一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统技术方案

本申请公开了一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，包括模型混流式水轮机，其蜗壳上开设第一窗口，且与第一窗口沿径向相对的固定导叶和活动导叶为透明导叶，转轮上冠开设有第二观察窗口，转轮的上方与上盖板的两层金属壁面上开设有第三观察窗口；还包括PIV粒子成像测速装置以及图像处理装置；PIV粒子成像测速装置具有图像采集部件，且固定于转轮的上方，用于记录流场中粒子的原始图像数据；图像处理装置利用原始图像数据得到绝对速度矢量，并对绝对速度矢量分解得到相对速度矢量，判断叶道涡的分布情况。上述系统能够获知水轮机转轮叶道内部流动的水流质点的相对速度的矢量分布，从而得到转轮叶道内部叶道涡的形成过程及其分布情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体机械工程
，特别是涉及一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统。
技术介绍
在混流式水轮机工作时，进口水流对叶片冲击脱流和转轮内部二次流，会导致转轮内部叶道涡的形成。当混流式水轮机从最优工况水头向高水头变化时，若导叶开度一定，水头增加必然导致叶片出口流速增大，从而增大转轮进口水流的冲角，并在叶片背面引起脱流形成旋涡，进而引起高频或中频水压脉动，这是诱发水电机组振动的水力振源之一。粒子图像速度场仪(PIV)作为一种观察叶道涡的工具，在定性和定量地研究旋转叶轮内大尺度湍流结构方面具有独特的优势。PIV技术是利用流体中的示踪粒子对光的散射作用，通过光学方法记录下不同时刻粒子在流场中的位置，然后通过数字图像处理得到粒子的位移，从而得到粒子所在场的速度及其它瞬态运动参数，也就是叶道里的绝对速度分布数据。水流质点进入转轮后，一面沿叶片流动，一面随着转轮的转动而旋转，构成一种复合运动。由理论力学可知，水流质点随同转轮的转动是牵连运动，水流质点相对于旋转着的叶槽的流动是相对运动，而水流质点对静止的蜗壳(地球)的运动是绝对运动，它是牵连运动和相对运动的矢量合成运动，即水流质点的绝对速度矢量是其相对速度和牵连速度的矢量和，如图1所示，图1为各个速度之间的关系示意图，满足如下矢量关系：V→=U→+W→]]>式中，—绝对速度；—牵连速度：—相对速度。然而，由于现有的PIV系统是静止地固定在水轮机机架上拍摄的图像，因此PIV系统的直接测试结果为水流质点在旋转的转轮叶道里的绝对速度矢量分布图像，而转轮内部水流质点的运动为相对速度和牵连速度的矢量和，因此为了测试出转轮叶道内部叶道涡的形成过程及其分布情况，就需要获知水流质点在转轮叶道里的相对速度的矢量分布，这是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，能够获知水流质点的相对速度的矢量分布，从而得到转轮叶道内部叶道涡的形成过程及其分布情况。本专利技术提供的一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，包括模型混流式水轮机，所述模型混流式水轮机的蜗壳上开设有第一窗口，且与所述第一窗口沿径向相对的固定导叶和活动导叶为透明导叶，所述模型混流式水轮机的转轮上冠开设有第二观察窗口，且所述转轮的上方与上盖板的两层金属壁面上开设有第三观察窗口；还包括与所述模型混流式水轮机通过闭式管道系统连接的PIV粒子成像测速装置，以及与所述PIV粒子成像测速装置连接的图像处理装置；其中，所述PIV粒子成像测速装置具有图像采集部件，且所述图像采集部件固定于所述转轮的上方，用于记录流场中粒子的原始图像数据；所述图像处理装置用于利用所述原始图像数据得到水流质点的绝对速度矢量，并对水流质点的所述绝对速度矢量进行分解得到水流质点的相对速度矢量，根据水流质点的所述相对速度矢量判断叶道涡的分布情况。优选的，在上述模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统中，所述第一窗口开设在所述模型混流式水轮机的蜗壳上的C窗口位置。优选的，在上述模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统中，所述透明导叶为对准所述C窗口的座环处的3个有机玻璃导叶。优选的，在上述模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统中，所述第二观察窗口为梯形窗口。优选的，在上述模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统中，所述第三窗口安装有有机玻璃。优选的，在上述模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统中，所述PIV粒子成像测速装置中投放有示踪粒子。通过上述描述可知，本专利技术提供的上述模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，由于包括模型混流式水轮机，所述模型混流式水轮机的蜗壳上开设有第一窗口，且与所述第一窗口沿径向相对的固定导叶和活动导叶为透明导叶，所述模型混流式水轮机的转轮上冠开设有第二观察窗口，且所述转轮的上方与上盖板的两层金属壁面上开设有第三观察窗口；还包括与所述模型混流式水轮机通过闭式管道系统连接的PIV粒子成像测速装置，以及与所述PIV粒子成像测速装置连接的图像处理装置；其中，所述PIV粒子成像测速装置具有图像采集部件，且所述图像采集部件固定于所述转轮的上方，用于记录流场中粒子的原始图像数据；所述图像处理装置用于利用所述原始图像数据得到水流质点的绝对速度矢量，并对水流质点的所述绝对速度矢量进行分解得到水流质点的相对速度矢量，根据水流质点的所述相对速度矢量判断叶道涡的分布情况，从而得到转轮叶道内部叶道涡的形成过程及其分布情况，协助设计人员判断转轮内部叶道涡的分布情况。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为各个速度之间的关系示意图；图2为本申请实施例提供的第一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统的示意图；图3为速度三角形分解示意图。具体实施方式本专利技术的核心思想在于提供一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，在获取了叶道中水流质点的绝对速度矢量分布的情况下，通过数学计算，能够获知水流质点的相对速度的矢量分布，从而得到转轮叶道内部叶道涡的形成过程及其分布情况。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请实施例提供的第一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统如图2所示，图2为本申请实施例提供的第一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统的示意图。该系统包括模型混流式水轮机1，所述模型混流式水轮机1的蜗壳上开设有第一窗口，且与所述第一窗口沿径向相对的固定导叶和活动导叶为透明导叶，能够便于激光穿过蜗壳，顺利进入转轮内的流道，所述模型混流式水轮机1的转轮上冠开设有第二观察窗口，并装上透明的有机玻璃，能够将激光从照射的部位传递出来，即让激光束径向进入后，还能轴向观测，且所述转轮的上方与上盖板的两层金属壁面上开设有第三观察窗口，能够便于进行水轮机轴向观测，用透明的有机玻璃进行替换，衔接处以螺钉拧紧，并用相关材料做好密封；还包括与所述模型混流式水轮机1通过闭式管道系统2连接的PIV粒子成像测速装置3，以及与所述PIV粒子成像测速装置3连接的图像处理装置4，其中，闭式管道系统由循环回路、稳压管(压力水箱)、尾水管、流量计、模型机组和两台水泵(可实现串并联)组成一个立式循环管道回路，该系统利用楼层天然高度顺势设计，将模型水轮机安装在3楼(离地面约10米)，水泵等动力设施安装在1楼，人在3楼控制室操作，系统垂直运转。同时，为保证系统完好运转，在各个关键部位都增加了很多辅助装置，稳压箱和尾水箱里面均装有多层孔板，稳定水流流态，稳压箱顶部开有与外界链接的阀门，方便排气，与稳压箱相连接的管道底部设有排水阀门，方便给系统换水，避免水流长期循环被污染，影响实验。水泵的设计也是充分考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，其特征在于，包括模型混流式水轮机，所述模型混流式水轮机的蜗壳上开设有第一窗口，且与所述第一窗口沿径向相对的固定导叶和活动导叶为透明导叶，所述模型混流式水轮机的转轮上冠开设有第二观察窗口，且所述转轮的上方与上盖板的两层金属壁面上开设有第三观察窗口；还包括与所述模型混流式水轮机通过闭式管道系统连接的PIV粒子成像测速装置，以及与所述PIV粒子成像测速装置连接的图像处理装置；其中，所述PIV粒子成像测速装置具有图像采集部件，且所述图像采集部件固定于所述转轮的上方，用于记录流场中粒子的原始图像数据；所述图像处理装置用于利用所述原始图像数据得到水流质点的绝对速度矢量，并对水流质点的所述绝对速度矢量进行分解得到水流质点的相对速度矢量，根据水流质点的所述相对速度矢量判断叶道涡的分布情况。

【技术特征摘要】
1.一种模型混流式水轮机转轮内部叶道涡测试的系统，其特征在于，包括模型混流式水轮机，所述模型混流式水轮机的蜗壳上开设有第一窗口，且与所述第一窗口沿径向相对的固定导叶和活动导叶为透明导叶，所述模型混流式水轮机的转轮上冠开设有第二观察窗口，且所述转轮的上方与上盖板的两层金属壁面上开设有第三观察窗口；还包括与所述模型混流式水轮机通过闭式管道系统连接的PIV粒子成像测速装置，以及与所述PIV粒子成像测速装置连接的图像处理装置；其中，所述PIV粒子成像测速装置具有图像采集部件，且所述图像采集部件固定于所述转轮的上方，用于记录流场中粒子的原始图像数据；所述图像处理装置用于利用所述原始图像数据得到水流质点的绝对速度矢量，并对水流质点的所述绝对速度矢量进行分解得到水流质点的相对速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾永忠，刘小兵，邓万权，宋占宽，佘瑶，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51