离心泵外特性和内部流动测量多功能试验装置，包括以下五个部分：水路系统、动力传动系统、模型泵、外特性数据采集系统、内部流动测量系统；动力传动系统驱动模型泵、模型泵与水路系统连接，外特性数据采集系统和内部流动测量系统均通过布置于动力传动系统、模型泵与水路系统进行测量；外特性数据采集系统包括微型计算机和测量泵进出口压力、泵流量、扭矩和转速的各传感器、放大器和A/D转换器；内部流动测量系统包括同步控制器（30）、脉冲激光光源、激光器（31）、计算机（32）和CCD相机，通过同步控制器连接激光器和CCD相机同步，采样频率由霍尔传感器外同步控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体机械试验的方法与装置，尤其是对离心泵的关键参数进行测量的方法与装置。
技术介绍
离心泵是一种把原动机的机械能转化成被输送流体的动能和压力能，即给予被输送流体能量的流体机械，它广泛应用于工农业生产中。离心泵的外特性主要包括扬程、流量、轴功率和效率等是泵选型的主要依据，直接影响生产过程中的工况参数，而离心泵的外特性又受泵内部流动状态的影响，通过改善泵的内部流动状态可以有效提高泵的外特性。离心泵外特性测量技术是一门较为成熟的技术。流量可采用标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里喷嘴、水堰、容器、涡轮流量计等进行测量。采用测压仪表测量泵进出口压力，根据泵进出口压力、进出口高度差和进出口的流速，计算得到泵的扬程。测压仪表可选择液柱压力计、弹簧压力计、重力压力计或满足精度要求的其它型式压力计。转速的测量可用直接显示的数字仪表测出测量时间内的转数，对于交流电动机驱动的泵，可由平均频率观测值和转差率确定。扭矩可采用天平式测功计和扭矩式测功计进行测量，测量扭矩的同时测定转速，采用扭转力矩法可计算出轴功率。根据泵效率的定义，由上述测量值可计算出泵的效率。提高各参量的测量精度是外特性测量成功的关键，增强测量数据的后处理能力，自动生成H-Q、N-Q、h-Q性能曲线图可大大减少对实验数据的处理工作量。离心泵内部流动测量技术主要有非光学测量技术和流动显示技术。非光学测量技术主要包括探针和热线热膜技术，如多孔探针、旋转探针、热线热膜风速仪和涡量探针等，其缺点是探针和热线/热膜的介入均会扰动真实流场，且需借助复杂的遥测技术，将采集信号从转子传递到静止参考系。流动显示技术可分为传统的流动显示技术和现代的流动显示技术。传统的流动显示技术又可分为壁面显迹法、丝线法、示踪法和光学法4类，具体有氢气泡法、彩色氦气泡法、油流法、丝线法、阴影法、纹影法、干涉法等。现代非接触流动显示技术包括激光多普勒测速LDV技术、相位多普勒I3DPA技术、粒子图像测速PIV技术、激光诱发荧光LIF技术、激光分子测速LMV技术和压敏涂层测压PSP技术等。PIV技术与其它技术相比具有以下优点1它为非接触激光测量技术，不会对流场产生干扰；2不仅可以得到速度的平均值，而且可以得到速度的瞬态信息；3可以实现同一时刻的全流场测量；4测量精度高。本专利技术涉及的内部流动测量装置正是为了满足PIV技术的使用要求而设计的。20世纪50年代以前，限于流动测量技术，旋转叶轮内部的流动很难采用实验手段进行研究，因而，人们对离心泵内部的真实流动情况知之甚少。随着实验手段的不断发展，离心泵内部的实际流动才逐步被人们所认识。20世纪50年代，Acosta和Bowerman用随叶轮旋转的压力计测量了叶轮内的压力分布和速度分布，认为，死水区并不死，只不过是相对总压损失较大而已，在小流量至设计流量以上的相当大的范围内，叶片的吸力面侧是离心泵叶轮内部流动损失相对集中的区域，这一区域被称为尾迹区。60年代，Fowler测量了旋转径向流道内的流动，发现流道出口附近吸力面侧流速明显低于压力面侧，与势流预测正好相反。70年代,Lennemann和Howard用氢气泡实现流动显示，研究了闭式和开式叶轮的流道失速机理。Moore用旋转水槽来模拟离心泵内部的流动状况，研究了旋转和二次流对流动的影响，并提出了 “射流一尾迹”计算模型。Howard和Kittmer在与Moore相同的试验台上采用热膜探头测量了闭式和开式叶轮流道中部及叶片间的流动速度，发现无盖板时叶轮流道间的泄漏对主流有明显的干扰作用。80年代,Johnson和Moore试验研究了离心泵叶轮流量对尾迹的影响,试验中用随转子一起转动的五孔探针测量三维速度。Hamkins和Flack用二维激光速度仪测量了不同流量下有机玻璃泵叶轮和蜗壳内的流动，试验表明，泵的叶轮“射流一尾迹”发展靠近压力面，无盖板时叶轮流道间的泄漏对主流有明显的干扰作用。Paone用PIDV测量了带闭式叶轮的有机玻璃离心泵无叶扩压器的流场。90年代后，Rohne和Banzhaf用LIF研究了离心叶轮内的流动，并与经典的“射流一尾迹”理论进行了比较。Dong和Chu采用PDV测量技术研究了离心泵蜗壳，特别是蜗壳隔舌区的流场，且利用所得的数据计算了压力场。Xu采用PIV研究了离心泵流场中固体粒子的速度，指出固体粒子密度、尺度等物理量对流体运动有重要影响，还分析了开式叶轮效率低于闭式叶轮，且易于磨损的原因。Wuibaut等采用PIV研究了设计和非设计工况下离心泵无叶扩压器内的流动情况。Sinha等采用PIV研究了离心泵叶轮和有叶扩压器之间的动静交互作用，讨论了离心泵内部流动结构和湍流模型。Nicholas等分别采用PIV和LDV测量了设计和非设计工况下离心泵叶轮内部流场。近年来，国内科研人员也相继开展了离心泵内部流动的试验研究。90年代初，李世煌用示踪粒子配合高速摄影法测量了离心泵蜗壳内隔舌附近的流动，指出低比速离心泵曲线出现驼峰的内在原因之一是隔舌附近有回流区存在，应减小隔舌螺旋角以利于消除驼峰。黄建德等采用动态探针测量了不同叶片进口角、叶片数、闭式和开式、不同叶顶间隙离心泵叶轮进口叶片间的流场；并采用压力传感器，对离心泵进口静压进行了频谱分析和进口流动的可视化观测，研究了离心泵空泡脉动现象及其主动控制方法。许洪元等采用PIV对离心泵流道中固体颗粒速度场进行了研究，指出开式叶轮比闭式叶轮效率低、磨损快的原因是由于颗粒受到水流泄漏的影响，其相对速度比在闭式叶轮中的大。李文广采用二维激光测速计测量了小出口角离心泵输送清水时最优和小流量工况叶轮内部的流动，发现在叶片吸力面没有很宽的尾流，压力面也不存在射流，叶轮内部流动与“射流一尾迹”模型不符合。本世纪初，李文广等采用LDV对输送粘油和清水的离心泵内部流动进行了测量，试验表明，离心泵叶轮出口处流动不符合“射流一尾迹”模型，而是“主流一尾流”模型，这是因为尾流区与非尾流区不存在大梯度的剪切层。2003年，杨华等采用PIV对离心式水泵有盖板叶轮内部流场进行了试验，结果表明，两种工况下不同窗口的流场均有明显差异，呈不对称分布；小流量工况下始终存在一个低速区，其位于叶槽出口之间，靠近吸力侧。2004年，汤方平等采用PIV技术和数值模拟对半开式叶轮内部的紊流流场进行研究，二维PIV测试的结果能较好地验证紊流计算结果，同时也说明，即使在最优工况下叶轮中各叶槽间的流动也有明显的差别。闻苏平等采用PIV测量了离心风机叶轮内部的非定常流动，获得了叶轮内部非定常流场的相对速度分布，观察到了明显的“射流一尾迹”结构。2005年，李文广采用LDV在最优工况和小流量工况下测量了比转速为93的单级悬臂离心泵蜗壳内的非定常流动，表明蜗壳内液体流速随叶轮转过角度呈周期性脉动，随着测量点离叶轮出口距离的增加，液体圆周分速度衰减较快，变得越来越均匀，周期性脉动越来越弱。杨小林等采用PIV对普通叶轮改型设计后的有机玻璃叶轮内部流场进行了测量，分析并归纳总结出轴向旋涡流相对速度大小、方向在不同半径处的分布规律以及在工作面、背面上的变化趋势。2006年，陈松山等采用二维PIV测量了不同转速下叶轮内部的瞬时流场，结果表明，离心泵叶轮通道内液体受曲率、离心力和科氏力作用，叶本文档来自技高网...
【技术保护点】
离心泵外特性和内部流动测量多功能试验装置，其特征是包括以下五个部分：水路系统、动力传动系统、模型泵、外特性数据采集系统、内部流动测量系统；动力传动系统驱动模型泵、模型泵与水路系统连接，外特性数据采集系统和内部流动测量系统均通过布置于动力传动系统、模型泵与水路系统进行测量；动力传动系统，由电机（19）、联轴器（7）、传动轴（5）、轴承座（13）、轴承座支座（16）、扭矩转速传感器（17）、扭矩转速传感器支座（18）、电机支座（20）、变频器组成，电机（19）、联轴器（7）和传动轴（5）连接，传动轴（5）支于轴承座（13），扭矩转速传感器装于电机和传动轴之间，测量电机传递给泵传动轴的扭矩和转速；传动轴上安装的扭矩转速传感器为霍尔传感器，用于非定常流动测量时给出图像采集触发信号；电机为模型泵离心泵提供动力，通过变频器连接电机实现电机转速的调节；外特性数据采集系统包括微型计算机和测量泵进出口压力、泵流量、扭矩和转速的各传感器、放大器和A/D转换器，传感器连接放大器并经A/D转换器转换成数字量，通过输入接口与计算机相连；内部流动测量系统包括同步控制器（30）、脉冲激光光源、激光器（31）、计算机（32）和CCD相机（33），由脉冲激光光源驱动激光器照射所测流场区域，通过同步控制器连接激光器和CCD相机同步工作，将计算机采集的两次曝光的PIV图像用互相关的方法进行处理，获得每一查询区中粒子图像的平均位移，由此确定流场的速度；在进行定常流动测量时，采样频率由计算机内同步控制；在进行非定常流动测量时，采样频率由霍尔传感器外同步控制。...
【技术特征摘要】
1.离心泵外特性和内部流动测量多功能试验装置，其特征是包括以下五个部分水路系统、动力传动系统、模型泵、外特性数据采集系统、内部流动测量系统；动力传动系统驱动模型泵、模型泵与水路系统连接，外特性数据采集系统和内部流动测量系统均通过布置于动力传动系统、模型泵与水路系统进行测量； 动力传动系统，由电机(19)、联轴器(7)、传动轴(5)、轴承座(13)、轴承座支座(16)、扭矩转速传感器(17)、扭矩转速传感器支座(18)、电机支座(20)、变频器组成，电机(19)、联轴器(7)和传动轴(5)连接，传动轴(5)支于轴承座(13)，扭矩转速传感器装于电机和传动轴之间，测量电机传递给泵传动轴的扭矩和转速；传动轴上安装的扭矩转速传感器为霍尔传感器，用于非定常流动测量时给出图像采集触发信号；电机为模型泵离心泵提供动力，通过变频器连接电机实现电机转速的调节； 外特性数据采集系统包括微型计算机和测量泵进出口压力、泵流量、扭矩和转速的各传感器、放大器和A/D转换器，传感器连接放大器并经A/D转换器转换成数字量，通过输入接口与计算机相连； 内部流动测量系统包括同步控制器(30)、脉冲激光光源、激光器(31)、计算机(32)和CXD相机(33)，由脉冲激光光源驱动激光器照射所测流场区域，通过同步控制器连接激光器和CCD相机同步工作，将计算机采集的两次曝光的PIV图像用互相关的方法进行处理，获得每一查...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞松，顾伯勤，戴玉林，邵春雷，范根芳，王洪静，周剑锋，李学勇，黄星路，章炳华，陈晔，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石化扬子石油化工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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