旋流泵叶轮内部旋转流场的测试

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1、1996年12月农业机械学报第27卷第4期旋流泵叶轮内部旋转流场的测试陈红勋【摘要】作者首次构造了试验装置,测量了旋流泵叶轮流道内轴垂直断面上的速度分布和叶片表面压力分布,并详述了测试方法,提供了对模型泵的测试结果,经分析计算,认为测试结果是可信的。叙词:叶片泵流体动力学测量旋流泵结构特殊,工作时能够使固体物和长纤维物顺利地通过而不易堵塞,故而又称之为无堵塞泵,旋流泵还能够抽送含气率较高的固液介质,并且具有结构简单、耐磨性好的特点,因而其应用日益广泛。为了解旋流泵的工作原理和能量转换规律,许多学者、专家对其结构和内部流动进行了研究,取得了不少成果,但对旋流泵的理论研究进行得还不够充分,

2、特别是对叶轮内部流动的研究很少涉及。为了深入研究旋流泵叶轮内部的流动规律,有必要对旋流泵叶轮内部的旋转流场进行测量。1旋流泵叶轮内旋转流场的测量本试验的目的是测试旋流泵叶轮流道内的二维相对速度场和叶片表面的压力分布。试验在江苏理工大学流体机械研究所两相流实验室进行,泵模型结构参数为(见图1):叶轮直径D2=200mm,叶片宽度B=50mm,叶片厚度t=8mm,采用直叶片放射形对称布置,叶片数Z=8,无叶腔宽度L=60mm,采用环形涡室,其直径D3=300mm,泵的进出口直径均为80mm。试验包括叶轮流道内的相对流速测量和叶片表面压力分布的测量。111叶轮流道内的流速测量图1泵模型结构简

3、图流速测量测试系统示意图见图2,主要测试器件分别介绍如下。(1)探针。委托上海交通大学特制,感应头直径3mm。安装得与泵轴线平行,由橡胶支撑和支撑架固定在叶轮上,与叶轮一起旋转,并可转动手柄带动丝杆使探针作轴向移动,用来测量叶轮内某指定点的相对圆周速度和相对径向速度。探针的校正曲线见图3,测试时,测量出探针3个孔所感应的压力,据此可计算来流的速度,其计算公式为$h1-3KH=(1)2h2-(h1+h3)收稿日期:1996205208陈红勋江苏理工大学流体机械工程技术中心副研究员,212013江苏省镇江市50农业机械学报1996年式中KH——角度校正系数h1、h3——两边孔感应压力$h1

4、-3——两边孔的压力差h2——中孔感应压力图2流速测试系统示意图11探针21橡胶支撑31支撑架41导压管51导杆61丝杆71手柄81压力传感器91胶带101集流环111放大器121磁带机131数字电压表图3探针校正曲线当由上式求得KH后,可由图3查得来流方向与中孔轴线的夹角H,此时来流方向便确定了。根据H角,又可在总压与速度校正曲线上分别查得总压校正系数K0和速度校正系数Kvh0-h2K0=(2)2h2-(h1+h3)不考虑压缩性的影响时h0-hsKv=(3)2h2-(h1+h3)由式(2)可求出总压h0,由式(3)可求出静压hs,这样就可以求得速度的大小和方向了。(2)导压管。采用医

5、疗输液用头皮针尼龙细管,软硬适中,能承受较大的负压。(3)压力传感器。用来测量经导压管传来的探针各孔感应的压力。压力传感器采用复旦大学电子工程系研制的PT1410L型压力传感器,它是一种扩散硅全桥型压力传感器,全密封封装,可浸在水中使用,其实测性能如下:量程100kPa,满程输出100±2mVö5V,非线性<5×-4-410F1S,迟滞<5×10F1S,零点失调<1mVö5V。使用时将传感器平行固定在泵轴上,其工作条件为浸在水中,随泵轴转动。使用结果表明,该传感器工作可靠。另外,因为传感器浸在水中工作,试验时水温变化很小,因此,可不考虑传感器的温度漂移系数。(4)集流环。集流环采用湘仪

6、动力测试仪器厂生产的JD224型集流环,环数为24,产品的技术参数适合实验的要求。集流环的作用是将转动部分的信号引出来,送给放大器放大。(5)放大器。经传感器转换出来的电信号较弱,一般应将其放大,以便各类记录仪器正常记录,为此自制了一只三通道运算放大器。(6)磁带记录仪。对于放大器输出有波动的点,用磁带记录仪记录其脉动信号,通过信号处理的专用计算机求出其压力的时均值。试验前对传感器和放大器组成的系统进行了静压标定,即给传感器逐步加压,记录压力从小到大各压力值时的放大器输出电压,然后逐渐减压,记录各点压力值对应的放大器输出电第4期陈红勋:旋流泵叶轮内部旋转流场的测试51压。重复上述程序多

7、次,经计算可线性回归出压力与电压之间的转换关系P=kV(4)式中P——压力值V——电压值k——常数,随着放大器的放大倍数变化,k值随之变化标定结果表明,传感器与放大器系统的非线性、滞后、重复性3项误差之均方和的总精度小于1%,证明测试系统精度较高。探针3个孔感应的压力经导压管传至压力传感器转换成电信号,由集流环送至放大器放大,再由数字式电压表记录其输出电压,由此计算出探针3个孔感应的压力,进而求出测点的速度。试验时,首先将探针经橡胶支撑孔插入叶