CN102367779A - 模型水轮机透明锥管水透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模型水轮机透明锥管水透镜，通过在透明锥管上加装由侧板和观察板构成的水透镜，利用光线的多次折射，实现了满足观测者平视即可对转轮叶片进行观察的光路要求。采用本发明所述的水透镜使观测者不需要大角度仰视，只需平视就能清晰观察到高于其观察位置的水轮机模型转轮叶片，降低了观测者的工作难度。

Description

模型水轮机透明锥管水透镜
技术领域：本发明涉及一种模型水轮机透明锥管水透镜
背景技术：当流道中水流局部压力低于汽化压力时，将会发生空化现象。目前仍需采用人工目测的方法判断转轮叶片是否产生空化。传统的观测方法如图1所示，观测者6直接通过透明锥管2进行观察。由于转轮叶片1位于透明锥管2的上部，观测者6需要在透明锥管2下端大角度仰视才能看到转轮叶片1，这样不仅增加了观测者的工作难度，同时也会因仰视角度的不同导致观测结果的差异，从而直接影响到对水轮机性能的判断。
发明内容：本发明的目的是公开一种结构简单、安装方便、便于观测者观察、减小工作强度的模型水轮机透明锥管水透镜。本发明的技术方案具体描述如下：一种模型水轮机透明锥管水透镜，转轮叶片位于透明锥管的上部，两块三角形透明侧板连同一块梯形透明观察板与透明锥管外侧构成一个下端封闭的模型水轮机透明锥管水透镜，模型水轮机透明锥管水透镜中充满水。本发明工作原理：光线经过水、透明固体介质和空气的交界面时会发生折射现象，其传播方向会发生改变。观测者处的光线通过透明观察板进入注满水的水透镜中，光线在观察板与水之间发生折射，光线传播方向发生改变。传播方向发生改变的光线进入透明锥管中，光线在水与透明锥管之间再次发生折射，光线传播方向再次发生改变。透明锥管中充满水，再次改变传播方向的光线从透明锥管中进入到水中，发生第三次发生折射，光线传播方向第三次发生改变。光线在转轮叶片处发生反射，其反射光路与上述入射光路相同。据此，观察者即可通过水透镜平视观察到高于其观察位置的转轮叶片。
图1观察模型水轮机转轮叶片常规结构方案的光路图
图2本发明提出的模型水轮机透明锥管水透镜的光路图
图3本发明提出的模型水轮机透明锥管水透镜的结构图
具体实施方式
如图2所示，一种模型水轮机透明锥管水透镜，转轮叶片1位于透明锥管2的上部，两块三角形透明侧板5连同一块梯形透明观察板4与透明锥管2外侧构成一个下端封闭的模型水轮机透明锥管水透镜3，模型水轮机透明锥管水透镜3中充满水。如图3所示，观察板4与透明锥管2外壁之间的夹角γ可以通过以下方程求得：
Figure BDA0000096471920000021
Figure BDA0000096471920000022
式中：
h表示叶片1上被观测点到观测者6平视视线的垂直距离；
β表示透明锥管2外壁与水平面的夹角(锐角)；
D表示转轮直径；
L1表示透明锥管2的壁厚；
L2表示透明观察板4的厚度；
L3表示转轮叶片1上被观测点到透明观察板4与透明锥管2外壁交点处水平线的垂直距离。
上述公式中仅有透明观察板4与透明锥管2外壁之间的夹角γ为未知数，其他均为已知量。通过插值的方法可以准确地计算出透明观察板4与透明锥管2外壁之间的夹角γ，从而保证观测者6平视即可由水透镜3观察到高于其观察位置的转轮叶片1。
图2为本发明提出的模型水轮机透明锥管水透镜的光路图。水透镜3中注满水。通过合理选择透明观察板4与透明锥管2外壁之间的夹角γ，观测者6平视即可由水透镜3观察到高于其观察位置的转轮叶片1。

Claims (2)

1.一种模型水轮机透明锥管水透镜，其特征是：转轮叶片(1)位于透明锥管(2)的上部，两块三角形透明侧板(5)连同一块梯形透明观察板(4)与透明锥管(2)外侧构成一个下端封闭的模型水轮机透明锥管水透镜(3)，模型水轮机透明锥管水透镜(3)中充满水。
2.根据权利要求1所述的一种模型水轮机透明锥管水透镜，其特征是：观察板(4)与透明锥管(2)外壁之间的夹角γ可以通过以下方程求得：
Figure FDA0000096471910000012
式中：
h表示叶片(1)上被观测点到观测者(6)平视视线的垂直距离；
β表示透明锥管(2)外壁与水平面的夹角(锐角)；
D表示转轮直径；
L1表示透明锥管(2)的壁厚；
L2表示透明观察板(4)的厚度；
L3表示转轮叶片(1)上被观测点到透明观察板(4)与透明锥管(2)外壁交点处水平线的垂直距离。
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