一种高精度灯泡贯流泵模型试验装置及试验方法

1.本发明属于泵实验装置相关领域，公开了一种高精度灯泡贯流泵模型试验装置及试验方法。


背景技术：

2.灯泡贯流泵属于低扬程泵装置类型，具有结构简单、流道顺直、装置效率高等突出优点，常用于低扬程、大流量泵站。随着灯泡贯流泵装置的广泛应用，对其结构稳定性、水力高效性也提出了更高的要求。灯泡贯流泵装置的水力性能主要通过模型试验获得。
3.传统灯泡贯流泵模型试验装置，如图6和图7所示，叶轮直径为300mm。电动机20与叶轮12呈水平布置方式，传动轴19穿过叶轮轮毂关部或灯泡体尾部与电动机20连接。由于模型尺寸较小，电动机20通常布置在流道进口侧或流道出口侧，导致贯流泵模型装置流道的进出口结构与原型不符，开敞式水箱25不能为泵装置提供稳定的来流或出流。传动轴19一般长约4m，安装时无法保证与电动机20和叶轮12安装的同心度，运行过程中也会产生较大的轴向力和径向力，导致轴功率采集时误差较大，而且传动轴19转动也会影响流道内流场流动特性。
4.由上可知，传统的灯泡贯流泵装置试验台，模型尺寸较小，电机、扭矩仪、传动轴通常呈水平布置方式，传动轴穿过叶轮轮毂头部或灯泡体尾部与电机连接。由于电机布置在流道进口侧或流道出口侧，导致贯流泵模型装置流道的进出口结构与实际运行工况不符，不能为泵装置提供稳定的来流和出流，传动轴转动也会影响内流流场和试验数据采集。为了更好地研究灯泡贯流泵在不同运行工况下的水力性能，保证试验结果的准确性，完善和改进灯泡贯流泵装置试验台是十分必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供了一种高精度灯泡贯流泵模型试验装置及试验方法，改进了模型泵装置传动机构的布置方式，实现了不同方案过流部件的便捷更换，装置设计更加符合灯泡贯流泵装置实际工作情况，能够在不同运行工况下准确测试装置水力性能。
6.为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种高精度灯泡贯流泵模型试验装置，包括流道，所述流道内设置有传动轴，所述传动轴上依次安装有叶轮、导叶、灯泡体和导水锥，所述灯泡体通过灯泡体支撑固定在所述流道的内壁上，所述传动轴位于所述灯泡体内部的轴段上安装有扭矩仪，所述传动轴位于所述灯泡体内部的轴段通过联轴器与位于所述灯泡体内部的90度齿轮箱的输出轴固定连接，所述90度齿轮箱的输入轴穿过所述灯泡体支撑的内部后通过联轴器与位于所述流道外部的电动机固定连接.上述方案中，所述流道的两端分别通过管道与稳压罐连接，所述管道上安装有若干蝶阀、流量计和循环泵。
7.上述方案中，所述流道、所述叶轮、所述导叶、所述灯泡体、所述导水锥均与原型泵结构型式一致，其尺寸按叶轮处直径等比例缩放至400mm。
8.上述方案中，所述叶轮由两个分半结构组成，所述叶轮上的叶片为可调角度的叶片，所述叶轮的轮毂处设置有角度标记，所述角度标记上设置有五个安装角度值。
9.上述方案中，所述叶轮的开孔位置安装有透明有机玻璃叶轮观察孔。
10.上述方案中，所述灯泡体一端通过螺栓与所述导水锥密封连接，所述灯泡体的另一端通过o型密封圈与所述导叶密封连接。
11.上述方案中，所述流道上开孔安装透明有机玻璃观察孔。
12.上述方案中，所述流道上布置有若干进口压力测点和若干出口压力测点。
13.本发明是提供一种高精度灯泡贯流泵模型试验装置的试验方法，包括如下步骤：1）完成灯泡贯流泵模型试验循环系统的装配和调试工作；2）灯泡贯流泵模型试验循环系统注水，检查试验系统各个部件无渗漏和安全隐患；3）通过试验操作台远程启动电动机，开启蝶阀，将流量调至试验工况。当流量较小时，可启动循环泵增大流量，通过变频方法调至所需工况。4）通过扭矩仪测量模型泵输入功率，并考虑空载损耗；通过进口压力测点和出口压力测点以及所在截面的动压差，计算模型泵扬程。5）通过试验操作台采集实验数据，绘制水力性能曲线并保存试验数据。6）试验结束后，进行系统排水。
14.本发明的有益效果：（1）本发明提出的一种高精度灯泡贯流泵模型试验装置及试验方法，试验装置尺寸由传统的叶轮直径300mm增加到400mm，模型尺寸的增加便于在灯泡体内安装扭矩仪、90度齿轮箱、机械密封等设备；灯泡体支撑为上支撑结构以便于传动轴安装，通过90度齿轮箱实现电机的动力传输，该模型试验装置与原型泵装置结构基本一致，解决了传统贯流泵装置因叶轮和电机水平布置造成的进出水流道不匹配的问题；（2）叶轮、导叶及导水锥均为可拆卸部件，便于进行不同方案水力部件的性能测试；（3）叶轮室及流道上开孔安装透明有机玻璃，可以更好地观察叶轮及灯泡体尾部流场；（4）流道进出口均与稳压罐连接，能够确保试验装置在不同运行工况下循环水流的均匀性和稳定性，提高了贯流泵模型试验装置性能测试的精度。
附图说明
15.图1是本发明所述的灯泡贯流泵模型试验循环系统示意图。
16.图2是本发明所述的灯泡贯流泵模型试验装置主视图。
17.图3是本发明所述的灯泡贯流泵模型试验装置俯视图。
18.图4是本发明所述的叶轮段结构示意图。
19.图5是图4中a处局部放大图。
20.图6是传统电机前置式灯泡贯流泵模型试验装置示意图。
21.图7是传统电机后置式灯泡贯流泵模型试验装置示意图。
22.图中：1-模型试验装置，2-稳压罐，3-循环泵，4-流量计，5-蝶阀，6-管道，11-流道，12-叶轮，13-导叶，14-灯泡体，15-扭矩仪，16-90度齿轮箱，17-灯泡体支撑，18-导水锥，19-传动轴，20-电动机，21-装置支架，22-观察孔，23-进口压力测点，24-出口压力测点，25-水箱，26-角度标记，27-分半结构，28-叶轮观察孔。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.以一个大型灯泡贯流泵模型试验装置为例，其本发明所述的循环系统示意图如图1所示，主要包括模型试验装置1、稳压罐2、循环泵3、流量计4、蝶阀5、管道6组成。其中模型试验装置1由流道11、叶轮12、导叶13、灯泡体14、扭矩仪15、90度齿轮箱16、灯泡体支撑17、导水锥18、传动轴19、电动机20组成，模型试验装置1通过装置支架21安装固定，如图2和图3所示。
25.本发明所述的模型试验装置1按照原型泵装置实际尺寸等比例缩放至叶轮12直径为400mm。除了灯泡体支撑17，其余结构形式均与原型泵装置一致。相比于传统灯泡贯流泵模型装置，该装置尺寸明显增大，以便于进行试验方案设计和设备安装。模型试验装置1进出口均与稳压罐连接，保证装置在试验过程中进口来流均匀，出口水流平稳，以确保循环系统水流流动的稳定性。
26.叶轮12和导叶13均进出口均通过法兰连接，结构可拆卸更换。叶轮12为可调角度叶片，角度由轮毂处角度标记26确定，五个安装角度分别为 4、 2、0、-2、-4度。叶轮12所处的流道为分半结构27，在叶轮安装角度调整时可以打开一侧的分半结构，根据轮毂处的刻度标记调至相应位置，对不同安装角度的叶轮进行水力性能试验。在分半结构27上开孔安装透明有机玻璃，通过叶轮观察孔28可对叶轮内的流动特性进行高速摄影和piv可视化试验研究，如图4和图5所示。
27.灯泡体14为圆柱形中空结构，可以安装扭矩仪15、90度齿轮箱16、传动轴19、机械密封等设备。灯泡体头部与导叶13连接，通过“o”型圈式机械密封防止渗水。扭矩仪15、90度齿轮箱16等通过尾部置于灯泡体14内安装固定，使用螺栓与导水锥18连接实现尾部密封。灯泡体支撑17是将原型泵装置的下支撑结构旋转180度变成上支撑，内部为中空结构，内置传动轴19，通过90度齿轮箱16将电动机20的输出功率传输至叶轮12。通过观察孔22可进行灯泡体14尾部水流流动特性的高速摄影和piv可视化试验，更换不同结构型式的导水锥18方案，优选出最佳导水锥结构型式。
28.在进行扭矩采集时，本发明的扭矩仪15与叶轮12直接连接，间距约为0.6m，数据采集时不包括90度齿轮箱16以及竖向传动轴19产生的功率损耗，极大的提高了数据采集精度。在进行扬程测量时，可根据试验要求布置相应压力测点：若测试泵装置扬程，可通过进口压力测点23和出口压力测点24进行数据采集；若考虑进出水流道的影响，可将压力测点布置在稳压罐2上；若只测试泵段的效率，可将压力测点布置在叶轮前部和灯泡体中间等流动相对稳定的位置。压力测点可采用单点布置方式，也可采用4个测点均布方式，通过环形管采集平均压力。
29.本发明模型试验装置完善和改进了传统灯泡贯流泵模型试验方法，结构与原型泵装置基本一致，通过90度齿轮箱16优化了电机布置方式，使模型泵装置进出口的流动特性更加符合实际运行情况；主要结构部件可进行便捷拆卸更换，提高了试验装置可操作性；改进了扭矩及扬程测试方法，进一步提高了试验数据采集的精确性。
30.贯流泵模型试验方法：1）完成灯泡贯流泵模型试验循环系统的装配和调试工作；2）灯泡贯流泵模型试验循环系统注水，检查试验系统各个部件无渗漏和安全隐患；3）通过
试验操作台远程启动电动机20，开启蝶阀5，将流量调至试验工况。当流量较小时，可启动循环泵3增大流量，通过变频方法调至所需工况。4）通过扭矩仪15测量模型泵输入功率，并考虑空载损耗；通过进口压力测点23和出口压力测点24以及所在截面的动压差，计算模型泵扬程。5）通过试验操作台采集实验数据，绘制水力性能曲线并保存试验数据。6）试验结束后，进行系统排水。