CN104332091B - 泵喷水推进器的简易实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种泵喷水推进器的简易实验装置，包括蓄水池和敞式水槽，所述蓄水池与敞式水槽通过管路连通，且该管路上从蓄水池到敞式水槽之间依次设有可更换的双吸式循环水泵、涡轮流量计和闸阀；所述敞式水槽中放置有泵喷水推进器，泵喷水推进器的顶部设有压力传感器和调节架。本发明针对泵喷水推进器的实际运行环境的特点，能够试验研究不同自由表面特性、各种水流速度(船速)以及不同船舶载重(淹没深度)条件下泵喷水推进器推力的动态和静态性能，并且本发明可安装于室内，结构紧凑，占地面积小。

Description

泵喷水推进器的简易实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种用于测量与实际工作环境一致的变载重、自由表面波浪变化以及变船速工况下的泵喷水推进器的简易实验装置。
背景技术
泵喷水推进器是一种适用于高性能船舶的新型推进装置，具有吸入性能好、稳定性高(即操纵性好)以及高效运行范围宽等优点。
但是，目前其试验理论和试验装置还没有建立，更没有相应的国家标准。当前泵喷水推进器的试验研究方法主要有两种，一种是将泵喷水推进器安装在闭式回路中，借用泵的试验方法和国家(或行业)试验标准对其进行测试。这种方法与泵喷水推进器的实际运行环境和工作指标都不一样，因为泵喷水推进器是在具有自由表面的开敞式环境中运行的，其工作指标是推力，该推力与船舶运行速度、自由表面波浪、船舶吃水深度都相关，但是基于泵试验理论的试验方法和试验装置无法试验获取这些技术参数。另外一种方法是在船舶组装完成后，将泵喷水推进器与船舶主体一起进行试水试验，这种方法除了试验能耗大之外，是一种针对船舶主机的验收试验方法，很难对泵喷水推进器自身的设计优劣进行判断。因此需要根据泵喷水推进器的具体工作环境建立针对性的试验装置和试验理论。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种泵喷水推进器的简易实验装置。
技术方案：本发明的一种泵喷水推进器的简易实验装置，包括蓄水池和敞式水槽，所述蓄水池与敞式水槽通过管路连通，且该管路上从蓄水池到敞式水槽之间依次设有可更换的双吸式循环水泵、涡轮流量计和闸阀；所述敞式水槽中放置有泵喷水推进器，泵喷水推进器的顶部设有压力传感器和调节架。
其中，可通过闸阀控制管路中以及敞式水槽中的水流量，然后测量敞式水槽的过流断面面积，同时还可通过涡轮流量计获取水流流量的数据，最终可方便地试验研究敞水槽内水流流速(即船速)对泵喷水推进器推力特性的影响。并且将泵喷水推进器放置于敞式水槽中，能够使得实验环境与泵喷水推进器的实际运行环境一致，最终所得到的实验结果更为精准。
为了便于研究不同淹没深度条件(不同载重)下的泵喷水推进器的推力特性，在敞式水槽的前部设置有用于调整敞式水槽自由表面波浪强度的可更换的隔栏式稳流栅，这样便于调整敞式水槽的自由表面波浪强度，进而可测试研究不同自由表面波浪强度对泵喷水推进器推力特性的影响。
进一步的，所述敞式水槽设置于蓄水池的池边，且敞式水槽中的水经过敞式水槽后部的孔式稳流栅流回蓄水池，这样的设置有利于节约水资源以及整个实验装置的循环使用。
进一步的，所述调节架能够调控泵喷水推进器的淹没深度。
为了便于研究泵喷水推进器推力特性的动态和静态特性，所述压力传感器为动态高频压力传感器。
进一步的，所述敞式水槽的水流速度为cv，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P，则可测量T与cv之间的关系，即测量并获取Tvz/P～cv的函数关系，通过闸阀调节泵喷水推进器的水流量，进而调节测量cv，同时测量T的大小。
进一步的，所述泵喷水推进器的淹没深度为d，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P，则可以测量T与d之间的关系，即Tvz/P～d之间的函数关系，调节调节架调整并测量d，同时测量T的大小。
进一步的，所述敞式水槽内的波浪强度为h，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P，则可以测量T与h之间的关系，即Tvz/P～h之间的函数关系，通过调整稳流栅进而调整并测量h，同时测量T的大小。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明安装在实验室内，结构紧凑、占地面积小；
(2)本发明模拟泵喷水推进器的实际运行环境，能够试验研究不同自由表面特性、各种水流速度(船速)以及不同船舶载重(淹没深度)条件下泵喷水推进器推力的动态和静态特性；
(3)本发明首次采用开式试验装置在与其实际运行环境一致的条件下对泵喷水推进器的推力特性进行试验研究，因此可以有效地评价泵喷水推进器的性能指标及其设计优劣，一方面能够为研发单位提供精准、合理有效的评价参数，另一方面还可以为建立相应的国家标准或行业标准提供足够的试验理论和试验装置。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中敞式水槽的侧视图；
图3为本发明中隔栏式稳流栅的示意图；
图4为本发明中孔式稳流栅的示意图；
图5为实施例中泵推进器推力与水流速度的关系曲线图；
图6为实施例中泵推进器推力与淹没深度的关系曲线图；
图7为实施例中泵推进器推力与波浪强度的关系曲线图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1和图2所示，本发明的一种泵喷水推进器的简易实验装置，包括蓄水池1和敞式水槽9，蓄水池1与敞式水槽9通过管路2连通，且该管路2上从蓄水池1到敞式水槽9之间依次设有可更换的双吸式循环水泵3、涡轮流量计4和闸阀5；敞式水槽9中放置有泵喷水推进器，泵喷水推进器的顶部设有压力传感器7和调节架8；其中，可通过调节架8来调控泵喷水推进器的淹没深度；压力传感器7为动态高频的压力传感器7。
上述的敞式水槽9的前部设置有用于调整敞式水槽9自由表面波浪强度的可更换的隔栏式稳流栅6；敞式水槽9设置于蓄水池1池边，敞式水槽9的后部也安装有用于维持敞式水槽9内水位的孔式稳流栅10，并且敞式水槽9中的水经过敞式水槽9后部的孔式稳流栅10流回蓄水池1。
本发明的具体工作流程如下：
本发明的泵喷水推进器的简易实验装置安装在实验室内的开式回路系统：由双吸式循环水泵3经管路2从蓄水池1中取水，然后经过涡轮流量计4和闸阀5将水输送至敞式水槽9中，然后再流回蓄水池1；其中，敞式水槽9中的水流速度可以通过调节闸阀5(即微调)或者通过更换双吸式循环水泵3(即粗调)调节。
利用闸阀5调节双吸式循环水泵3的流量(当流量调节较大时需要更换双吸式循环水泵3)，根据涡轮流量计4得到的流量以及敞式水槽9内的过流面积，计算水流速度(船速)cv，通过压力传感器7测量喷水推进器的动态推力，动态推力取几何平均值就是静态推力T，即泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P(该值直接用商用扭矩仪测量)；那么就可以获取T与cv之间的关系，即Tvz/P～cv之间的函数关系式，通过闸阀5调节并测量泵喷水推进器的水流量，也就是调节cv，同时测量T的大小。
假设：泵喷水推进器的淹没深度为d，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P；那么可以测量T与d之间的关系，即Tvz/P～d之间的函数，通过调节调节架8调整并测量d，同时测量T的大小。
假设：敞式水槽9内的波浪强度为h，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P；那么就可以测量T与h之间的关系，即Tvz/P～h之间的函数关系，通过调整稳流栅9进而调整并测量h，同时测量T的大小。
通过调整水流速度、淹没深度和波浪强度等参数，可精准有效和快速简便地研究泵喷水推进器的相关特性。
实施例：
以某泵喷水推进器为例，在本发明的实验装置中实验来详细说明本发明。1、Tvz/P～cv关系曲线
调节闸阀5(即微调)或者通过更换双吸式循环水泵3(即粗调)调节管路中的流量并用流量计4测量，用测量得到的流量除以敞式水槽9的过流断面面积就得到敞式水槽9内的水流流速(船速)cv，通过压力传感器7测量喷水推进器的动态推力，动态推力取几何平均值就是静态推力T，即泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P(该值直接用商用扭矩仪测量)；那么就可以获取T与cv之间的关系，即Tvz/P～cv之间的函数关系式。测量结果如图5所示。图5中，大的波动是由于采样平均时间比较短形成的。
2、Tvz/P～h关系曲线
通过调节或者更换隔栏式稳流栅6调节并测量敞式水槽9内的波浪强度h，测量泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P；得到Tvz/P～h之间的函数关系，具体关系曲线如图6所示。
3、Tvz/P～d关系曲线
通过调节架8调节泵喷水推进器的淹没深度为d，泵喷水推进器的推力T通过压力传感器7测量，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P；由此得到Tvz/P～d之间的函数，具体关系曲线如图7所示。
通过上述实施例可以看出，通过本发明的泵推进器简易实验装置，可以更加真实的模拟现实环境，快速精准地得到相应的实验数据。

Claims (5)

1.一种泵喷水推进器的简易实验装置，其特征在于：包括蓄水池和敞式水槽，所述蓄水池与敞式水槽通过管路连通，且该管路上从蓄水池到敞式水槽之间依次设有可更换的双吸式循环水泵、涡轮流量计和闸阀；所述敞式水槽设置于蓄水池池边，敞式水槽中放置有泵喷水推进器，泵喷水推进器的顶部设有压力传感器和调节架，敞式水槽的前部设置有用于调整敞式水槽自由表面波浪强度的可更换的隔栏式稳流栅；敞式水槽中的水经过敞式水槽后部的孔式稳流栅流回蓄水池。
2.根据权利要求1所述的泵喷水推进器的简易实验装置，其特征在于：所述调节架调控泵喷水推进器的淹没深度；所述压力传感器为动态高频压力传感器。
3.根据权利要求1所述的泵喷水推进器的简易实验装置，其特征在于：设定所述敞式水槽的水流速度为cv，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P，则可以试验研究T与cv之间的关系，即研究Tvz/P～cv之间的函数关系：通过闸阀调节泵喷水推进器的水流量，然后测量记录水流量、计算水流速度cv，同时测量推力T的大小。
4.根据权利要求1所述的泵喷水推进器的简易实验装置，其特征在于：所述泵喷水推进器的淹没深度为d，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P，则可以试验研究T与d之间的关系，即研究Tvz/P～d之间的函数关系：通过调节调节架调整并测量淹没深度d，然后测量T的大小。
5.根据权利要求1所述的泵喷水推进器的简易实验装置，其特征在于：所述敞式水槽内的波浪强度为h，泵喷水推进器的推力为T，泵喷水推进器内叶轮附近的轴向速度为vz，泵喷水推进器的输入功率为P，则可以试验研究T与h之间的关系，即研究Tvz/P～h的函数关系：通过调整稳流栅进而调整并测量波浪强度h，同时测量并记录T的大小。
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