CN108392997B - 一种单空泡发生装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单空泡发生装置及制造方法，包括立式轴流泵、喇叭管、附底圆形平板、圆形底板以及螺杆，附底圆形平板通过圆形底板以及螺杆固定在喇叭管中心线下方，充分利用轴流泵叶轮旋转在附底产生负压来产生单个空泡。本发明实现了利用轴流泵叶轮旋转在附底产生的负压，不采用外加能量（激光，电能等）产生单个空泡；在附底圆形板上表面开设等直径等深度半球形凹槽能够促进单空泡的产生，本发明产生的空泡质量高，体积小能够反映自然状态下的变化规律。

Description

一种单空泡发生装置及制造方法
技术领域
本发明涉及空泡发生技术领域，具体地讲涉及一种单空泡发生装置及制造方法。
背景技术
空泡是指水体一部分压力降至水饱和蒸气压以下时产生的气泡，这些气泡是由蒸气和某些溶解于水中的气体组成的。目前，空泡已被应用于鱼雷、潜艇等水下物体的运动减阻，金属、非金属等固体表面的超声清洗，环境领域的污水净化以及微机械装置的动力输出等。另一方面空泡的产生对于水力机械、输水建筑物等具有巨大的破坏作用。针对水力机械而言：一方面空泡的产生会导致机组震动，效率降低等，另一方面会导致机组部分区域产生严重空蚀破坏。因而对空泡发展变化规律进行研究，以充分利用其优势降低其破坏性显得尤为必要。空泡的发生可以通过多种途径实现。降低液体内部压强至饱和蒸汽压，或者通过外加能量提高液体温度使之气化，或是电解液。目前主要有两种手段产生空泡：一种是通过文丘里管，通过降低液体压力使得液体汽化，该方法产生的空泡数量多，以空泡群的方式存在，不利于实验现象观察。另一种方法是通过外加能量如激光、通电电解等，产生的空泡质量高，但外加能量可能会影响空破自然产生以及变化规律。
发明内容
本发明为了克服现有技术缺陷，利用轴流泵叶轮旋转在附底产生负压来产生单个空泡，将附底圆形板通过螺杆与圆形底板固定于轴流泵吸水口下方，以实现利用轴流泵叶轮旋转在附底产生负压来产生单个空泡。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种单空泡发生装置，包括立式轴流泵、喇叭管、附底圆形平板、圆形底板以及螺杆，所述喇叭管固定在所述立式轴流泵上，所述立式轴流泵与圆形底板通过螺杆固定，所述附底圆形平板固定在所述圆形底板上。
进一步，所述附底圆形平板与所述喇叭管的喇叭口的距离为所述喇叭口直径0.25-0.5倍。
进一步，所述附底圆形平板上开有若干个半球形凹槽。
一种单空泡制造方法，包括以下步骤：
a.在所述附底圆形平板上开有若干个半球形凹槽；
b.将所述附底圆形平板固定于所述圆形底板上；
c.通过螺杆将圆形底板固定于轴流泵喇叭管下方一定高度处；
d.将所述立式轴流泵依次与稳流罐、出水管、稳流栅连接；
e.向吸水池中注水，调节控制柜工作频率，使得水泵在设计工况下运行;
f.水泵开始运行之后，对吸水池进行放水操作，使得吸水池中水位下降到目标水位;
g.吸水池放水过程中，对稳流罐进行排气工作；
h.待吸水池水位降低至目标水位时，停止对稳流罐排气，水泵由吸水池中吸水，水流经过喇叭口、进水管、稳流罐、出水管、稳流栅之后回流到吸水池。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.实现了利用轴流泵叶轮旋转在附底产生的负压，不采用外加能量（激光，电能等）产生单个空泡；
2.在附底圆形板上表面开设等直径等深度圆槽能够促进单空泡的产生
3.产生的空泡质量高，体积小能够反映自然状态下的变化规律。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图;
图2为本发明圆形平板、圆形底板安装示意图;
图3为实施例1所采用的带凹坑的附底圆形平板;
图4为实施例2所采用的带凹坑的附底圆形平板;
图5为实施例3所采用的带凹坑的附底圆形平板;
其中，1-立式轴流泵、2-喇叭管、3-附底圆形平板、4-圆形底板、5-螺杆、6-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1:
如图1、图2所示，本发明为一种单空泡发生装置，包括立式轴流泵1、喇叭管2、附底圆形平板3、圆形底板4以及螺杆5，所述喇叭管2固定在所述立式轴流泵1上，所述立式轴流泵1与圆形底板4通过螺杆5固定，所述附底圆形平板3固定在所述圆形底板4上。
采用附图3所示的带凹槽6的附底圆形平板3，带凹槽6的附底圆形平板3直径为215mm，其上表面开设7个直径为12mm的半球形凹槽6。喇叭管2的喇叭口直径为235mm,通过螺杆5及圆形底板4，将带凹槽6的附底圆形平板3固定于喇叭管中心线下方87mm处。
一种单空泡制造方法，包括以下步骤：
a.在所述附底圆形平板3上开有若干个半球形凹槽6；
b.将所述附底圆形平板3固定于所述圆形底板4上；
c.通过螺杆5将圆形底板4固定于轴流泵喇叭管下方一定高度处；
d.将所述立式轴流泵1依次与稳流罐、出水管、稳流栅连接；
e.向吸水池中注水，调节控制柜工作频率，使得水泵在设计工况下运行;
f.水泵开始运行之后，对吸水池进行放水操作，使得吸水池中水位下降到目标水位;
g.吸水池放水过程中，对稳流罐进行排气工作；
h.待吸水池水位降低至目标水位时，停止对稳流罐排气，水泵由吸水池中吸水，水流经过喇叭口、进水管、稳流罐、出水管、稳流栅之后回流到吸水池。
采用高清摄像机捕捉附底圆形平板3上产生的单空泡，当附底圆形平板3上开有7个直径为12mm的半球形凹槽6时，所产生的单空泡数量为30-45个/分钟，其中直径大于0.4mm的单空泡占比10%，直径小于等于0.4mm大于0.2mm的单空泡占比10%,直径小于0.2mm的单空泡占比80%。
实施例2
采用附图4所示的凹槽6的附底圆形平板3，凹槽6的附底圆形平板3直径为215mm，其上表面开设13个直径为7mm的半球形凹槽6。喇叭管2的喇叭口直径为235mm，通过螺杆5及圆形底板4，将带凹槽6的附底圆形平板3固定于喇叭管中心线下方87mm处。
实施例2与实施例1所采用的步骤一致，仅改变了附底圆形平板3上的凹槽6的数量和直径，在实施例2中，凹槽6的数量为13个，直径为7mm，采用高清摄像机捕捉附底圆形平板3上产生的单空泡，当附底圆形平板3上开有13个直径为7mm半球形凹槽6时，所产生的单空泡数量为25-50个/分钟，其中直径大于0.4mm的单空泡占比10%，直径小于等于0.4mm大于0.2mm的单空泡占比15%,直径小于0.2mm的单空泡占比75%。
实施例3
采用附图5所示的凹槽6的附底圆形平板3，凹槽6的附底圆形平板3直径为215mm，其上表面开设13个直径为2mm的半球形凹坑。喇叭管2的喇叭口直径为235mm，通过螺杆5及圆形底板4，将带凹槽6的附底圆形平板3固定于喇叭管中心线下方87mm处。
实施例3与实施例1所采用的步骤一致，仅改变了附底圆形平板3上的凹槽6的数量和直径，在实施例2中，凹槽6的数量为13个，直径为2mm，采用高清摄像机捕捉附底圆形平板3上产生的单空泡，当附底圆形平板3上开有13个直径为2mm半球形凹槽6时，所产生的单空泡数量为40-60个/分钟，其中直径大于0.4mm的单空泡占比0%，直径小于等于0.4mm大于0.2mm的单空泡占比5%,直径小于0.2mm的单空泡占比95%。
实施例4
采用光面附底圆形平板3，所述附底圆形平板3上表面不开设半球形凹坑。喇叭管2的喇叭口直径为235mm，通过螺,5及圆形底板4，将光面附底圆形平板3固定于喇叭管中心线下方87mm处。
实施例4与实施例1所采用的步骤一致，实施例4中，采用高清摄像机捕捉附底圆形平板3上产生的单空泡，当附底圆形平板3上开有13个直径为2mm半球形凹槽6时，所产生的单空泡数量为20-40个/分钟，其中直径大于0.4mm的单空泡占比5%，直径小于等于0.4mm大于0.2mm的单空泡占比5%,直径小于0.2mm的单空泡占比90%。
综上所述，取平均值，在实施例1-4中，该装置所产生的单空泡直径小于0.2mm占比较高，当附底圆形平板3上不开有凹槽6时，实施例4进行过程中产生的单空泡数量明显少于实施例1、2、3中附底圆形平板3开有凹槽6的过程中产生的单空泡数量。
本装置产生空泡的原理：在装置运行过程中轴流泵叶轮的高速旋转，叶轮下方流场水流速度加大，由伯努利方程可知，水流流速增大，压强将会减小，通过在轴流泵叶轮中心线下方一定距离范围内放置实验平板，实验平板的放置使得流动集中在靠近喇叭口位置急转弯，增大管口水力阻力系数，损失的能量增大，更容易产生附底涡，在此基础上，实验平板上方一定区域内压强可降至汽化压力，促使该区域空泡的产生，并且可以通过孔的大小控制空泡大小和数量。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种单空泡发生装置，其特征在于，包括立式轴流泵(1)、喇叭管(2)、附底圆形平板(3)、圆形底板(4)以及螺杆(5)，所述喇叭管(2)固定在所述立式轴流泵(1)上，所述立式轴流泵(1)与圆形底板(4)通过螺杆(5)固定，所述附底圆形平板(3)固定在所述圆形底板(4)上,所述附底圆形平板(3)与所述喇叭管(2)的喇叭口的距离为所述喇叭口直径0.25-0.5倍。
2.根据权利要求1所述的一种单空泡发生装置，其特征在于:所述附底圆形平板(3)上开有若干个半球形凹槽(6)。
3.根据权利要求1所述的一种单空泡发生装置的单空泡制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在所述附底圆形平板(3)上开有若干个半球形凹槽(6)；
b.将所述附底圆形平板(3)固定于所述圆形底板(4)上；
c.通过螺杆(5)将圆形底板(4)固定于轴流泵喇叭管下方一定高度处；
d.将所述立式轴流泵(1)依次与稳流罐、出水管、稳流栅连接；
e.向吸水池中注水，调节控制柜工作频率，使得水泵在设计工况下运行；
f.水泵开始运行之后，对吸水池进行放水操作，使得吸水池中水位下降到目标水位；
g.吸水池放水过程中，对稳流罐进行排气工作；
h.待吸水池水位降低至目标水位时，停止对稳流罐排气，水泵由吸水池中吸水，水流经过喇叭口、进水管、稳流罐、出水管、稳流栅之后回流到吸水池。
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