氣閥（42）。若長時間不進行試驗，管路中的液氮汽化后，經(jīng)彎管（8）、夾套管（7）、低溫罐頂部接管（4）、進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出，或經(jīng)彎管（8）、夾套管（7）、低溫罐頂部接管（4）、排氣閥（5）從排氣口（6）排出；低溫罐（37）中的液氮汽化后，經(jīng)進液管（43）、進液閥（2）從進液口（1）排出，或經(jīng)低溫罐頂部接管（4）、排氣閥（5）從排氣口（6）排出。
4.3）關閉數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的所有傳感器和內(nèi)窺高速攝像機，整理試驗現(xiàn)場。
實施例三：
泵內(nèi)壓降導致相變情況下的低溫泵外特性試驗（通過控制低溫罐內(nèi)壓力實現(xiàn)）的主要步驟：
1）與實施例二的1.1）至3.5）步驟相同。
2）關閉進液閥（2）和增壓調(diào)壓閥（39），打開隔斷氣閥（42）和減壓調(diào)壓閥（38），啟動真空泵（31）給低溫罐（37）內(nèi)減壓。觀察壓力真空表（3）的讀數(shù)變化，觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動，讓葉輪進口發(fā)生相變，該種相變情況下從內(nèi)窺高速相機拍攝到的圖像上可以看到該處出現(xiàn)氣泡。
3）若在不減壓情況下葉輪進口即發(fā)生相變，則采取與步驟3.5）相同的方法，控制低溫罐（37）內(nèi)壓力以達到控制葉輪進口相變的目的。
4）在葉輪進口處發(fā)相變的情況下，保持低溫罐內(nèi)壓力不變10分鐘以上，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性。數(shù)據(jù)采集結束后，恢復低溫罐內(nèi)壓力，消除葉輪進口相變。
5）結束試驗，步驟同實施例二的4）步驟。
實施例四：
水力損失導致相變情況下的低溫泵外特性試驗（通過控制低溫罐內(nèi)壓力和低溫泵流量實現(xiàn)）的主要步驟：
1）與實施例二的1.1）至3.5）步驟相同。
2）關小調(diào)節(jié)閥（9）減小低溫泵（19）的流量。觀察第三內(nèi)窺高速攝像機（21-3）所測泵內(nèi)流動，此時，泵內(nèi)水力損失增大，損失的能量使得葉輪出口附近液氮溫度升高而發(fā)生相變，該種相變情況下從內(nèi)窺高速相機拍攝到的圖像上可以看到葉輪出口附近出現(xiàn)氣泡。
3）觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）所測泵內(nèi)流動，確保此流量工況下葉輪進口處無相變現(xiàn)象。若葉輪進口處存在相變現(xiàn)象，可采取與步驟3.5）相同的方法，適當進行壓力控制。
4）在水力損失導致葉輪出口附近發(fā)生相變的情況下，保持低溫泵流量和低溫罐壓力恒定10分鐘以上，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性。數(shù)據(jù)采集結束后，開大調(diào)節(jié)閥（9）增大低溫泵（19）的流量至額定流量，消除相變。
5）結束試驗，步驟同實施例二的4）步驟。
實施例五：
外界傳熱導致相變情況下的低溫泵外特性試驗（通過控制低溫罐內(nèi)壓力和電加熱帶加熱溫度實現(xiàn)）的主要步驟：
1）與實施例二的1.1）至3.5）步驟相同。
2）觀察第二內(nèi)窺高速攝像機（21-2）和第三內(nèi)窺高速攝像機（21-3）所測泵內(nèi)流動，確保葉輪進口和葉輪出口附近無相變現(xiàn)象發(fā)生，即無泵內(nèi)壓降和水力損失導致的相變；
3）給電加熱帶（20）通電，對低溫泵（19）的蝸殼外壁進行加熱，模擬保溫效果不佳與外界傳熱的情況。
4）觀察第一內(nèi)窺高速攝像機（21-1）所測泵內(nèi)流動，加熱至低溫泵蝸殼內(nèi)壁出現(xiàn)相變，該種相變情況下從內(nèi)窺高速相機拍攝到的圖像上可以看到蝸殼壁面形成了氣泡。若葉輪進口存在相變現(xiàn)象，可采取與步驟3.5）相同的方法，適當進行壓力控制。
5）保持低溫泵流量、低溫罐內(nèi)壓力以及電加熱帶加熱溫度恒定10分鐘以上，待低溫泵（19）運行穩(wěn)定后采集所需數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機單元（11）處理后得到低溫泵（19）的外特性。數(shù)據(jù)采集結束后，給電加熱帶（20）斷電，消除蝸殼內(nèi)壁相變。
6）結束試驗，步驟同實施例二的4）步驟。