CN103185040B - 用于轴流泵叶轮进口横截面piv流场测试的进口管 - Google Patents

Abstract

一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，由外管和位于外管内部且与所述外管同轴的内衬组成，所述外管的两端端面上各设有法兰盘，所述外管的管壁上开有相机孔和调节孔，所述外管与所述内衬通过相机孔与调节孔的孔壁贯通连接为一体；所述调节孔由两个相同的小孔组成，其中两小孔沿所述外管的纵向轴截面对称分布；所述内衬为空心管体，所述内衬的一端留有剖口，另一端封闭，所述剖口的端面处安装有有机玻璃，所述内衬的内腔底面上设有相机导轨，相机能够在所述相机导轨上移动；本发明改进了轴流泵进水结构，使轴流泵叶轮进口垂直轴线方向横截面上的PIV流场拍摄能够顺利完成。

Description

用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管

技术领域

本发明涉及一种轴流泵的进口管装置，主要用于轴流泵叶轮进口垂直轴截面上流场PIV测试。

背景技术

粒子图像测速技术(PIV)是近年发展起来的一种新型内部流动测试技术。由于PIV测量属于非接触式测量手段，不仅具有不干扰流场的特点，还具有较高的精确度和分辨率，更能够获得整场的流态分布。

轴流泵的特点是大流量、低扬程。在南水北调等大型水利工程和国防装备上被应用广泛。

目前PIV测试技术已经被用于轴流泵的内部流场研究。扬州大学硕士学位论文“轴流泵叶轮出口流场的3D-PIV测量”(2005年)、“轴流泵叶轮与导叶内部流场的3D-PIV测量”(2006年)和上海交通大学硕士学位论文“轴流泵内流场的数值模拟与PIV实验研究”(2008年)均对轴流泵内部流场进行了PIV测试，然而上述学者也只是针对轴流泵内部过轴线的不同平面进行了研究，并没有对垂直于轴线的横截面进行PIV测试。众所周知，目前轴流泵的设计主要基于进口来流无旋及圆柱层无关性假设，因此，对垂直于轴线的横截面上进行流场测试，有助于对假设进行验证，并补充和完善设计理论。轴流泵叶轮进口流场对轴流泵性能影响较大。由于轴流泵进口的来流方向与轴流泵的轴线一致，使得轴流泵进口垂直于其轴线的横截面上的PIV测试造成很大难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程造价低、对流场破坏小的轴流泵进口管装置，以实现对轴流泵进口垂直于其轴线的横截面上的流场进行PIV测试。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，由外管和位于外管内部且与外管同轴的内衬组成、外管两端端面处各设有法兰盘，外管的外管壁上开有相机孔和调节孔，外管与内衬通过相机孔与调节孔的孔壁贯通连接为一体；其中调节孔由两个相同的小孔组成，两小孔沿外管的纵向轴截面对称分布；内衬为空心管体，内衬的一端留有剖口，另一端封闭，其中剖口端面安装有机玻璃片，内衬内腔底面上设有相机导轨，相机能够在相机导轨上移动。

上述方案中，外管和内衬的中间为柱形管，两端为锥度管，外管和内衬两端的锥度保持一致。

上述方案中，相机孔和调节孔分别开在外管的锥度管管壁上。

上述方案中，相机孔为三角形孔。

上述方案中，内衬的剖口端面与有机玻璃片之间设有橡胶垫，有机玻璃片与橡胶垫通过螺钉固定在内衬的剖口端面上。

上述方案中，相机导轨为顶部带凹槽的直板，其中凹槽的中心线与内衬的轴线平行，凹槽宽度等于相机的底座的宽度。

上述方案中，相机导轨通过点焊的方式固定在内衬的内腔面上。

本发明的有益结果是：改进了轴流泵进水结构，使轴流泵叶轮进口垂直轴线方向横截面上的PIV流场拍摄能够顺利完成，且结构的改变对轴流泵真实来流的破坏程度很小，能够很高程度的保证来流的真实性，提高了PIV的测量精度。

附图说明

下面结合附图和对本发明的技术方案进一步详细的说明。

图1是本发明的进口管装置俯视图。

图2是图1中分别沿调节孔和相机孔中心剖开的进口管装置剖面图。

图3是图1中I处的局部放大图。

图4是本进口管装置与泵段的装配示意图。

图5是当片光源开始投射时的PIV拍摄位置示意图。

其中，1.转轮室，2.叶轮，3.螺栓，4.外管，5.内衬，6.橡胶垫，7.有机玻璃片，8.螺钉，9.相机导轨，10.相机孔，11.调节孔,12.相机，13、法兰盘，14.待测区域。

具体实施方式

图1和图2中，本发明装置包括外管4、内衬5、相机孔10和调节孔11，其中，外管4、内衬5、相机孔10与调节孔11为整体铸造而来，外管4与内衬5通过相机孔10与调节孔11的孔壁进行贯通连接。外管4两端呈锥度管，中间呈圆柱管，两头各有一片法兰盘13，内衬5与外管4的形状保持一致，其中内衬5的左端开有圆形剖口，右端封闭，以减少来流的撞击损失，内衬5的内部为空心，其内腔底面上设有相机导轨9，相机导轨9为顶部带凹槽的直板，该凹槽宽度应正好等于相机底座的宽度，该直板宽度应略小于相机孔10的直径，使得直板能够顺利通过该孔进入内衬5中，内衬5的顶部通过相机孔10与调节孔11通向外部。外管4与内衬5之间形成流道，流道过流断面面积沿流动方向基本呈直线分布，以减少扩散损失。在内衬5左端圆形剖口端面上加设有机玻璃片7，两者之间通过橡胶垫6进行密封，有机玻璃片7与橡胶垫6通过螺钉8固定在内衬5的左端圆形剖口端面上，既不影响相机的有效拍摄，也防止了水流泄漏和破坏相机12。相机孔10的形状接近三角形，减小来流的撞击损失，其面积应该足够大，使得相机12能够顺利放入相机导轨9中的凹槽上。调节孔11由两个相同的小孔组成，两小孔沿外管4的纵向轴截面对称分布，且靠近相机12的镜头处，细长的拨片能够通过穿入调节孔11来拨动相机镜头上的焦距及光圈旋钮，实现对相机12的调节。

图3中，相机导轨9通过点焊的方式固定在内衬5的内腔低面上，其中凹槽的中心线与与内衬5的轴线平行，凹槽表面处在水平位置。相机导轨9应使得相机12放入后的镜头中心线高度与转轴轴线基本一致

在图4中，转轮室1内部设有叶轮2，转轮室1的端面与外管4左端的法兰盘13通过螺栓3固定连接，这样，有机玻璃片7刚好正对着叶轮2侧的来流方向。

在图5中，厚度约为1mm的片光源垂直于转轮室1入射到流场待测区域14,相机12以垂直片光源的方向对准该区域，相机12的光圈在实验过程中不需要经常调整，因此，可以在相机放入相机导轨9之前就调节到适合位置，若实验过程中效果不佳，可将相机12取出后重新调整；相机12的焦距调节圈外部一般都带有一定数目的齿状凸起，通过相机调节孔11，将细长的拨片头部卡在两个齿状凸起之间，通过轻轻用力，使得焦距调节圈因受到单边的切向力而转动，若相机12拍摄效果变差，可换至对称的另外一个相机调节孔，使得调节圈反转，通过方式调整，使相机12的效果达到最佳。当片光源照射到粒子上时，粒子变亮，可以被相机12捕捉，相机12在极短的时间内记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像，形成两幅PIV底片，底片上记录的是整个待测区域的粒子图像，通过后处理软件根据互相关算法，可以得到每个粒子在该极短时间内的位移，从而计算出该粒子的速度，最终得到整个速度场。

Claims (7)

1.一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：由外管(4)和位于外管(4)内部且与所述外管(4)同轴的内衬(5)组成，所述外管(4)的两端端面上各设有法兰盘(13)，所述外管(4)的管壁上开有相机孔(10)和调节孔(11)，所述外管(4)与所述内衬(5)通过相机孔(10)与调节孔(11)的孔壁贯通连接为一体；所述调节孔(11)由两个相同的小孔组成，其中两小孔沿所述外管(4)的纵向轴截面对称分布；所述内衬(5)为空心管体，所述内衬(5)的一端留有剖口，另一端封闭，所述剖口的端面处安装有有机玻璃片(7)，所述内衬(5)的内腔底面上设有相机导轨(9)，相机(12)能够在所述相机导轨(9)上移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：所述外管(4)和所述内衬(5)的中间为柱形管，两端为锥度管，所述外管(4)和所述内衬(5)两端锥度管的锥度保持一致。

3.根据权利要求2所述的一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：所述相机孔(10)和所述调节孔(11)分别开在所述外管(4)的锥度管管壁上。

4.根据权利要求3所述的一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：所述相机孔(10)为三角形孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：所述内衬(5)的剖口端面与所述有机玻璃片(7)之间设有橡胶垫(6)，所述有机玻璃片(7)与所述橡胶垫(6)通过螺钉(8)固定在所述内衬(5)的剖口端面上。

6.根据权利要求1所述的一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：所述相机导轨(9)为顶部带凹槽的直板，所述凹槽的中心线与所述内衬(5)的轴线平行，所述凹槽的宽度等于所述相机(12)的底座的宽度。

7.根据权利要求6所述的一种用于轴流泵叶轮进口横截面PIV流场测试的进口管，其特征在于：所述相机导轨(9)通过点焊的方式固定在所述内衬(5)的内腔面上。