CN206399647U - 一种液力变矩器叶轮压降测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液力变矩器叶轮压降测试装置，包括：密封仓，其两对侧上分别设置有进油口和出油口；叶轮，其设置在所述密封仓内，所述叶轮的转轴可旋转的支撑在密封仓侧壁上，并且转轴的一端从所述密封仓的侧壁上穿出；驱动机构，其与所述叶轮的转轴连接，以驱动所述叶轮旋转；液压循环机构，其分别与所述进油口和出油口连接，以使液压油从进油口进入到密封仓内并从出油口流出；两个压力计，其分别设置有进油口和出油口处，以测量进油压力和出油压力。本实用新型提供的液力变矩器叶轮压降测试装置，能够可靠的测试出叶轮的减阻效果，通过保证和实际工况一致，密封条件良好的前提下，测量出仿生叶片是否能够实现压降。

Description

一种液力变矩器叶轮压降测试装置

技术领域

本实用新型属于测试设备技术领域，特别涉及一种液力变矩器叶轮压降测试装置。

背景技术

为了尽可能地减少流体在液力变矩器内部的流动阻力和能量损失，提高变矩器效率、降低能耗，在液力变矩器的导叶上应用仿生非光滑表面减阻技术，即在吸力面一侧建立起仿生沟槽表面，并对仿生叶片表面流场进行CFD数值模拟计算。计算结果表明，仿生非光滑表面可以明显地降低流场中的能量损失，提高效率。

然而，由于CFD技术的计算结果的精度往往取决于对复杂流场仿真前置处理时的边界条件、物性参数等的定义是否真正与实际的一致性，计算方法与后置处理是否准确等方面，同时，数值工作自身仍然有许多理论问题有待解决，离散化不仅会引起定量的误差，同时也会引起定性的误差。所以，CFD仿真结果需要得到实验或实际物理流场的验证才可靠。

为此，为了验证CFD数值模拟方法的有效性及仿生非光滑表面减阻计算结果的可靠性，亟待解决缺乏实验验证的问题。因此，探索压降性能测试实验台的构建来评估仿生叶片的减阻效果、验证CFD的仿真结果有效性具有十分重要的意义和很高的应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液力变矩器叶轮压降测试装置，以对叶片的减阻效果进行检测。

本实用新型提供的技术方案为：

一种液力变矩器叶轮压降测试装置，包括：

密封仓，其两对侧上分别设置有进油口和出油口；

叶轮，其设置在所述密封仓内，所述叶轮的转轴可旋转的支撑在密封仓侧壁上，并且转轴的一端从所述密封仓的侧壁上穿出；

驱动机构，其与所述叶轮的转轴连接，以驱动所述叶轮旋转；

液压循环机构，其分别与所述进油口和出油口连接，以使液压油从进油口进入到密封仓内并从出油口流出；

两个压力计，其分别设置有进油口和出油口处，以测量进油压力和出油压力。

优选的是，所述液压循环机构包括油槽、油泵和控制阀门。

优选的是，所述液压循环机构还包括流量计，以测量液压油循环回路的流量。

优选的是，所述流量计设置有两个，分别设置在进油管路上和出油管路上。

优选的是，所述驱动机构包括依次连接的电机和减速机，所述减速机的输出轴与叶轮的转轴连接。

优选的是，所述驱动机构还包括转速传感器，以测量减速机的输出轴的转速。

优选的是，所述驱动机构还包括制动器，所述制动器包括设置在减速机的输出轴两个侧的两个圆柱形减速块，所述减速块与加载机连接，所述加载机能够带动两个减速块相向或反向移动，通过减速块与减速机的输出轴摩擦进行减速。

优选的是，所述密封仓包括本体和可开启式前盖，所述前盖与本体之间设置有密封垫，并通过螺钉固定；所述叶轮的转轴与密封仓连接处设置有骨架油封。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的液力变矩器叶轮压降测试装置，能够可靠的测试出叶轮的减阻效果，通过保证和实际工况一致，密封条件良好的前提下，测量出仿生叶片是否能够实现压降。

附图说明

图1为本实用新型所述的液力变矩器叶轮压降测试装置示意图。

图2为本实用新型所述的制动器结构示意图。

图3为本实用新型所述的密封仓结构示意图。

图4为本实用新型所述的光滑叶片与仿生叶片压降特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本实用新型提供了一种液力变矩器叶轮压降测试装置，包括密封仓110，在所述密封仓110内设置有叶轮120，所述叶轮120的转轴可旋转的支撑在密封仓侧壁上，并且转轴的一端从所述密封仓的侧壁上穿出到密封仓110外部。

所述密封仓110的上下两侧分别设置有进油口111和出油口112，通过液压循环机构将液压油从进油口111注入到密封仓110内，并从出油口112流出。

所述液压循环机构包括油槽131，其作用为盛液压油，为整个循环管路提供介质——液压油。油泵132的一端与油槽131连接，将油槽131内的液压油抽出并加压，依次经过第一控制阀门133、第一流量计134、第一压力计135与进油口111连接，从而实现将液压油注入到密封仓110内。所述出油口112通过出油管路依次与第二压力计136、第二流量计137与第二控制阀门138与油槽131连接，实现了液压油从出油口112流出并流回到油槽131内，进而实现了液压油的循环流动。通过第一压力计135测量进油口111处的压力，通过第二压力计136测量出油口112的压力，通过第一流量计134和第二流量计137测量油路的流量。

叶轮120的转轴与驱动机构连接，通过驱动机构带动叶轮旋转。所述驱动机构包括依次连接的电机141和减速机142，所述减速机142的输出轴与叶轮120的转轴连接。在减速机142的输出轴上设置有转速传感器143，用于测量减速机的输出轴的转速，即叶轮120的转速，并将检测的转速信号传递给控制器160。

如图2所示，所述驱动机构还与制动器连接，用于对驱动机构的转速进行减速。所述制动器包括设置在减速机的输出轴两个侧的两个圆柱形减速块151，所述减速块151与加载机连接，所述加载机由控制器控制160，能够带动两个减速块151相向或反向移动，通过减速块151与减速机的输出轴摩擦进行减速。

如图3所示，所述密封仓110包括本体113和可开启式前盖114，所述前盖114与本体113之间设置有密封垫115，并通过螺钉进行固定。在进油口111和出油口112处均设置有O型密封圈116，从而使进油口111和出油口112在于液压管路连接时能够保证密封性。所述叶轮120的转轴与密封仓110连接处设置有骨架油封117，防止叶轮120的转轴转动时出现漏油。

本实用新型提供的液力变矩器叶轮压降测试装置，通过油泵132的工作将油槽131的液力传动油泵入封闭管路，然后对密封仓内的叶轮120进行冲击，通过油泵132的转速与控制阀门的配合和来调节流量，获得各个工况下的进、出口油压，通过传动机构带动叶片转动来模拟出液力变矩器导轮叶片各个工况实际的工作环境(进口角、流量与实际工况一致)，最后通过管路回路流入油槽里，整个循环系统中会形成一个压力稳定的均匀流场。通过第一压力传感器测量进口的压力，通过第二压力传感器测量出口的压力，计算出压降差，将这个压降差与用普通叶片测试时计算出的压降差进行对比，来检测降压的效果。

具体的工作过程如下：

工作校验及准备

在实验平台启动之前，密封仓内未被充油。启动油泵，打开密封仓上的通气孔，在油泵的作用下，对整个循环系统进行充液，当顶端通气孔有均匀液流流出时，表明传动油已经注满腔体，关闭通气孔，系统运行稳定后开始采集数据。此时，测得该密封仓装置的压降值，用于对数据采集系统采集数据进行修正，以保证实验过程中所采集的压力差即为实验模型所产生的压降。

以上工作校验好后，停止油泵运行，将导轮叶片固定在密封仓内，通过变频器调节电机转速与控制阀的调节，获得各个工况下的进、出口油压，电机带动传动机构从而带动叶片旋转来模拟出液力变矩器导轮叶片各个工况实际的工作环境。首先，将光滑导轮叶片固定在密封仓内进行测试，使采集到的进、出口油压数据与仿真数据进行对比，确保误差在5％以下，然后在不改变任何条件的情况下，将光滑叶片换成仿生叶片进行测量，此时，仿生叶片的数据采集是在相同实验环境及同一工况下进行的。

为了消除测试系统误差对实验数据的影响，在进行实验测试之前，对实验系统进行标定。通过多次无叶片状态的测试之后，对采集的误差值进行极值剔除，然后取平均值，再进行统计分析，最后将处理后的误差值存储于电脑中。在随后真正的实验过程中，将采集到的实验数据减去每次测量的误差值，得到的即为实验的真实测量值，从而达到有效消除测试误差的目的。

评估方法

实验过程中的每个工况下，为了得到可靠性较好的实验数据，待循环系统运行稳定之后，舍去前200次所采集到的数据，从201次起开始采集并保留，共取100次。然后，分别计算不同实验模型不同工况下的100组数据的平均值，对数据进行分析处理。实验过程中分别对光滑表面实验模型和仿生实验模型进行减阻测试，模拟的转矩比i依次为0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0，共11种不同工况。通过采集密封仓进、出口的压力值，取其差值为压降，将光滑表面导轮叶片与相同条件下带有仿生沟槽的导轮叶片的压降值进行比对，来评估仿生沟槽表面的减阻效果，减阻率η的计算公式为:

dp＝p_in-p_out

对于泵轮(叶轮转动)，可以通过以上旋转叶片的装置测出仿生叶片的压降，了解仿生叶片的减阻效果。对于导轮(叶轮不转动)可以使电机不工作，使叶片静止，通过保证进口角、流量与实际一致来保证与实际工况一致，来验证仿生叶片的减阻效果。

依次对光滑叶片与仿生叶片进行实验，测试叶片进、出口的油液压力，得到各自的压降值，并计算出仿生叶片不同工况下的减阻率。实验中将叶片进行固定，获取实验结果如表1所示。

实验结果如表1所示。根据实验结果绘制光滑叶片与仿生叶片压降特性曲线图，如图4所示。

表1

首先由图3可知，光滑叶片的仿真数据与循环系统模拟得到的实验数据的误差很小，无论是叶片的进、出口油压，还是叶片在油液中的整体压降，误差均小于5％，这说明该实验平台完全可以模拟导轮叶片的真实工况环境，为下一步仿生叶片的实验奠定了可靠基础。由表1可知，相比于光滑叶片，仿生叶片在各个工况下都具有一定的减阻效果，其中在启动工况下，减阻效果最为理想，最大减阻率达到8.98％。而转矩比在0～0.6区间内，随着转矩比值的增大，减阻效果逐渐减小，在i＝0.6时，减阻效果比较差，此时的减阻率为2.96％。转矩比在0.8～1.0区间内，减阻效果有所增加，但改善的不是很明显，当i＝1.0时，仿生叶片的减阻效果最差，仅为2.84％。

通过对本次实验数据的分析，再结合仿生叶片减阻特性仿真结果，可以认为：相比于具有光滑表面的液力变矩器导轮叶片，仿生沟槽表面在一定的条件下，可以明显地降低叶片在液流中的压力损失，压降减小，这与仿生沟槽结构的存在有着密切的关系。对于光滑叶片，当液流开始流经叶片表面时，由于流体的黏性作用，导致叶片表面上的一部分流体附在叶片壁面上，继而流体的流动受到阻滞，产生大量漩涡，形成附面层。对于仿生叶片，当叶片几何结构和来流湍流度相同时，仿生沟槽表面则会形成一些特殊的涡结构，使流场中的漩涡重新拟合。经过仿生沟槽区域之后，大量的流体重新开始附着在壁面流动，并且流动状态比较平稳均匀，大部分的漩涡都被限于仿生沟槽底部。正是这些仿生沟槽的存在，干扰了涡与涡之间的相互作用，也削弱了涡对流场的负影响，稳定了叶片壁面的流场，实现减阻。另一方面，仿生沟槽的存在也会减小叶片表面的壁面剪切应力与叶片边界层内的涡量大小，从而导致仿生叶片附面层分离区的压降损失减小，这代表流场中的液力损失减小。

通过实验也可以得出，仿生叶片的减阻效果与液力变矩器的效率之间存在一定的反比例关系，当变矩器的效率高时，仿生叶片的减阻效果不明显，当效率低时，减阻效果往往比较理想。那是因为导叶内部的液流流动本质是复杂的非定常流动，在起动工况下，叶片压力面一侧的流动状况不好，因为液流沿上游来流方向直接冲击叶片压力面，同时还具有从内环朝向外环的翼线方向速度，液流受到阻滞后产生了回流。而吸力面一侧由于具有正的压力梯度，使得流体速度减小很快，导致叶片附面层的分离、漩涡的产生与扩散、脱流以及二次流的产生，这些现象的存在急剧增加了流场损失，使得效率减小很大。随着液力变矩器运行的逐渐稳定，液流冲击导叶的方向不断改变，吸力面一侧的压力梯度逐渐减小，液流的流动状态得到明显改善，叶片的边界层分离、漩涡的产生等不利现象被削弱，效率不断增加，直至达到最大值。正是由于这个原因，在不同的转矩比下，仿生沟槽对流场的有利干扰效果各不相同，转矩比越大，仿生沟槽的减阻效果越小。因此，随着转矩比的增大，仿生沟槽结构的减阻率减小。此外，当转矩比增大到一定程度时，仿生沟槽的作用具有小幅度的增强，此时，减阻率得到增大。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，包括：

密封仓，其两对侧上分别设置有进油口和出油口；

叶轮，其设置在所述密封仓内，所述叶轮的转轴可旋转的支撑在密封仓侧壁上，并且转轴的一端从所述密封仓的侧壁上穿出；

驱动机构，其与所述叶轮的转轴连接，以驱动所述叶轮旋转；

液压循环机构，其分别与所述进油口和出油口连接，以使液压油从进油口进入到密封仓内并从出油口流出；

两个压力计，其分别设置有进油口和出油口处，以测量进油压力和出油压力。

2.根据权利要求1所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述液压循环机构包括油槽、油泵和控制阀门。

3.根据权利要求1所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述液压循环机构还包括流量计，以测量液压油循环回路的流量。

4.根据权利要求3所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述流量计设置有两个，分别设置在进油管路上和出油管路上。

5.根据权利要求1所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述驱动机构包括依次连接的电机和减速机，所述减速机的输出轴与叶轮的转轴连接。

6.根据权利要求5所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述驱动机构还包括转速传感器，以测量减速机的输出轴的转速。

7.根据权利要求6所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述驱动机构还包括制动器，所述制动器包括设置在减速机的输出轴两个侧的两个圆柱形减速块，所述减速块与加载机连接，所述加载机能够带动两个减速块相向或反向移动，通过减速块与减速机的输出轴摩擦进行减速。

8.根据权利要求1所述的液力变矩器叶轮压降测试装置，其特征在于，所述密封仓包括本体和可开启式前盖，所述前盖与本体之间设置有密封垫，并通过螺钉固定；所述叶轮的转轴与密封仓连接处设置有骨架油封。