[發明專利]一種軸流泵葉頂空化渦動態特征識別的試驗裝置與方法

在審

• 申請號: 202110037024.4
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112727784A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 沈熙;張德勝;許彬;王飛;金永鑫;潘強;趙旭濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D15/00
• 分類號: F04D15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種軸流泵葉頂空化渦動態特征識別的試驗裝置與方法，包括軸流泵空化試驗臺和空化測試裝置兩個部分；通過真空泵降低汽蝕罐內氣壓，迫使軸流泵葉頂區發生空化；利用同步控制器同時采集葉頂空化圖像與瞬態壓力信號；根據葉片壓力側與吸力側壓力突降，建立葉頂空化形態與瞬態壓力的對應關系；基于瞬時壓力信號時域、頻域、幅值特征找到不同空化類型誘導的壓力振蕩變化規律，基于系統性試驗結果繪制軸流泵葉頂空化渦動態特征識別圖譜。本發明基于系統性試驗結果繪制葉頂空化渦動態特征識別圖譜，可對軸流泵運行中葉頂空化狀態進行有效監測與判定，保證軸流泵機組安全穩定運行。

技術領域

本發明為一種軸流泵葉頂空化渦動態特征識別的試驗裝置與方法，屬于流體機械測試技術領域。

背景技術

軸流泵在南水北調工程、大中型泵站、噴水推進和潛艇發射裝置等領域具有廣泛的應用。由于葉頂間隙的存在，葉頂區空化極其復雜，常伴存著葉頂間隙空化、射流剪切層空化、葉頂泄漏渦空化、葉片吸力面片狀空化。空化渦帶將誘導機組產生異常振動和噪聲，嚴重威脅軸流泵機組長期安全穩定運行。由于流道內空化渦帶常常具有周期性的初生、發展、潰滅等復雜過程，對其瞬態特性研究常常受到試驗條件和方法的限制。研究人員期望通過空化機理認識和空化控制等手段提高水力機械的性能和運行穩定性。

近年來，隨著水力機械試驗條件的進步和可視化技術的發展，空化試驗設備與手段逐漸成熟。經檢索，已公開專利“一種用于誘導輪可視化測試的實驗裝置”（申請號：201610243481.8），提出了利用可視化技術觀察氣泡的發展過程；已公開專利“一種基于壓力控制的小型空化實驗裝置”（申請號：201510005375 .1），根據試驗需求提供了一種裝配簡易、操作便捷的空化試驗設備；由于研究對象和試驗條件的要求，已公開專利“一種低溫液體空化實驗裝置”（申請號：201510004702.1），針對低溫空化，提供了一種成本低、安全性高的試驗裝置；針對空化發展過程，已公開專利“確定模型水輪機轉輪葉片空蝕起始點的方法”（申請號：201310066715.2），提出了一種根據空化噪聲能量分布梯度比例確定模型水輪機轉輪葉片空蝕起始點的自動化方法。以上空化測試裝置與方法可捕捉空泡形態，確定空化初生，但未提供研究空化云不穩定流動過程脫落的時空演化特性及其誘導水力振蕩的研究方法。

發明內容

為解決上述問題，本專利提供一種軸流泵葉頂空化渦動態識別的試驗裝置與方法，利用可視化試驗與瞬態壓力測量相結合的方法，研究軸流泵不同工況的葉頂空化渦動態特征。

為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案為：一種軸流泵葉頂空化渦動態識別的試驗裝置，包括軸流泵空化試驗臺和空化測試裝置；空化試驗臺部分包括：電機、扭矩儀、測試泵段、進口測壓段、進口閥、水箱、汽蝕罐、出口閥、真空泵、渦輪流量計、增壓泵、出口測壓段；測試泵段包括轉輪室，所述轉輪室內設置有葉輪、導葉、支撐板和傳動軸；所述電機通過扭矩儀與所述傳動軸連接，所述測試泵段進口端通過進口測壓段與所述水箱連接，所述進口測壓段上設置有進口閥，所述水箱內設置有汽蝕罐，所述汽蝕罐與真空泵連接；所述測試泵段出口端通過出口測壓段與水箱連接，所述出口測壓段上設置有增壓泵、渦輪流量計和出口閥；空化測試裝置部分包括：高頻壓力傳感器、高速攝像機、NI數據采集儀、同步控制器和計算機；所述高頻壓力傳感器位于所述葉輪的葉頂和所述轉輪室的內壁之間，所述高速攝像機正對所述測試泵段，所述高頻壓力傳感器和所述高速攝像機同時與所述NI數據采集儀信號連接，所述NI數據采集儀通過同步控制器和計算機連接。

上述方案中，所述轉輪室采用內圓外方結構，由無色透明有機玻璃制成。

上述方案中，所述電機、扭矩儀、進口閥、出口閥、真空泵、渦輪流量計、增壓泵均與所述計算機信號連接。