專利名稱：一種用于粒子圖像測速的軸流泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種用于粒子圖像測速的軸流泵，主要用于軸流泵葉輪和導葉內(nèi)部流動的速度場測量。
背景技術：
粒子圖像測速(Particle Image Velocimetry ,以下簡稱PIV)技術是近年來從流場顯示技術基礎上發(fā)展起來的一種新型流速測量技術，其基本原理為激光片光源照射在某流場測量面上，通過相機連續(xù)拍攝2張示蹤粒子在片光源面上顯示的照片，根據(jù)示蹤粒子在兩幅照片上的位移差和時間差求得流場速度方向和大小。由于PIV測量技術既能克服流場單點測量的局限性，又能進行全流場瞬時、非接觸測量，因此在旋轉(zhuǎn)機械的內(nèi)部流動研究中得到廣泛應用。 軸流泵屬于低揚程、大流量泵型，主要用于農(nóng)田排灌，工業(yè)熱電站輸送循環(huán)水、城市給排水、船塢升降水位或其它水利工程用水，使用范圍十分廣泛。目前，傳統(tǒng)的PIV測量的軸流泵具有以下特點(1)為了固定泵軸，需要在葉輪進口前重新設計一副直導葉，導致直導葉后的水跡尾流使葉輪進口的水流不均勻；(2)在直導葉后面加裝一透明的圓形轉(zhuǎn)輪室，并在轉(zhuǎn)輪室外面包圍一透明的有機玻璃長方體小水箱，結(jié)構(gòu)復雜，增加了加工成本；(3)為了模擬后導葉輪轂，在葉輪輪轂的后面緊跟一根不銹鋼管，這與真實的軸流泵結(jié)構(gòu)有所差異。(4)僅是葉輪轉(zhuǎn)輪室制作為透明的結(jié)構(gòu)，試驗泵結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的軸流泵結(jié)構(gòu)一樣，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。揚州大學碩士學位論文“軸流泵葉輪出口流場的3D-PIV測量”(2005年)、“軸流泵葉輪與導葉內(nèi)部流場的3D-PIV測量”(2006年)和上海交通大學碩士學位論文“軸流泵內(nèi)流場的數(shù)值模擬與PIV實驗研究”(2008年)所用的軸流泵都具有上述特點。經(jīng)檢索，在PIV測量的泵方面，江蘇大學“一種用于三維PIV測量的離心泵”(申請?zhí)?01010520430)的發(fā)明專利申請，兩個發(fā)明的共同點是都是針對用于PIV測量的泵，但是研究對象分別屬于離心泵與軸流泵，離心泵與軸流泵是兩種完全不同的葉片泵，無論是使用的場合還是結(jié)構(gòu)形式都相差甚遠。已有的發(fā)明專利申請側(cè)重保護離心泵PIV的高標定精度，而本專利側(cè)重保護能夠提高軸流泵葉輪和導葉有機玻璃外筒壽命，且能夠用于葉輪和導葉內(nèi)部流場粒子圖像測速的新型軸流泵結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容為了實現(xiàn)軸流泵粒子圖像測速測量，增強粒子圖像測速測量軸流泵的使用壽命，本實用新型提供了一種用于粒子圖像測速的新型軸流泵，該泵不僅成本較低，而且結(jié)構(gòu)更加合理、測量精度高。一種軸流泵，包括葉輪、導葉輪、透明有機玻璃筒、泵軸、流線型肋板和彎管段。葉輪與泵軸固定，隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)；透明有機玻璃筒與彎管段之間連接有法蘭；葉輪、導葉輪均在透明有機玻璃筒的內(nèi)部；流線型肋板的一端與導葉輪上的導葉輪輪轂固定連接，流線型肋板另一端與法蘭固定連接；導葉輪上的導葉輪輪轂內(nèi)設有軸承，實現(xiàn)與泵軸的滾動連接，并控制葉輪旋轉(zhuǎn)時的徑向位置和跳動。上述的透明有機玻璃筒的斷面形狀采用外方內(nèi)圓形結(jié)構(gòu)，有機玻璃的折射率接近于水，避免激光直接通過透明有機玻璃筒產(chǎn)生的光折射誤差，提高了測量精度。流線型肋板的斷面形狀是一種流線型翼形，與從導葉流出的水流方向基本一致。為了更好達到技術效果，葉輪葉片外緣與透明有機玻璃筒的徑向間隙設為0. 5mm,當葉輪隨軸旋轉(zhuǎn)運行時，葉輪葉片不會因泵軸的微小跳動擦傷有機玻璃，同時0. 5_的間 隙對泵的性能影響較小。葉輪輪轂與泵軸的軸肩之間連接有軸套，可以通過調(diào)節(jié)軸套的長度控制葉輪與導葉輪之間的距離，實現(xiàn)軸流泵內(nèi)葉輪和導葉輪間不同距離時內(nèi)部流場的測量。泵軸軸端端面設有螺釘，螺釘將導水錐固定連接在葉輪輪轂前部，對葉輪進水起到導流作用，并且用來鎖定葉輪輪轂的軸向位置。本實用新型的有益結(jié)果是提高了軸流泵粒子圖像測速(PIV)的測量精度，創(chuàng)新了新型軸流泵的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了軸流泵內(nèi)部真實流場采用粒子圖像測速，提高了用于粒子圖像測速的新型軸流泵的使用壽命，并使得試驗用軸流泵的流場更接近于真實產(chǎn)品泵的流場，并可同時觀測和測量葉輪和導葉內(nèi)部真實的流動。
以下結(jié)合附圖
和對本實用新型進一步說明。圖I是一種用于粒子圖像測速的新型軸流泵的裝配示意圖。圖2是導葉葉片、導葉輪轂、導葉體法蘭及流線型肋板的連接關系示意圖。圖3是圖2中流線型肋板的B-B截面圖。圖4是一種用于粒子圖像測速的新型軸流泵的總裝圖A-A方向示意圖。圖5是一種用于粒子圖像測速的新型軸流泵的試驗測量原理圖。圖中I.導水錐，2.透明方形有機玻璃筒，3.葉輪葉片，4.葉輪輪轂，5.導葉輪葉片，6.導葉輪輪轂，7.流線型肋板，8.法蘭，9.螺栓，10.彎管段，11.泵軸，12.油封A，13.深溝球軸承A，14.聯(lián)軸器，15.螺釘，16.軸套，17.油封B，18.深溝球軸承B，19.油封C, 20. I號相機，21. 2號相機,22.激光片光源。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的技術方案做詳細的說明。在圖I和圖2中，該軸流泵由導水錐I、葉輪葉片3、葉輪輪轂4、導葉輪葉片5、導葉輪輪轂6、透明方形有機玻璃筒2、流線型肋板7、法蘭8、螺栓9、泵軸11、彎管段10、深溝球軸承A13、深溝球軸承B18、螺釘15、軸套16、油封A12、、油封B17、油封C19及聯(lián)軸器14等零件組成。葉輪葉片3和葉輪輪轂4以焊接固定方式組合成葉輪，導葉輪葉片5和導葉輪輪轂6以焊接固定方式組合成導葉輪，葉輪、導葉輪均在透明有機玻璃筒的內(nèi)部；葉輪葉片3外緣與透明方形有機玻璃筒2的徑向間隙為0. 5mm，在葉輪隨泵軸11旋轉(zhuǎn)運行時，葉輪葉片3不會因泵軸的微小跳動擦傷透明方形有機玻璃筒2，同時0. 5_的間隙對泵的性能影響較小。螺釘15將導水錐I固定在葉輪輪轂4前端，對葉輪進水起到導流作用，同時螺釘15在軸端還可以鎖定葉輪輪轂4在泵軸11上的軸向位置。法蘭8位于透明方形有機玻璃筒2與彎管段10之間并通過螺栓9與其固定連接。流線型肋板7的斷面形狀是一種流線型翼形，與從導葉流出的水流方向基本一致，保證了導葉出口水流的穩(wěn)定性，減小了泵內(nèi)部的水力損失。流線型肋板7的一端與導葉輪轂6固定連接，流線型肋板7的另一端與法蘭8固定連接，即導葉葉片5、導葉輪轂6、流線型肋板7與法蘭8固定連接為一個整體。葉輪輪轂4與泵軸11的軸肩之間連接有軸套16，可以通過調(diào)節(jié)軸套16的長度控制葉輪與導葉輪之間的距離，實現(xiàn)軸流泵內(nèi)葉輪和導葉輪間不同距離時內(nèi)部流場的測量。導葉輪輪轂6內(nèi)置深溝球軸承B18與泵軸11配合，用來控制葉輪旋轉(zhuǎn)時的徑向位置和跳動。在深溝球軸承B18左側(cè)設置油封B17，在深溝球軸承B18右側(cè)設置油封C19，防止雜質(zhì)不進入深溝球軸承B18。在彎管段10右側(cè)設置油封A12和深溝球軸承A13，聯(lián)軸器15連接泵軸12和電機軸。圖3中，透明方形有機玻璃筒2采用折射率接近于水的有機玻璃。有機玻璃外筒的斷面形狀采用外方內(nèi)圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)圓形空間區(qū)域在試驗過程中充滿了透明的水，則透明方形有機玻璃筒2構(gòu)成一個類似截面呈正方形的實心透明長方體。當激光片光源22垂直射向透明方形有機玻璃筒2表面，光路將垂直于透明方形有機玻璃筒2的平面進入軸流 泵內(nèi)部，此時若有機玻璃與水的折射率完全相等，激光片光源22將不產(chǎn)生折射，垂直水平面射入軸流泵內(nèi)部指定的測量面。采用該結(jié)構(gòu)有效降低了圓管曲面產(chǎn)生的折射，提高了 PIV的測量精度和試驗泵的運行穩(wěn)定性。透明方形有機玻璃筒2與導葉輪葉片5在裝配上采用間隙配合，兩者間可留有一定間隙，間隙值在0. Imm到0. 5mm之間，待安裝完畢后，使用玻璃膠密封該間隙，保證與導葉輪葉片5之間不泄漏，導葉輪葉片與透明方形有機玻璃筒的間隙配合既方便安裝導葉體，也不會劃傷有機玻璃而影響相機拍攝，且使得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)傳遞的徑向力通過流線型肋板傳遞到法蘭，則透明方形有機玻璃筒不受轉(zhuǎn)子的影響，提高了透明方形有機玻璃筒的使用壽命，且流線型肋板與來流方向一致，并不影響軸流泵的性能。在圖4中，激光片光源22通過透明方形有機玻璃筒2表面垂直入射到流場待測區(qū)域，即葉輪葉片3及導葉輪葉片5的流場區(qū)域中，激光片光源22通過透明方形有機玻璃筒2后，避免激光直接通過透明方形有機玻璃筒2產(chǎn)生的光折射誤差，2部PIV測量專用相機與片光源互成45度方向(即I號相機和2號相機的夾角為90度)對準該區(qū)域，利用示蹤粒子在激光區(qū)域的曝光作用，記錄下兩次脈沖激光粒子曝光時的圖像，形成兩幅粒子分布圖片，圖片上記錄的是整個待測區(qū)域的粒子圖像，然后根據(jù)示蹤粒子在兩幅照片上的位移差和時間差求得流場空間速度方向和大小。本專利優(yōu)點之一通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將導葉輪輪轂通過流線型肋板和法蘭固定連接，導葉輪葉片與外緣透明方形有機玻璃筒進行分離，兩者成為相互獨立的兩個零件，保證泵運行時兩者互不干擾，從而提高了透明方形有機玻璃筒的壽命和可靠性。本專利優(yōu)點之二 創(chuàng)新了葉輪和導葉體之間的泵殼一體化筒式結(jié)構(gòu)，即本實用新型葉輪和導葉外部采用透明方形有機玻璃筒，替代了傳統(tǒng)的葉輪轉(zhuǎn)輪室單個鑄鐵零件和導葉體外緣鑄鐵外壁單個零件之間通過法蘭連接，由于采用的是透明方形有機玻璃筒，可同時觀測到葉輪和導葉內(nèi)部的真實流動。本專利優(yōu)點之三，軸套置于葉輪輪轂與泵軸軸肩之間，可以通過調(diào)節(jié)軸套的長度控制葉輪與導葉間的距離，實現(xiàn)軸流泵內(nèi)葉輪和導葉間不同距離時內(nèi)部流場的測量。由于該泵揚程較低，采用骨架油封進行軸端密封，在彎管側(cè)設置雙深溝球軸承的軸承座，既可承受兩個方向的軸向力，也可承受葉輪產(chǎn)生徑向力，可以保證軸系穩(wěn)定運行。
權(quán)利要求1.一種用于粒子圖像測速的軸流泵，其特征在于，包括葉輪、導葉輪、透明有機玻璃筒(2)、泵軸(11)、流線型肋板(7)和彎管段(10);所述葉輪與所述泵軸(11)固定連接，隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)；所述透明有機玻璃筒(2)與所述彎管段(10)之間連接有法蘭(8);所述葉輪、所述導葉輪均在所述透明有機玻璃筒(2)的內(nèi)部；所述流線型肋板(7)的一端與所述導葉輪上的導葉輪輪轂(6)固定連接，所述流線型肋板(7)另一端與所述法蘭(8)固定連接；所述導葉輪的導葉輪輪轂(6)內(nèi)設有軸承(18)，實現(xiàn)與所述泵軸(11)的滾動連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于粒子圖像測速的軸流泵，其特征在于，所述透明有機玻璃筒(2)的斷面形狀采用外方內(nèi)圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于粒子圖像測速的軸流泵，其特征在于，所述流線型肋板(7)的斷面形狀是一種流線型翼形，與從導葉流出的水流方向基本一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于粒子圖像測速的軸流泵，其特征在于，所述葉輪的葉輪輪轂(4)與所述泵軸(11)的軸肩之間連接有軸套(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的一種用于粒子圖像測速的軸流泵，其特征在于，所述泵軸(11)的軸端端面設有螺釘(15)，所述螺釘(15)將導水錐固定連接在所述葉輪的葉輪輪轂(4)前部，并且用來鎖定葉輪輪轂(4)的軸向位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于粒子圖像測速的軸流泵，其特征在于，所述葉輪的葉輪葉片(3)的外緣與所述透明有機玻璃筒(2)的徑向間隙為0. 5mm。
專利摘要本實用新型公開了一種用于粒子圖像測速的新型軸流泵，其主要用于軸流泵內(nèi)部流動的速度場測量，該軸流泵由導水錐、葉輪葉片、葉輪輪轂、導葉葉片、導葉輪轂、方形有機玻璃外筒、流線型肋板、導葉體法蘭、螺栓、軸、彎管段、軸承、螺釘、軸套、油封及滾動軸承及聯(lián)軸器等零件組成。本實用新型的有益結(jié)果是提高了軸流泵粒子圖像測速(PIV)的測量精度，創(chuàng)新了新型軸流泵的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了軸流泵內(nèi)部真實流場采用粒子圖像測速，提高了用于粒子圖像測速的新型軸流泵的使用壽命，并使得試驗用軸流泵的流場更接近于真實產(chǎn)品泵的流場，并可同時觀測和測量葉輪和導葉內(nèi)部真實的流動。
文檔編號F04D29/52GK202789561SQ20122014818
公開日2013年3月13日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者張德勝, 王川, 張華 , 施衛(wèi)東 申請人:江蘇大學