基于逆向工程技术的冷却液气穴腐蚀新型试验泵适用性研究*

鲁林平 戴锡康 张旸赵杰

（1.天津理工大学机械工程学院 2.天津市产品质量监督检测技术研究院3.交通运输部公路科学研究院 4.中国科学院山西煤炭化学研究所）

基于逆向工程技术的冷却液气穴腐蚀新型试验泵适用性研究*

鲁林平**1戴锡康2张旸3赵杰4

（1.天津理工大学机械工程学院 2.天津市产品质量监督检测技术研究院3.交通运输部公路科学研究院 4.中国科学院山西煤炭化学研究所）

选取一款国产的新型试验泵，验证其作为冷却液气穴腐蚀试验泵的适用性。从水力性能角度，在同一专业测试平台上，对新型试验泵与推荐用泵进行了对比试验。研究表明，新型试验泵与推荐用泵在水力性能和气穴腐蚀特性上高度吻合，验证了新型试验泵取代推荐用泵的适用性。

冷却液 气穴腐蚀 逆向工程 试验泵 性能曲线 适用性

机动车发动机冷却液（以下简称发动机冷却液或防冻液），是一种能满足液冷式发动机在低温条件下正常工作要求的液体，是发动机正常运转不可缺少的散热介质，具有冷却、防腐蚀、防穴蚀、防结垢和防沸防冻等功能。发动机冷却液的质量关乎发动机的安全运行。优质的发动机冷却液，夏天可防沸，冬天可防冻，常年使用可以起防腐蚀和防水垢作用，它既是冷却介质又是一种很好的保护剂[1-3]。劣质的发动机冷却液对冷却系统的影响是极为严重的，在冬季使用时，容易结冰、凝固，导致水箱及冷却系统管路胀裂损坏，造成发动机受损；在炎热的夏天，可能引起发动机冷却系统“开锅”；还有的会破坏冷却系统内的金属表面，严重时可使冷却系统内壁穿孔，引起冷却液漏失，导致发动机损坏[4]。

2014年5月1日起，强制性国家标准GB 29743—2013《机动车发动机冷却液》全面实施[5]。该标准的实施对发动机冷却液产品的研发、生产、销售及使用具有普遍指导作用，对保障行车安全、保护人民生命财产有着较强的现实意义。GB 29743—2013标准强制性要求生产企业在产品定型或配方发生变化时，要做包含全部检验项目的型式检验；此外，每两年也要进行一次型式检验。但大多数企业并没有做到这一点，尤其是铝泵气穴腐蚀等体现产品实际使用性能的台架检验项目很多企业更是从未检测过。究其原因，是国内气穴腐蚀试验的检测标准SH/T 0087—1991《发动机冷却液铝泵气穴腐蚀特性试验法》中推荐使用了美国别克公司生产的铝制试验泵[6]。该泵不仅价格昂贵，单台套泵的价格在万元以上，而且市场供应量极少，不易从正规渠道获得。由于这一原因，致使国家标准无法完整实施，即该标准在指导冷却液产品的生产和使用上受到制约。

鉴于目前国内外市场的需求，选取了一款国内企业开发的用于发动机冷却液铝泵气穴腐蚀特性试验的新型试验泵。该泵在SH/T 0087—1991标准推荐用泵的基础上，使用逆向工程技术[7-9]，获取流道参数，结合造型优化设计，经模具开发、铸造、零部件设计与选型、装配等一系列工作，开发出了新型试验泵。

本文在外观对比基础上，从水力性能试验和台架试验角度，对新型试验泵和标准推荐用泵进行了对比分析，验证了新型试验泵造型设计的可行性，研究了新型试验泵替代标准推荐用泵的适用性。

1 泵体外观对比

图1所示为标准推荐用泵的泵体及泵壳照片。图2所示为新型试验泵的泵体及泵壳照片。

通过对标准推荐用泵及新型试验泵外观检查发现，两款泵的流道具有相同的特征，关键尺寸相等，符合逆向工程原理；此外，新型试验泵在逆向工程开发的基础上，在造型上进行了一定的优化设计和表面处理，与推荐用泵相比，具有结构紧凑、外观大方的优点。

图1 标准推荐用泵

图2 新型试验泵

2 水力性能对比试验

离心泵的性能通常以流量、扬程、转速、效率、功率等参数来进行描述，各个性能参数之间的关系和变化规律可以用一组性能曲线来表达。对每一台离心泵而言，当转速一定时，通过试验的方法可以绘制出相应的一组性能曲线，即离心泵的基本性能曲线[10-11]。

为了对新型试验泵和推荐用泵进行进一步的对比，分别对其进行了水力性能试验，绘制了性能曲线，以验证新型试验泵水力性能与推荐用泵水力性能的一致性。

2.1 实验装置

委托离心泵专业测试机构，利用专业检测平台，在恒定转速下调节出口阀开度大小以改变流量，在每个设定流量值下分别测量泵的进口压力、出口压力、电压、电流、轴功率，通过计算可得到泵扬程、效率等参数。测试平台示意图如图3所示。

图3 离心泵测试平台

2.2 性能曲线绘制

在相同的测试平台上，分别对两台泵进行测试，获得原始数据，根据原始数据计算得到扬程、有效功率，分别绘制出两台泵的特性曲线如图4所示。通过曲线对比，可以发现：在流量及对应的扬程上，推荐用泵的流量范围为0~9.84 m3/h，对应的扬程为11.88~8.76 m；新型试验泵的流量范围为0~9.93 m3/h，对应的扬程为11.74~9.07 m。

图4 泵性能曲线

以推荐用泵水力性能参数为基准，新型试验泵流量最大偏差约为1%，扬程最大偏差约为3.5%。根据GB/T 3216—2016规定[12]，流量最大容差系数为±10%，扬程最大容差系数为±8%。与推荐用泵数值相比，新型试验泵的流量和扬程偏差都低于标准规定的容差系数。

试验验证了新型试验泵与推荐用泵的水力性能具有高度的一致性，从流动特性角度验证了新型试验泵造型的有效性，同时保证了新型试验泵替代推荐用泵的可行性。

3 气穴腐蚀性能对比试验

为验证新型试验泵与标准推荐用泵在冷却液气穴腐蚀台架试验检验结果上的一致性，同时，为验证同一批次新型试验泵的均匀性、再现性以及不同批次新型试验泵的稳定性，组织4家已获得CNAS资质的实验室（编号为A、B、C、D），选取两种成熟配方冷却液样品（已知使用推荐用泵的气穴腐蚀评级分别为8级、9级）进行验证试验。

3.1 一致性验证

主要是考察新型试验泵与使用推荐用泵所得的试验结果是否一致。

各实验室均使用新型试验泵，按照标准SH/T 0087—1991分别对上述两个已知评级的样品进行检测，验证结果见表1。

表1 一致性验证结果

由表1可以看出，由不同实验室完成的11组使用新型试验泵所得的评级结果均与使用推荐用泵所得的评级结果之差小于等于1级，符合ASTM D 2809—09标准中对结果再现性的要求[13]，表明新型试验泵与推荐用泵的评级一致性较好。

3.2 均匀性验证

均匀性验证主要是考察使用同一批次生产的新型试验泵，由同一个操作者、在同一家实验室、使用同一台仪器、对同一个样品进行试验，所得的试验结果是否一致。

将同一批次生产的新研制的试验泵取三套，按照标准SH/T 0087—1991分别进行试验，验证结果见表2。由表2可以看出，由同一实验室完成的3组使用同一批次新型试验泵所得的评级结果差值小于等于1级，符合ASTM D 2809—09标准中对结果重复性的要求，且与使用推荐用泵所得的评级结果一致，表明本项目研制的试验泵同一批次的均匀性较好。

表2 均匀性验证结果

3.3 稳定性验证

稳定性验证主要是考察使用不同批次生产的新型试验泵，由同一个操作者、在同一实验室、使用同一台仪器、对同一个样品进行试验，所得的试验结果是否一致。

将已生产的两批次新型试验泵按照标准SH/T 0087—1991分别进行试验，验证结果见表3。

表3 稳定性验证结果

由表3可以看出，由同一实验室完成的2组使用不同批次新型试验泵所得的评级结果均为8级，且与使用推荐用泵所得的评级结果一致，表明新型试验泵不同批次的稳定性较好。

3.4 再现性验证

再现性验证主要是考察使用同一批次生产的新型试验泵，由不同的操作者、在不同的实验室、使用不同的仪器、对同一个样品进行试验，所得的试验结果是否一致。将两套试验泵和两个已知评级的冷却液样品分别发放给4家实验室，按照标准SH/T 0087—1991分别进行试验，验证结果见表4。

表4 再现性验证结果

由表4可以看出，4家实验室对已知推荐用泵评级为8级的冷却液样品所得的评级结果均为8级，对已知推荐用泵评级为9级的冷却液样品所得的评级结果为9级～10级，差值小于等于1级，符合ASTM D 2809—09标准中对结果再现性的要求，表明本项目研制的试验泵评级结果的再现性较好。

通过对新型试验泵的外观检测以及水力性能、气穴腐蚀台架的试验验证，表明新型试验泵与标准SH/T 0087—1991《发动机冷却液铝泵气穴腐蚀特性试验法》的推荐用泵各项参数要求一致、气穴腐蚀特性试验评级结果一致，可替代推荐用泵进行发动机冷却液铝泵气穴腐蚀特性试验。

4 结论

（1）经过优化设计的新型试验泵其造型设计在继承流动特性的基础上，具有结构紧凑、美观大方的特点。

（2）水力性能对比试验不仅验证了新型试验泵与推荐用泵在水力性能上的一致性，而且验证了密封设计、传动设计的合理性和有效性。

（3）从一致性、均匀性、稳定性和再现性等角度开展的气穴腐蚀性能对比试验表明，新型试验泵工艺性能稳定、新型试验泵与标准推荐用泵各项参数要求一致性良好、气穴腐蚀特性试验评级结果一致，而且同一批次试验泵的均匀性、再现性以及不同批次的稳定性均达到要求。

研究表明，该新型试验泵的造型设计满足使用需求，在冷却液气穴腐蚀试验上完全能够取代推荐用泵，不仅解决了无泵可用的问题，而且有利于提高冷却液产品质量，具有良好的社会效益。

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[5]机动车发动机冷却液：GB 29743—2013[S]．

[6]发动机冷却液铝泵气穴腐蚀特性试验法：SH/T 0087—1991[S]．

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[13]ASTM D2809-09 Standard Test Method for Cavitation Corrosion and Erosion-Corrosion Characteristics of Aluminum Pumps with Engine Coolants[S].

Applicability Study of Coolants Cavitation Corrosion New Test Pump Based on Reverse Engineering Technology

Lu Linping Dai Xikang Zhang Yang Zhao Jie

A new type of domestic test pump was selected to verify its applicability as a coolant cavitation corrosion test pump.From the hydraulic performance point of view,a new test pump was compared with the recommended pump on the same professional test platform.The results showed that the new test pump and the recommended pump were in good agreement with the hydraulic and cavitation corrosion characteristics.The applicability of the new test pump instead of the recommended pump was verified.

Coolant;Cavitation corrosion;Reverse engineering;Test pump;Performance curve;Applicability

TH 311

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.002

交通运输部标准计量质量研究项目，交通运输安全相关标准研究及制定（2015）。

**鲁林平，男，1980年生，博士，讲师。天津市，300072。

2017-03-24）