CN110043469A - 一种可进行内部流场piv测量的自吸离心泵结构与piv测量方法 - Google Patents

一种可进行内部流场piv测量的自吸离心泵结构与piv测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法，包括后盖板、主轴、叶轮和泵体，泵体包括吸入室和储水室，吸入室与蜗室连通，储水室顶端设有注水口，储水室底端通过回流孔与蜗室相连，蜗室出口段设有气液分离室；叶轮和泵体采用透明材质制成，储水室在进口侧设有视窗，视窗穿过储水室直接与蜗壳进口侧外壁相连；PIV测量时，CCD相机朝向视窗与叶轮同轴布置，获取泵内部截面流场的图像信息，从而实现对叶轮内部流场PIV的准确测量，本发明设置视窗，避免了储水室流场对图像的干扰；主流道结构不发生改变，保证了自吸泵的自吸性能与运行效率。

Description

一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量 方法
技术领域
本发明属于流体机械(泵)内部流动技术领域，尤其涉及一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法。
背景技术
自吸离心泵是一种具备自吸性能的离心式电泵，首次启动后无需灌水，具有结构紧凑、操作方便、便于维修等优点。与传统离心泵相比，自吸离心泵首次工作后启动无须灌水，具有操作简单、便于控制等优点。随着各应用领域对自吸泵效率、震动、噪声以及稳定性等性能要求的不断提高，自吸离心泵内部流场的结构急需优化改进。
目前对于离心泵内部流场的实验研究主要采用粒子图像测速技术(PIV)和激光多普勒测速技术(LDV)等方法。由于PIV测量属于非接触式多点测量技术，不仅具有不干扰流场的特点，而且测量精度随着仪器以及数据处理算法的进步不断提升。
PIV技术目前已经广泛应用于泵内流场的测量，对离心泵、混流泵以及轴流泵轴面以及进出口断面流场的测量方法，然而上述测试方法均无法适用于对常规自吸离心泵内部流场的测量。自吸离心泵由于其结构的独特性，泵腔的双层结构给自吸离心泵内部流场的PIV测量带来极大难度。现有对旋流自吸泵设计及内部流动研究中通过改变自吸泵进口结构，将传动轴穿过自吸泵进口管道与叶轮连接，从而从叶轮后侧对内部流场进行拍摄，该方法破坏了进口管道的密封性，不仅影响泵的自吸性能而且会干扰泵的进口流场，影响泵的效率。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法，目的在于解决现有自吸离心泵结构在进行PIV测试时，拍摄区域局限，测试精度低以及拍摄图片质量不高等问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，包括后盖板、主轴、叶轮和泵体，所述泵体包括吸入室和储水室，所述吸入室与蜗室连通，所述储水室顶端设有注水口，储水室底端通过回流孔与蜗室相连，所述蜗室出口段设有气液分离室；所述叶轮和泵体采用透明材质制成，所述储水室在进口侧设有视窗，所述视窗穿过储水室直接与蜗壳进口侧外壁相连。
进一步，所述视窗为圆形孔，圆孔直径在叶轮直径的1/4-1/3；
进一步，所述视窗设有2个，2个视窗左右对称分布，视窗的中心位于叶轮的水平轴截面上；
进一步，所述气液分离室与储水室之间设有梯形回流孔，自吸阶段分离出的液体通过回流孔从气液分离室流入储水室；
进一步，叶轮位于蜗室内部，叶轮与主轴连接，主轴穿过后盖板，所述后盖板与泵体连接；
一种自吸泵的内部流场PIV测量方法，激光片光源正对叶轮并穿透蜗壳与叶轮，CCD相机朝向视窗与叶轮同轴布置，且CCD相机与片光源垂直；所述CCD相机获取泵内部截面流场的图像信息，计算机对图像进行互相关处理得到速度场信息，并通过软件处理得速度矢量图和云图。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明的泵体及主要部件均为透明结构，实现前后泵腔、叶轮及储水室内部流场的可视化；对储水室结构进行改变，通过与蜗室前壁相连的两个视窗，可进行叶轮内部流场PIV的准确测量，避免了储水室流场对图像的干扰；主流道结构不发生改变，保证了自吸泵的自吸性能与运行效率。
附图说明
图1是本发明结构总装示意图；
图2是本发明结构总装侧视图；
图3是本发明结构总装水平轴截面剖视图；
其中，1、叶轮主轴，2、轴承，3、轴承套，4、后盖板连接螺栓，5、轴承盖，6、后盖板，7、叶轮，8、放水螺栓，9、叶轮固定螺母，10、气液分离室，11、注水孔，12、弹性阀，13、摄影视窗，14、回流孔，15、蜗室，16、储水室，17、显示屏，18、计算机，19、CCD相机，20、激光发射器，21、梯形回流孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2所示的一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，包括后盖板6、主轴1、叶轮7和泵体，后盖板6和泵体之间通过后盖板连接螺栓4进行连接形成封闭腔体，主轴1由轴承套3内2个轴承2支撑，轴承2两侧由两个密封盖5进行密封。
主轴1穿过后盖板6连接叶轮7，叶轮7位于蜗室15内部，由叶轮螺母9固定在主轴1顶端；泵体包括吸入室和储水室16，吸入室与蜗室15连通，储水室16环绕蜗室15，储水室16顶端设有注水口11，储水室16底端通过回流孔14与蜗室15相连；回流孔14为环状结构，沿圆周方向不至于从隔舌起沿叶轮7旋转方向190°到220°之间，回流孔14内装有弹性阀12，自吸离心泵完成自吸过程进入正常工作状态后弹性阀12在流体压力作用下关闭，以达到减小水力损失、提高效率的目的；自吸阶段液体自回流孔14进入蜗室15，并从蜗室15的气液分离室10的梯形回流孔21回流到储水室16。在本发明中，叶轮7和泵体采用透明有机玻璃制成，实现自吸离心泵各过流部件内部流动的可视化；储水室16在进口侧设有视窗13，如图3中的虚线框部分所示。
如图3所示，视窗13穿过储水室16直接与蜗壳15进口侧外壁相连，视窗在储水室16内部分壁厚与泵体储水室16壁厚一样。通过视窗13可直接获得叶轮7内失踪粒子反射出的激光，避免了反射光在通过储水室16时的损失与折射，同时避免了储水室16内流场信息的干扰，提高了自吸离心泵PIV测试结果的精度与可靠性。视窗13的直径应为叶轮直径的1/4-1/3，视窗13的位置与主轴1位于同一水平面上。由于视窗12设置在水平轴截面上，在自吸离心泵自过程中储水室16液面低于视窗位置，视窗对泵内部流动不造成干扰。
基于本发明所设计的可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，本发明还提出一种自吸泵的内部流场PIV测量方法。
PIV测量系统包括计算机显示屏17、计算机主机18、CCD相机19和激光发射器20组成；CCD相机19、激光发射器20分别与计算机18相连；CCD相机19与激光发射器20为支架支撑的活动结构，可根据测量要求对准自吸离心泵内部不同位置。
一种自吸泵的内部流场PIV测量方法，步骤如下：
激光发射器20位于自吸泵泵体侧面正对叶轮7，CCD相机19垂直于激光片光源并对准目标测量区域；调节激光发射器20与CCD相机19的位置，使激光发射器20和CCD相机19分别对准叶轮7、储水室16，CCD相机19获取泵内部截面流场的图像信息，通过计算机18内的Dynamic Studio软件，将所获取泵内部截面流场的图像信息进行互相关处理得到速度场信息，并通过Tecplot等图像软件处理得速度矢量图和云图，完成对自吸泵内流场的测量。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，其特征在于，包括后盖板(6)、主轴(1)、叶轮(7)和泵体，所述泵体包括吸入室和储水室(16)，所述吸入室与蜗室(15)连通，所述储水室(16)顶端设有注水口(11)，储水室(16)底端通过回流孔(14)与蜗室(15)相连，所述蜗室(15)出口段设有气液分离室(10)；所述叶轮(7)和泵体采用透明材质制成，所述储水室(16)在进口侧设有视窗(13)，所述视窗(13)穿过储水室(16)直接与蜗壳(15)进口侧外壁相连。
2.根据权利要求1所述的一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，其特征在于，所述视窗(13)为圆形孔，圆孔直径在叶轮直径的1/4-1/3。
3.根据权利要求1或2所述的一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，其特征在于，所述视窗(13)设有2个，2个视窗(13)左右对称分布，视窗(13)的中心位于叶轮的水平轴截面上。
4.根据权利要求1或2所述的一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，其特征在于，所述气液分离室(10)与储水室(16)之间设有梯形回流孔(21)，自吸阶段分离出的液体通过回流孔从气液分离室(10)流入储水室(16)。
5.根据权利要求1所述的一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，其特征在于，所述叶轮(7)位于蜗室(15)内部，叶轮(7)与主轴(1)连接，主轴(1)穿过后盖板(6)，后盖板(6)与泵体连接。
6.一种根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构的内部流场PIV测量方法，其特征在于，激光片光源正对叶轮(7)并穿透蜗壳(15)与叶轮(7)，CCD相机(19)朝向视窗(13)与叶轮(7)同轴布置，且CCD相机(19)与片光源垂直；所述CCD相机(19)获取泵内部截面流场的图像信息，计算机(18)对图像进行互相关处理得到速度场信息，并通过软件处理得速度矢量图和云图。
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