[發(fā)明專利]定位離心泵PIV葉輪旋轉(zhuǎn)中心方法和裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310225883.1
• 申請(qǐng)日: 2013-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103344177A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉厚林;楊洪鑌;王勇;任蕓;王凱;談明高
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01P5/20;G01M10/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及定位離心泵PIV葉輪旋轉(zhuǎn)中心的方法和裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)

粒子圖像測(cè)速技術(shù)(Particle?Image?Velocimetry，簡(jiǎn)稱PIV)是一種間接測(cè)量流場(chǎng)速度的測(cè)量技術(shù)。PIV測(cè)試中，用激光器發(fā)出的激光照亮流場(chǎng)中的示蹤粒子，用CCD相機(jī)拍攝示蹤粒子圖像，通過(guò)測(cè)量示蹤粒子在圖像中的位移來(lái)間接測(cè)量示蹤粒子速度，從而統(tǒng)計(jì)得到示蹤粒子附近流場(chǎng)速度。在離心泵PIV測(cè)試中，利用PIV技術(shù)只能測(cè)量得到葉輪內(nèi)的絕對(duì)速度葉輪內(nèi)相對(duì)速度需要利用下式計(jì)算得到：

V→rel=V→abs-V→u]]>

其中是葉輪牽連速度。可由下式計(jì)算得到：

V→u=Ω→×R→]]>

其中是葉輪旋轉(zhuǎn)角速度，是旋轉(zhuǎn)半徑，即葉輪旋轉(zhuǎn)中心O到葉輪流場(chǎng)某一點(diǎn)的距離。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)中心O位置確定，旋轉(zhuǎn)半徑也就確定了。為了獲得準(zhǔn)確的相對(duì)速度需要準(zhǔn)確得到絕對(duì)速度旋轉(zhuǎn)角速度和葉輪旋轉(zhuǎn)中心O。絕對(duì)速度可以通過(guò)PIV技術(shù)精確測(cè)量得到，旋轉(zhuǎn)角速度也可以利用旋轉(zhuǎn)角速度測(cè)量或角速度測(cè)量方法精確得到。對(duì)于葉輪旋轉(zhuǎn)中心O，現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有一種有效的測(cè)量方法來(lái)精確定位，而是局限于肉眼觀察等經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)粗略定位，這樣得到的相對(duì)速度測(cè)量有較大的誤差。因此，為了提高相對(duì)速度測(cè)量的精度和可信度，需要一種更為規(guī)范和準(zhǔn)確的葉輪旋轉(zhuǎn)中心定位方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：解決精確定位定葉輪旋轉(zhuǎn)中心位置，準(zhǔn)確重構(gòu)葉輪內(nèi)相對(duì)速度問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明用相機(jī)拍攝泵軸端面的旋轉(zhuǎn)定位圖案，通過(guò)標(biāo)定兩幀圖像中的旋轉(zhuǎn)定位圖案，可以精確確定葉輪旋轉(zhuǎn)中心位置。利用葉輪旋轉(zhuǎn)中心可以間接測(cè)量葉輪旋轉(zhuǎn)角速度，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的葉輪流場(chǎng)相對(duì)速度。

本發(fā)明的原理是：將葉輪固定在泵軸上，裝上蝸殼，讓蝸殼和葉輪內(nèi)充滿工作介質(zhì)；調(diào)節(jié)激光器和跨幀CCD相機(jī)，使泵軸端面的旋轉(zhuǎn)定位圖案成像清晰；調(diào)整相機(jī)跨幀時(shí)間，使得在跨幀時(shí)間內(nèi)泵軸旋轉(zhuǎn)的角度在60°到120°之間；利用跨幀CCD相機(jī)拍攝旋轉(zhuǎn)定位圖案的兩幀圖像；通過(guò)標(biāo)定兩幀圖像中的旋轉(zhuǎn)定位圖案，可以精確確定葉輪旋轉(zhuǎn)中心位置；利用葉輪旋轉(zhuǎn)中心位置和兩幀圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)，可以計(jì)算得到葉輪旋旋轉(zhuǎn)角速度度；由葉輪旋旋轉(zhuǎn)角速度度和葉輪旋轉(zhuǎn)中心可以從葉輪流場(chǎng)絕對(duì)速度準(zhǔn)確重構(gòu)得到葉輪流場(chǎng)相對(duì)速度。

本發(fā)明的裝置包括蝸殼、葉輪、泵軸、跨幀CCD相機(jī)、激光器、外觸發(fā)同步裝置、計(jì)算機(jī)；泵軸端面有旋轉(zhuǎn)定位圖案，用以精確確定葉輪旋轉(zhuǎn)中心位置；葉輪安裝在蝸殼內(nèi)，通過(guò)螺紋連接固定在泵軸上；蝸殼、葉輪內(nèi)充滿工作介質(zhì)，激光器和跨幀CCD相機(jī)通過(guò)外觸發(fā)同步裝置和計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件控制激光器和跨幀CCD相機(jī)工作。

上述裝置中，葉輪后蓋板附近和泵軸前端有一段約1cm到2cm的無(wú)螺紋部分，這部分葉輪和泵軸通過(guò)光滑圓柱面嚙合。旋轉(zhuǎn)定位圖案包括以泵軸幾何中心為圓心的二到四個(gè)同心圓，以及相交于泵軸幾何的3到5條放射狀直線。同心圓直徑約為泵軸直徑d的1/3到3/4，各同心圓間直徑差為常數(shù)。放射狀直線間夾角相等，從泵軸幾何中心延伸到泵軸外徑處。同心圓和放射狀直線的線寬約為0.1mm到0.2mm，采用激光加工。

定位離心泵PIV葉輪旋轉(zhuǎn)中心方法如下：