一种动边界梢涡空化实验装置的制作方法

1.本发明涉及流体力学试验测量技术领域，具体涉及一种动边界梢涡空化实验装置。


背景技术：

2.空化是指在一定条件下，液相介质中发生的一种相变现象。梢涡空化是空化流动的一种重要形式，在有强剪切形成旋涡的流场内部，在旋涡的核心区域压力很低，从而产生旋涡空化现象。在轴流泵中，轮缘与转轮室之间不可避免地存在叶顶(轮缘)间隙，叶顶间隙涡诱导的空化结构会对主流场结构产生巨大影响，从而会显著降低轴流泵的水力性能；情况严重时，空化涡带将诱导机组产生异常振动和噪声，严重威胁轴流泵机组长期安全稳定运行。在螺旋桨推进器中，叶顶梢涡空化不仅降低机组性能，更为重要的是，空化涡带将诱导机组产生振动和流体噪声，大幅度降低两栖车辆、潜艇、隐身护卫舰等舰艇的隐蔽性和可靠性。
3.综上可知，掌握了解动边界梢涡空化流动特性对水力机械系统设计和安全高效运行具有重要意义。然而目前针对于动边界梢涡空化流动试验装置相对较少。发明专利cn201710054658.4公布了一种可变攻角水翼空化水洞试验系统，其特征在于：系统由水洞观察段、紧固板、紧固螺栓、定位板、定位螺栓、与定位螺栓配合的螺纹孔、攻角调节器、限位器、水翼连接轴、水翼以及密封圈组成。该发明虽然可进行水翼攻角的调节，但无法进行水翼持续运动，且无法开展动边界梢涡空化的实验研究。
4.因此，针对上述问题，目前亟需一种可开展动边界梢涡空化实验的装置。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种动边界梢涡空化实验装置，可实现试验模型持续运动，可开展动边界梢涡空化的实验研究。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种动边界梢涡空化实验装置，包括水洞实验段、载物台、伺服电机、电机联轴器a、旋转变压器、涡轮螺杆机构、传感器联轴器a、六轴力传感器、传感器联轴器b、外壳、试验模型、外壳固定螺栓、旋转变压器连接法兰、端盖)、轴承、转轴、o型密封圈a、o型密封圈b、连接螺钉、固定螺母、电机联轴器b以及o型密封圈c。
7.水洞实验段后侧设有载物台，载物台上安装有伺服电机，伺服电机的输出轴通过电机联轴器a、电机联轴器b与涡轮螺杆机构相连，涡轮螺杆机构远离水洞实验段的一侧安装有旋转变压器，旋转变压器与涡轮螺杆机构之间设有旋转变压器连接法兰、固定螺母；涡轮螺杆机构靠近水洞实验段的一侧通过传感器联轴器a安装有六轴力传感器，六轴力传感器的另一侧通过传感器联轴器b与转轴相连接。
8.转轴外部安装有外壳，外壳通过外壳固定螺栓安装在水洞实验段上，外壳内部设有与转轴配合安装的轴承，外壳靠近涡轮螺杆机构的一侧通过螺钉安装有端盖，转轴的另一侧通过连接螺钉安装有试验模型。
9.转轴靠近试验模型的一侧在圆周方向安装有o型密封圈a，试验模型靠近转轴的一侧在圆周方向安装有o型密封圈b，外壳与水洞实验段之间安装有o型密封圈c。
10.进一步地，试验模型与转轴连接的一端设有定位凸台，转轴上设有与定位凸台配合安装的定位凹槽，试验模型圆周方向设有与o型密封圈b配合安装的o型密封圈槽b，试验模型上设有连接螺钉配合安装的通孔，连接螺钉的数目为6个，在圆周方向均匀布置，试验模型上设有叶梢模型。
11.进一步地，转轴上设有配合轴承安装的轴承定位台阶，转轴(16)外圆上设有与o型密封圈a配合安装的o型密封圈槽a，o型密封圈a的数目为2个，转轴靠近试验模型的一端设有与连接螺钉连接的定位螺纹孔。
12.进一步地，外壳在靠近水洞实验段的一侧的外圆上设有与o型密封圈c配合的凹槽；水洞实验段前侧安装有透明pvc板，水洞实验段后侧设有与外壳固定螺栓配合连接的螺纹孔。
13.进一步地，该装置的工作方法为：
14.首先通过计算机设定试验模型的运动参数，并将指令发送给伺服电机控制器，然后伺服电机带动涡轮螺杆机构运动，通过旋转变压器实时监测运动角度，进行反馈和闭环控制；涡轮螺杆机构带动转轴转动，进而实现叶梢模型的运动；
15.此外，通过六轴力传感器可对动力特性信息进行测量捕获；
16.在水洞实验段内部，通过调节内部压力实现不同空化流场参数，同时通过更换不同材料、形状、距离等的试验模型，实现动边界叶梢空化流动实验测量研究。
17.有益效果：
18.1、本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，该装置采用伺服电机和涡轮螺杆机构等机构实现了叶梢模型的持续性运动，同时通过设置旋转变压器进行角度监测，保证了运动轨迹的精确度。
19.2、本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，通过设置定位凸台和连接螺钉双重连接方式，保证了叶梢模型运动的稳定性，进而保证了实验的准确性。
20.3、本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，通过设置多个o型密封圈，避免了水洞实验段压力改变导致漏水问题，保证了装置和实验的安全性。
21.4、本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，可灵活方便地更换试验模型，适用不同形状、材料模型的动边界梢涡空化研究，大大提高了装置的实用性。
22.5、本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，通过六轴力传感器能够得到相关水动力信息参数，可指导水动力学领域的流动分析与结构设计，解决水动力学领域相关工程技术问题。
23.6、本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，通过更换试验模型和转轴，可开展通气/射流对动边界梢涡空化的影响，进而为优化控制梢涡空化提供参考依据。
附图说明
24.图1是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的三维图；
25.图2是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的俯视图；
26.图3是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的剖视图；
27.图4是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的主视图；
28.图5是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的侧视图；
29.图6是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的试验模型三维图；
30.图7是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的转轴三维图；
31.图8是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的转轴主视图；
32.图9是本发明公开的动边界梢涡空化实验装置的转轴侧视图；
33.其中，1-水洞实验段，2-载物台，3-伺服电机，4-电机联轴器a，5-旋转变压器，6-涡轮螺杆机构，7-传感器联轴器a，8-六轴力传感器，9-传感器联轴器b，10-外壳，11-试验模型，12-外壳固定螺栓，13-旋转变压器连接法兰，14-端盖，15-轴承，16-转轴，17-o型密封圈a，18-o型密封圈b，19-连接螺钉，20-固定螺母，21-电机联轴器b，22-o型密封圈c，11-1-定位凸台，11-2-通孔，11-3-o型密封圈槽b，11-4-叶梢模型，16-1-定位凹槽，16-2定位螺纹孔，16-3-o型密封圈槽a，16-4-轴承定位台阶。
具体实施方式
34.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
35.如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，包括水洞实验段1、载物台2、伺服电机3、电机联轴器a4、旋转变压器5、涡轮螺杆机构6、传感器联轴器a7、六轴力传感器8、传感器联轴器b9、外壳10、试验模型11、外壳固定螺栓12、旋转变压器连接法兰13、端盖14、轴承15、转轴16、o型密封圈a17、o型密封圈b18、连接螺钉19、固定螺母20、电机联轴器b21、o型密封圈c22。水洞实验段1后侧设有载物台2，载物台2上安装有伺服电机3，伺服电机3的输出轴通过电机联轴器a4、电机联轴器b21与涡轮螺杆机构6相连，涡轮螺杆机构6远离水洞实验段1的一侧安装有旋转变压器5，旋转变压器5与涡轮螺杆机构6之间设有旋转变压器连接法兰13、固定螺母20；涡轮螺杆机构6靠近水洞实验段1的一侧通过传感器联轴器a7安装有六轴力传感器8，六轴力传感器8的另一侧通过传感器联轴器b9与转轴16相连接。转轴16外部安装有外壳10，外壳10通过外壳固定螺栓12安装在水洞实验段1上，外壳10内部设有与转轴16配合安装的轴承15，外壳10靠近涡轮螺杆机构6的一侧通过螺钉安装有端盖14，转轴16的另一侧通过连接螺钉19安装有试验模型11。转轴16靠近试验模型11的一侧在圆周方向安装有o型密封圈a17，试验模型11靠近转轴16的一侧在圆周方向安装有o型密封圈b18，外壳10与水洞实验段1之间安装有o型密封圈c22。外壳10在靠近水洞实验段1的一侧的外圆上设有与o型密封圈c22配合的凹槽。水洞实验段1前侧安装有透明pvc板，水洞实验段1后侧设有与外壳固定螺栓12配合连接的螺纹孔。试验模型梢涡空化典型的模型结构
36.如图6所示，试验模型11与转轴16连接的一端设有定位凸台11-1，转轴16上设有与定位凸台11-1配合安装的定位凹槽16-1，试验模型11圆周方向设有与o型密封圈b18配合安装的o型密封圈槽b11-3，试验模型11上设有连接螺钉19配合安装的通孔11-2，连接螺钉19的数目为6个，在圆周方向均匀布置，试验模型11上设有叶梢模型11-4。
37.如图7、图8、图9所示，转轴16上设有配合轴承15安装的轴承定位台阶16-4，转轴16外圆上设有与o型密封圈a17配合安装的o型密封圈槽a16-3，o型密封圈a17的数目为2个，转轴16靠近试验模型11的一端设有与连接螺钉19连接的定位螺纹孔16-2。
38.如图1所示，本发明公开的动边界梢涡空化实验装置，工作方法为：首先通过计算机设定试验模型运动参数，并将指令发送给伺服电机控制器，然后伺服电机3带动涡轮螺杆机构6运动，通过旋转变压器5实时监测运动角度，进行反馈和闭环控制；涡轮螺杆机构6带动转轴16转动，进而实现叶梢模型11-4的运动。此外，通过六轴力传感器8可对动力特性信息进行测量捕获。在水洞实验段1内部，通过调节内部压力实现不同空化流场参数，同时通过更换不同材料、形状、距离等的试验模型11，实现动边界叶梢空化流动实验测量研究。基于上述实验装置可获取动边界梢涡空化流场以及动力特性信息，能够指导工程结构的优化设计。另外，还能为动态变化下的健康监测、结构故障诊断、结构振动控制等方面的应用提供有力的支持，具有广泛的应用前景与效益。
39.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。