[發(fā)明專利]一種葉片泵瞬態(tài)流場(chǎng)同步精確測(cè)量裝置與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510577513.3
• 申請(qǐng)日: 2015-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105114337A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉;季磊磊;施衛(wèi)東;茹偉民;李維強(qiáng);周嶺;楊勇飛;蔣小平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): F04D15/00
• 分類號(hào): F04D15/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體機(jī)械(泵)內(nèi)部瞬態(tài)流動(dòng)規(guī)律領(lǐng)域，尤其是涉及一種葉片泵瞬態(tài)流場(chǎng)同步精確測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)

葉片泵啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程作為一類特殊的瞬態(tài)過(guò)程，可為特殊的應(yīng)用場(chǎng)合提供瞬時(shí)流體動(dòng)力，比如武器發(fā)射、艦船噴水推進(jìn)等場(chǎng)合。由于瞬態(tài)啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程在很短的時(shí)間內(nèi)使葉片泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生很大的改變，葉輪流道間的流動(dòng)呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加速度急劇變化的復(fù)雜狀態(tài)，特征雷諾數(shù)從零迅速增加到上百萬(wàn)，泵內(nèi)部流動(dòng)從層流狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的三維非定常湍流流動(dòng)，不僅伴隨著水擊、二次流、空化、動(dòng)靜干涉等復(fù)雜的物理現(xiàn)象，而且伴隨著強(qiáng)烈的噪聲和振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至引起開(kāi)機(jī)的失敗。因此，掌握葉片泵啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程瞬態(tài)流場(chǎng)的物理結(jié)構(gòu)與演化過(guò)程對(duì)抑制啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程瞬態(tài)效應(yīng)催生的水力激振、沖擊負(fù)載和空化破壞對(duì)泵裝置和管路系統(tǒng)的危害具有重要意義。目前，PIV(ParticleImageVelocity)即粒子圖像測(cè)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用于葉片泵的內(nèi)部流動(dòng)測(cè)量中，且穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速下葉片泵內(nèi)部流場(chǎng)的PIV測(cè)量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，申請(qǐng)?zhí)枮?01220175767.4的實(shí)用新型專利“離心泵PIV試驗(yàn)定位鎖相裝置”解決了轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)同相位流場(chǎng)定位和拍攝，實(shí)現(xiàn)該方法的前提條件是葉片泵的轉(zhuǎn)速是已知的、恒定的，但對(duì)葉片泵啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程的瞬態(tài)流場(chǎng)PIV測(cè)量存在一些問(wèn)題，首先初始流場(chǎng)相位不好確定，不能解決軸編碼器初始相位與激光觸發(fā)拍攝相位之間的相位差問(wèn)題，使得啟動(dòng)初始流場(chǎng)(未滿一周)測(cè)量難以控制，啟動(dòng)后可能需要轉(zhuǎn)動(dòng)350°圓周軸編碼器初始相位才能與激光觸發(fā)拍攝相位重合，也可能轉(zhuǎn)動(dòng)10°圓周后軸編碼器初始相位已經(jīng)與激光觸發(fā)拍攝相位重合，這將會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差；其次不能實(shí)時(shí)輸出葉片泵轉(zhuǎn)速參數(shù)，不能將時(shí)間、轉(zhuǎn)速與瞬態(tài)流場(chǎng)數(shù)據(jù)相關(guān)起來(lái)。因此，如何確保從啟動(dòng)到加速過(guò)程中不同轉(zhuǎn)速下測(cè)試數(shù)據(jù)為同相位流場(chǎng)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)是瞬態(tài)流場(chǎng)準(zhǔn)確成功測(cè)試的關(guān)鍵。目前一部分現(xiàn)有技術(shù)中雖具有流場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的功能，但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下同相位瞬態(tài)流場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集功能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種葉片泵瞬態(tài)流場(chǎng)同步精確測(cè)量裝置與方法，捕捉葉片泵啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程瞬態(tài)流場(chǎng)的演化特征，解決啟停過(guò)程初始相位流場(chǎng)難以準(zhǔn)確測(cè)量、不能實(shí)時(shí)輸出葉片泵轉(zhuǎn)速參數(shù)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下同相位流場(chǎng)的參數(shù)采集。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種葉片泵瞬態(tài)流場(chǎng)同步精確測(cè)量裝置，包括試驗(yàn)裝置系統(tǒng)、變轉(zhuǎn)速工況轉(zhuǎn)軸相位鎖定裝置和PIV測(cè)量系統(tǒng)；

所述試驗(yàn)裝置系統(tǒng)包括電機(jī)、模型泵、管路系統(tǒng)和穩(wěn)壓罐；所述電機(jī)的電機(jī)軸后端連接模型泵；所述模型泵通過(guò)管路系統(tǒng)連接穩(wěn)壓罐共同構(gòu)成循環(huán)水路；

所述變轉(zhuǎn)速工況轉(zhuǎn)軸相位鎖定裝置包括點(diǎn)光源激光器、動(dòng)圓盤(pán)和激光接收器；所述動(dòng)圓盤(pán)的圓周外緣分布有多個(gè)圓孔；所述動(dòng)圓盤(pán)垂直于電機(jī)軸且固定在電機(jī)軸的前端；所述點(diǎn)光源激光器位于動(dòng)圓盤(pán)的外側(cè)，用于發(fā)射平行于電機(jī)軸的激光射線；所述激光接收器位于動(dòng)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)，用于將接收到的激光射線轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)輸出給瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置；所述點(diǎn)光源激光器和激光接收器在同一水平線上；

所述PIV測(cè)量系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、CCD相機(jī)、面光源激光器和瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置；所述計(jì)算機(jī)、CCD相機(jī)和瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置三者互相連接；所述點(diǎn)光源激光器、激光接收器和面光源激光器均與瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置相連；所述瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置用于觸發(fā)點(diǎn)光源激光器和面光源激光器發(fā)射激光，將激光接收器發(fā)出的脈沖信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)用于計(jì)算脈沖信號(hào)、輸出葉片泵的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速和時(shí)間，同時(shí)控制CCD相機(jī)同步采集瞬態(tài)流場(chǎng)信息，并將流場(chǎng)信息輸出。

優(yōu)選的，所述動(dòng)圓盤(pán)的圓周外緣均勻分布有多個(gè)圓孔。

優(yōu)選的，所述動(dòng)圓盤(pán)通過(guò)平鍵與電機(jī)軸相連。

一種葉片泵瞬態(tài)流場(chǎng)同步精確測(cè)量方法，包含如下步驟：

S1：將所述動(dòng)圓盤(pán)垂直固定在電機(jī)軸一端隨電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)；計(jì)算機(jī)控制瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置觸發(fā)點(diǎn)光源激光器發(fā)射平行于電機(jī)軸的激光射線，激光射線穿過(guò)動(dòng)圓盤(pán)外緣的圓孔后光信號(hào)被激光接收器接收；

S2：激光接收器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)并通過(guò)瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置將該脈沖信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)計(jì)算并輸出葉片泵的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速和時(shí)間；

S3：當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到的脈沖數(shù)量達(dá)到設(shè)定值D時(shí)，計(jì)算機(jī)控制瞬態(tài)流場(chǎng)同步觸發(fā)及轉(zhuǎn)速輸出裝置觸發(fā)面光源激光器發(fā)射激光；同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制CCD相機(jī)同步采集瞬態(tài)流場(chǎng)信息；