一種泵自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于流體機(jī)械實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體為一種栗自吸過程的內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，主要用于同時(shí)測量栗自吸性能外特性和氣液兩相流動(dòng)內(nèi)特性。
【背景技術(shù)】
[0002]自吸栗是一種特殊的離心栗，只需要第一次啟動(dòng)的時(shí)候灌水，以后每一次啟動(dòng)都能把管道和栗體里的空氣排出，然后正常地輸水。它是輕小型灌溉機(jī)組的關(guān)鍵部件，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)村移動(dòng)灌溉、流動(dòng)工作、啟動(dòng)頻繁和灌液困難的場合。自吸栗除了流量、揚(yáng)程、效率等水力性能參數(shù)以外，還有自吸時(shí)間、自吸高度等參數(shù)作為自吸性能的重要評價(jià)指標(biāo)。研究自吸栗的自吸機(jī)理，提高栗的自吸性能對于發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)甚至加快國家的農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新都有一定的積極作用。
[0003]目前對于自吸栗的試驗(yàn)研究方面大多側(cè)重于自吸栗局部結(jié)構(gòu)尺寸對自吸性能的影響上，以及局部壓力變化和外特性的變化上，而對于栗自吸過程氣液兩相流動(dòng)內(nèi)特性微觀變化，以及這種微觀變化與流量、揚(yáng)程、效率等外特性的宏觀變化之間的關(guān)系的研究還很少。
[0004]經(jīng)檢索，一種高吸程自吸栗自吸高度測試臺(tái)(201210140932.7)通過在栗回水管上增加可調(diào)變頻增壓栗以補(bǔ)充射流裝置噴射器進(jìn)口處的壓頭，增加電動(dòng)定差減壓閥以增加栗進(jìn)口的壓降，最終實(shí)現(xiàn)不改變測試臺(tái)的實(shí)際安裝高度滿足高吸程自吸栗測試的需要。但是該試驗(yàn)臺(tái)僅適用于自吸栗自吸性能外特性的試驗(yàn)，進(jìn)行自吸栗自吸過程內(nèi)部流場測試分析時(shí)，需要重新搭建試驗(yàn)臺(tái)，提高了時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，降低了使用效率。因此，為了研究栗自吸過程的氣液兩相流動(dòng)規(guī)律，提高栗的自吸性能，甚至深入理解栗的自吸機(jī)理，對栗自吸過程自吸性能外特性和氣液兩相流動(dòng)內(nèi)特性同時(shí)測量是自吸栗試驗(yàn)研究的重要手段。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對當(dāng)前自吸栗試驗(yàn)臺(tái)功能單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等局限性，提供了一種栗自吸過程的內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于栗自吸過程的測試，可以同時(shí)測量栗水力性能、自吸性能等外特性和氣液兩相流動(dòng)內(nèi)特性，得到栗自吸過程進(jìn)出口壓力、氣液相流量以及葉輪轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)變化以及自吸栗中氣液混合、氣液分離、氣泡排出、液體回流和氣泡在葉輪、蝸殼、氣液分離室內(nèi)運(yùn)動(dòng)的具體過程。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，包括水箱和自吸離心栗，所述自吸離心栗的出口管道和入口管道均與所述水箱連接，所述自吸離心栗的出口管道上從水箱側(cè)開始依次設(shè)有第一閘閥、電磁流量計(jì)和出口壓力傳感器;所述自吸離心栗的入口管道上從水箱側(cè)開始依次設(shè)有第二閘閥、科式質(zhì)量流量計(jì)和進(jìn)口壓力傳感器，所述自吸離心栗與電機(jī)連接，所述電機(jī)上安裝有軸編碼器，所述自吸離心栗旁還設(shè)有高速攝影機(jī)和LED光源，所述高速攝影機(jī)依次連接信號(hào)采集器和計(jì)算機(jī);所述科式質(zhì)量流量計(jì)、所述進(jìn)口壓力傳感器、所述出口壓力傳感器和所述軸編碼器也分別通過NI虛擬儀器與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0007]上述方案中，所述水箱底部還設(shè)有排水閥。
[0008]上述方案中，所述水箱為透明水箱，外側(cè)設(shè)有直接反映自吸離心栗自吸高度的刻度尺。
[0009]上述方案中，所述自吸離心栗為透明有機(jī)玻璃，所述自吸離心栗的進(jìn)口管路和出口管路均為不銹鋼。
[0010]上述方案中，所述電機(jī)為變頻電機(jī)。
[0011 ]上述方案中，所述自吸離心栗、所述電磁流量計(jì)、所述科式質(zhì)量流量計(jì)、所述第一閘閥和所述第二閘閥與均通過法蘭連接在管路上。
[0012]上述方案中，所述刻度尺的零刻度線在所述自吸離心栗進(jìn)口管路中心線所在的直線上。
[0013]本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn):(I)本實(shí)用新型由自吸離心栗及管路系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)和高速攝影系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成，可以同時(shí)測量自吸離心栗水力性能、自吸性能等外特性以及自吸過程氣液兩相流動(dòng)內(nèi)特性，結(jié)構(gòu)簡單，功能多樣。(2)本實(shí)用新型進(jìn)口管路的流量計(jì)采用科式質(zhì)量流量計(jì)，倒三角狀安裝時(shí)測量進(jìn)口管路液相流量，正三角狀安裝時(shí)測量進(jìn)口管路氣相流量，可以同時(shí)根據(jù)氣體流量和液體流量分析栗自吸過程的氣液兩相流動(dòng)特性。(3)通過排水閥控制水箱中液面的高度，進(jìn)而控制自吸離心栗的自吸高度，方便研究不同自吸高度下的內(nèi)外特性。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖2是科式質(zhì)量流量計(jì)倒三角安裝的示意圖。
[0016]圖3是科式質(zhì)量流量計(jì)正三角安裝的示意圖。
[0017]圖中:1.水箱；2.第一閘閥；3.電磁流量計(jì);4.科式質(zhì)量流量計(jì)；5.進(jìn)口壓力傳感器;6.出口壓力傳感器;7.自吸離心栗;8.電機(jī);9.軸編碼器；10.排水閥；11.刻度尺；12.第二閘閥；13.信號(hào)采集器;14.計(jì)算機(jī);15.高速攝影機(jī);16.LED光源;17.NI虛擬儀器。
【具體實(shí)施方式】
[0018]附圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型的內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，包括自吸離心栗及管路系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)和高速攝影系統(tǒng)等。動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)包括電磁流量計(jì)3、科式質(zhì)量流量計(jì)4、進(jìn)口壓力傳感器
5、出口壓力傳感器6、軸編碼器9、NI虛擬儀器17、LabVIEW編程平臺(tái)和計(jì)算機(jī)14。高速攝影系統(tǒng)包括高速攝影機(jī)15、信號(hào)采集器13、計(jì)算機(jī)14及LED光源16。自吸離心栗7出口管路垂直布置，依次連接出口壓力傳感器6、電磁流量計(jì)3、第一閘閥2后伸入水箱I。自吸離心栗7進(jìn)口管路水平布置，按流體的流動(dòng)方向依次連接水箱1、第二閘閥12、科式質(zhì)量流量計(jì)4、進(jìn)口壓力傳感器5。水箱I為透明水箱，下端設(shè)有排水閥10，外側(cè)設(shè)有直接反映自吸離心栗7自吸高度的刻度尺11，水箱I中實(shí)時(shí)的液面位置對應(yīng)的刻度尺11的刻度即為此時(shí)自吸離心栗的自吸高度。高速攝影機(jī)15依次連接信號(hào)采集器13、計(jì)算機(jī)14。電磁流量計(jì)3、科式質(zhì)量流量計(jì)4、進(jìn)口壓力傳感器5、出口壓力傳感器6、軸編碼器9依次連接NI虛擬儀器17和計(jì)算機(jī)14?？剖劫|(zhì)量流量計(jì)4采用德國科隆的OPHMASS 6000型質(zhì)量流量計(jì)，如圖2和圖3所示，倒三角狀安裝時(shí)測量進(jìn)口管路液相流量，正三角狀安裝時(shí)測量進(jìn)口管路氣相流量。此外，自吸離心栗7是以65ZB-40C型外混式噴灌自吸栗為原型設(shè)計(jì)的透明有機(jī)玻璃，進(jìn)出口管路為不銹鋼，電機(jī)8為變頻電機(jī)。自吸離心栗7、電磁流量計(jì)3、科式質(zhì)量流量計(jì)4、第一閘閥2、第二閘閥12與管路的連接均采用法蘭連接，刻度尺11的零刻度線在自吸離心栗7進(jìn)口管路中心線同一水平位置。
[0019]試驗(yàn)開始前，打開第一閘閥2和第二閘閥12，關(guān)閉排水閥10，保持水箱I中的液面與自吸離心栗7進(jìn)口管路中心線保持同一水平位置，初始自吸高度為零，啟動(dòng)水栗，在葉輪的作用下，自吸離心栗7中的水和進(jìn)口管路及栗體內(nèi)的空氣進(jìn)行氣液混合和氣液分離，經(jīng)過一段時(shí)間后進(jìn)口管路及栗體內(nèi)的氣體被完全排出，自吸完成，進(jìn)入正常輸水過程。在此自吸過程中，進(jìn)口壓力傳感器5測量栗自吸過程的進(jìn)口壓力變化信號(hào)，出口壓力傳感器6測量栗出口壓力的變化信號(hào)，電磁流量計(jì)3測量栗出口管路的液體流量的變化信號(hào)，改變科式質(zhì)量流量計(jì)4的安裝方式，先反三角安裝測量栗進(jìn)口管路的液體流量變化信號(hào)，再正三角安裝測量栗進(jìn)口管路的氣體流量變化信號(hào)，軸編碼器9測量葉輪轉(zhuǎn)速的變化信號(hào)，這些信號(hào)被NI虛擬儀器17采集后經(jīng)過計(jì)算機(jī)14的處理，通過LabVIEW直接輸出自吸過程壓力、流量、轉(zhuǎn)速等隨時(shí)間變化的曲線圖。在進(jìn)行高速攝影拍攝前，先通過三角架和相機(jī)的鏡頭對被拍攝的葉輪及蝸殼等區(qū)域進(jìn)行清晰地對焦，通過LED光源對被拍攝區(qū)域補(bǔ)光，高速攝影機(jī)15拍攝到的栗自吸過程的圖像經(jīng)過信號(hào)采集器13存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)14中。打開排水閥，減少水箱中的水量，分別在0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、Im和1.2m的自吸高度下重復(fù)上述操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:包括水箱(I)和自吸離心栗(7)，所述自吸離心栗(7)的出口管道和入口管道均與所述水箱(I)連接，所述自吸離心栗(7 )的出口管道上從水箱(I)側(cè)開始依次設(shè)有第一閘閥(2 )、電磁流量計(jì)(3 )和出口壓力傳感器(6);所述自吸離心栗(7)的入口管道上從水箱(I)側(cè)開始依次設(shè)有第二閘閥(12)、科式質(zhì)量流量計(jì)(4)和進(jìn)口壓力傳感器(5)，所述自吸離心栗(7)與電機(jī)(8)連接，所述電機(jī)(8)上安裝有軸編碼器(9)，所述自吸離心栗(7)旁還設(shè)有高速攝影機(jī)(15)和LED光源(16)，所述高速攝影機(jī)(15)依次連接信號(hào)采集器(13)和計(jì)算機(jī)(14);所述科式質(zhì)量流量計(jì)(4)、所述進(jìn)口壓力傳感器(5)、所述出口壓力傳感器(6)和所述軸編碼器(9)也分別通過NI虛擬儀器(17)與所述計(jì)算機(jī)(14 )連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:所述水箱(I)底部還設(shè)有排水閥(10)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:所述水箱(I)為透明水箱，外側(cè)設(shè)有直接反映自吸離心栗自吸高度的刻度尺(11)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:所述自吸離心栗(7)為透明有機(jī)玻璃，所述自吸離心栗(7)的進(jìn)口管路和出口管路均為不銹鋼。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)(8)為變頻電機(jī)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:所述自吸離心栗(7)、所述電磁流量計(jì)(3)、所述科式質(zhì)量流量計(jì)(4)、所述第一閘閥(2)和所述第二閘閥(12 )與均通過法蘭連接在管路上。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種栗自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，其特征在于:所述刻度尺(11)的零刻度線在所述自吸離心栗(7)進(jìn)口管路中心線所在的直線上。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種泵自吸過程內(nèi)外特性協(xié)同測試系統(tǒng)，包括水箱和自吸離心泵，自吸離心泵的出口管道和入口管道均與水箱連接，自吸離心泵的出口管道上設(shè)有第一閘閥、電磁流量計(jì)和出口壓力傳感器；自吸離心泵的入口管道上依次設(shè)有第二閘閥、科式質(zhì)量流量計(jì)和進(jìn)口壓力傳感器，自吸離心泵與電機(jī)連接，電機(jī)上安裝有軸編碼器，自吸離心泵旁設(shè)有高速攝影機(jī)和LED光源，高速攝影機(jī)連接信號(hào)采集器和計(jì)算機(jī)；科式質(zhì)量流量計(jì)、進(jìn)口壓力傳感器、出口壓力傳感器和軸編碼器通過NI虛擬儀器與計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型在測量泵的水力性能和自吸性能等外特性的同時(shí)通過高速攝影系統(tǒng)觀測自吸過程氣液吸入、氣液混合、氣液分離、氣體排出和水回流等內(nèi)部流動(dòng)特性。
【IPC分類】G01M13/00
【公開號(hào)】CN205262723
【申請?zhí)枴緾N201521047835
【發(fā)明人】李紅, 陸天橋, 孫彩珍, 詹連辰, 王海渠
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月16日