一种可施加外源激励的离心泵可视化实验台

1.本发明涉及一种振动试验设备，尤其是离心泵可视化实验台。


背景技术：

2.深海矿产资源常位于大洋深处，采矿过程中海面船只易受到恶劣海况的影响；同时深海采矿的水力提升管路系统在运行过程中，极易受到海洋内部的波流影响，进而产生涡激振动现象。因此深海采矿提升设备在运行过程中常处于振动环境运行。目前针对离心泵振动问题的研究，没有从纯粹外源振动的角度进行研究。因此，研发一套能施加可控外源激励的离心泵实验台有着非常重要的科学意义和实用价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种可施加外源激励的离心泵可视化实验台，该实验台应能对施加可控外源激励的离心泵流动机理进行研究，并且具有系统运行稳定、可对离心泵进行摄影的特点。
4.本发明提供的技术方案是：一种可施加外源激励的离心泵可视化实验台，包括控制中心；其特征在于：该实验台还包括通过管道依次布置且首尾循环贯通的搅拌罐、第一压力传感器、由往复机构驱动的离心泵、第二压力传感器以及电磁流量计，还包括对所述离心泵摄像的高速摄像机；所述电磁流量计、第一压力传感器、离心泵以及第二压力传感器分别通过数据线电导通所述控制中心；所述离心泵的泵壳采用透明材料制成，以利于泵内流动物体的摄像。
5.所述往复机构包括固定在实验台的变频电机、由变频电机通过齿轮箱驱动的曲柄连杆机构以及可直线滑动地定位在实验台上且两端分别连接曲柄连杆机构以及离心泵的第二连杆。
6.所述第二连推杆与固定在实验台的滑套滑动配合，并且一端与曲柄连杆机构中的第一连杆铰接，另一端与离心泵的连接板固定。
7.所述离心泵通过一夹具可滑动地定位在实验台上；所述夹具包括位于离心泵左侧的前支架板、位于离心泵右侧的后支架板以及施力于所述前支架板与后支架板从而将离心泵夹紧的若干螺杆组件。
8.所述前支架板、后支架板分别通过所述螺杆组件固定着若干支脚板，所述支脚板通过导轨滑块组件可滑动地定位在实验台上。
9.所述前支架板上开设有圆形窗口，以便于对离心泵进行摄像。
10.高速摄像机通过三角支架支撑，置于离心泵正前方，镜头对准离心泵转轴中心位置。
11.本发明的工作原理是：设备启动后，可通过变频器调节往复机构变频电机的转速，为离心泵提供稳定可控的外源激励，通过往复运动频率和运动周期大小的排列组合能够模拟不同环境下的振动工况。在系统运行过程中，进出口压力传感器与电磁流量计将所测得
的数据传输至控制中心；同时通过控制中心的电脑可以监控高速摄像机的拍摄情况。
12.本发明的有益效果是：所提供的实验台可以对离心泵施加可控外源激励，并且可对离心泵进行轴向高速摄影，从而能够对可控外源激励下的离心泵流动机理进行研究，该实验台还具有系统运行稳定的特点。
附图说明
13.图1是本发明实施例中各部件的连接关系示意图。
14.图2是本发明实施例中离心泵的主视结构示意图。
15.图3是本发明实施例中离心泵的右视结构示意图。
16.图4是本发明实施例中高速摄像机与离心泵的相互位置关系示意图。
17.图5是本发明实施例中往复机构与离心泵的配合关系示意图。
18.图中标号：1、搅拌罐；2、电磁流量计；3、第一压力传感器；4、第二压力传感器；5、离心泵；6、往复机构；7、控制中心；8、变频器；9、高速摄像机；5.1、前支架板；5.11、圆形窗口；5.2、后支架板；5.3、电机；5.4、后支脚板；5.5、前支脚板；5.6、螺杆组件；6.1齿轮箱；6.2、偏心轮；6.3第一连杆；6.4、第二连杆；6.5、变频电机；6.6、滑套；6.7、连接板；6.8、导轨；6.9、滑块；7、实验台。
具体实施方式
19.以下结合附图所示的实施例进一步说明本发明。
20.附图所示的可施加外源激励的离心泵可视化实验台，包括控制中心7(通常是电脑)；这与常规的实验台类同。
21.本发明提供的离心泵可视化实验台中，搅拌罐1、第一压力传感器3、由往复机构驱动的离心泵5、第二压力传感器4以及电磁流量计2通过管道(优选软管)依次布置并且首尾循环贯通；所述电磁流量计、第一压力传感器、离心泵以及第二压力传感器分别通过数据线电导通所述控制中心，从而进行数据交换；此外，离心泵的正面(图3的左端)还布置着高速摄像机9，用于对离心泵中的流动物体进行摄像。
22.所述往复机构中，变频器8控制的变频电机6.5固定在实验台上，齿轮箱(箱内通常设置一对螺旋齿轮)固定6.1在变频电机输出轴端，齿轮箱的输出端为一偏心轮6.2；曲柄连杆机构中第一连杆6.3的一端与偏心轮上的偏心轴(即曲柄)铰接，第一连杆的另一端与第二连杆6.4的一端铰接；第二连杆的另一端则通过端部制作的螺纹以及相配合的螺母与离心泵的连接板6.7(该连接板为后支架板弯折而成；连接板上开有相应的通孔)，固定连接；第二连杆还可滑动的定位在若干滑套6.6中，所述滑套固定在实验台上，从而实现曲柄连杆机构对离心泵的往复直线驱动。
23.所述离心泵通过一夹具可滑动地定位在实验台上；所述夹具中，前支架板5.1位于远离电机的一侧(图3中位于离心泵的左侧)，后支架板5.2位于靠近电机的一侧(图3中位于离心泵的右侧)，若干螺杆组件5.6连接所述前支架板与后支架板，并且相向施力于前支架板与后支架板从而将离心泵夹紧固定。螺杆组件包括双头螺杆以及相配合的螺母。
24.由图3还可知：所述前支架板的下部、后支架板的下部还分别通过所述螺杆组件固定着若干支脚板(前支脚板5.5、后支脚板5.4)，前支脚板、后支脚板又分别与滑块固定，从
而通过与滑块配合的导轨可滑动地定位在实验台上(所述导轨固定在实验台上；导轨滑块组件由导轨及相配合的滑块组成)。
25.进一步地，所述前支架板上开设有圆形窗口5.11；以消除遮挡，方便对离心泵内的物体进行摄像。
26.所述离心泵的泵壳采用透明材料制成，以利于泵内流动物体的摄像。
27.高速摄像机通过三角支架支撑，置于离心泵正前方，镜头对准离心泵转轴中心位置。
28.本实验台的实验步骤如下：
29.1、在搅拌罐内加入清水介质或清水与颗粒的混合介质。
30.2、打开搅拌器，使清水与颗粒充分混合。
31.3、调节变频器，使离心泵达到指定转速；调节阀门，使系统稳定在指定流量，使清水或者两相混合物在整个回路系统中充分循环流动。
32.4、调节变频器，使往复机构达到指定频率，带动离心泵以指定频率做往复运动。
33.5、打开高速摄像机与其配套光源，对离心泵内流场情况进行高速摄影。
34.6、通过控制电脑对高速摄像机进行调控，得到想要的摄影效果与片段，并进行保存。
35.本发明的特点如下：
36.1、可对离心泵施加可控频率外源激励；
37.2、离心泵进出口优选异型软管连接，外源激励只局限于离心泵的输送单元，不对实验输送管路产生影响，保证系统运行稳定，传感器不受激励影响；
38.3、离心泵的泵壳采用透明亚克力材料制造，可实现轴向高速摄影。