连通流域中导管内流场可变流量抽吸装置的制作方法

1.本发明涉及舰船导管推进器技术领域，尤其是连通流域中导管内流场可变流量抽吸装置。


背景技术：

2.测量推进器桨盘面流场的信息，可以为推进器设计、水动力及噪声性能评估提供重要参数输入。导管螺旋桨内流场由于受到导管的屏蔽作用，其内流场的形态受螺旋桨的工作状态影响非常显著，但是由于导管内螺旋桨工作时，螺旋桨处于高速旋转状态且存在于桨盘面区域，因此，常规的“毕托耙”或piv(粒子图形激光测试设备)等流场测试手段无法获得桨盘面区域的流场信息，只能测试无螺旋桨“抽吸”作用下的导管内流场，在无螺旋桨“抽吸”作用下，导管内的流量、流速与有螺旋桨作用下的流量、流速相差甚远，因此测量得到的流场分布、湍流度等信息不能反映导管螺旋桨的真实工作状态，对导管推进器的设计、性能评估造成了极大的困恼。
3.为此，我们提出连通流域中导管内流场可变流量抽吸装置。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供连通流域中导管内流场可变流量抽吸装置，可以模拟替代推进器内螺旋桨的抽吸作用，又不妨碍导管螺旋桨的桨盘面流场测试。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.包括抽吸装置本体，所述抽吸装置本体由相互连接的驱动端和主管道组成，主管道组成通过替换管道与推进器导管相连；
7.所述驱动端内设置有驱动电机，且驱动电机上连接的驱动轴延伸至主管道内并连接有带动流体流动的旋转叶轮；
8.推进器导管内连接有延伸至替换管道中并与驱动轴轴芯相对的推进器桨毂，推进器导管为有机玻璃材质并用于观察检测推进器桨毂与推进器导管之间的流场测试段。
9.所述主管道的内壁上设置有自左到右且内径不断缩小的平直段、压缩段和收缩段，平直段与的内径与替换管道内径相同，且在平直段和收缩段上布置有压力传感器。
10.所述，抽吸装置本体通过连接导流罩和安装台导流罩连接在壁面上设置的安装台上，且连接导流罩和安装台导流罩表面为流线型设计。
11.所述驱动端由不锈钢材料制作，驱动端内放置驱动电机及其控制器和流线型电机包，驱动端的外表面呈流线型，同时驱动端通过连接导流罩与壁面通过螺栓相连固定。
12.所述驱动端通过相对分布的管道上支撑臂和管道下支撑臂夹持连接有主管道，且驱动端上的驱动电机连接的驱动轴延伸至主管道内并连接有旋转叶轮，且管道上支撑臂和管道下支撑臂均通过支撑臂底座与主管道进行连接，管道上支撑臂和管道下支撑臂均采用不锈钢材料制作的悬臂结构，管道上支撑臂采用夹套的方式固定在连接导流罩上，管道上
支撑臂的长度是主管道内径的2-3倍。
13.所述主管道采用有机玻璃制作，主管道的长度为推进器导管的内径长度的1.5倍-2倍，压缩段最小内径为平直段内径的0.90～0.95倍，平直段与压缩段之间用锥面过渡，锥角为5-10度，收缩段内径最小值为压缩段最小内径的0.9-0.95倍。
14.所述旋转叶轮为多个宽叶梢的金属材料叶片，叶片数量可以为3叶-11叶。
15.所述替换管道为喇叭状圆形管道，替换管道在靠近主管道的一侧制作成台阶形安装面并通过螺栓嵌套在主管道上，替换管道的长度为推进器导管内径的1-2倍。
16.所述推进器导管采用有机玻璃制作，推进器导管的另一端采用喇叭口设计，推进器导管的长度为推进器导管窄口处内径的0.5倍，推进器导管的另一端采用喇叭口设计并通过多个导管支撑连接有推进器桨毂，推进器桨毂上设置有搅拌桨。
17.所述替换管道的轴线与推进器导管轴线重合。
18.所述驱动轴与推进器桨毂间距小于2毫米。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明结构紧凑、合理，操作方便，可以模拟替代推进器内螺旋桨的抽吸作用，又不妨碍推进器导管内螺旋桨的桨盘面流场测试，通过在导管螺旋桨或者其缩比模型的后方，延伸布置替换管道和旋转叶轮，以及在流道内可调转速的旋转叶轮实现螺旋桨内流量的改变，并通过压力的测量监测流道内的流量，便捷、无障碍的实现对推进器导管内桨盘面位置内流场信息的测量。
21.同时，本发明还具备如下优点：
22.1、可以通过旋转叶轮的转速，实现不同推进器内部不同流量的模拟，便于测试推进器导管内螺旋桨在不同工况下的内流场信息；
23.2、本装置通过后方的旋转叶轮模拟推进器导管内螺旋桨的抽吸作用，使得推进器无需真实螺旋桨也能模拟其抽吸作用，消除了螺旋桨对桨盘面流场测试的阻碍，使得推进器导管内螺旋桨的工作状态下流场的测试成为了可能；
24.3、同时本发明中旋转叶轮距离螺旋桨的桨盘面较远，旋转叶轮对流场的干扰可以忽略，测试的桨盘面流场可以更真实的反映推进器导管对流场的作用效果。
25.4、主管道内设置了不同截面积的流道，通过测量不同截面积壁面处流场的压力，可以方便计算出内部流量，对流场的干扰较小；
26.5、可以改变与推进器导管连接的替换管道的大小，从而适应不同螺旋桨模型的推进器导管出口，适用不同类型推进器的流量模拟，提高适用范围。
附图说明
27.图1为本发明的结构示意图。
28.图2为本发明的主视图。
29.图3为本发明抽吸装置本体结构的剖视图。
30.图4为本发明支撑臂和主管道连接结构的剖视图。
31.图5为图3的局部放大示意图。
32.图6为本发明中主管道结构的剖视图。
33.图7为图5中a-a截面的剖视图。
34.其中：1、抽吸装置本体；2、连接导流罩；3、安装台导流罩；4、安装台；5、壁面；
35.101、驱动端；1011、流线型电机包；1012、驱动电机；102、管道上支撑臂；103、管道下支撑臂；104、主管道；105、替换管道；106、推进器导管；107、推进器桨毂；108、驱动轴；109、导管支撑；110、旋转叶轮；111、支撑臂底座；112、压力传感器；
36.a、流场测试段；b、收缩段；c、压缩段；d、平直段。
具体实施方式
37.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
38.如图1-图7所示，本实施例公开了连通流域中推进器导管内流场可变流量抽吸装置，包括抽吸装置本体1，抽吸装置本体1通过连接导流罩2和安装台导流罩3连接在壁面5上设置的安装台4上，从而对抽吸装置本体1进行固定安装，同时连接导流罩2和安装台导流罩3表面为流线型设计，减少在水中的阻力。
39.抽吸装置本体1包括驱动端101，驱动端101由不锈钢材料制作，驱动端101内放置驱动电机1012及其控制器和流线型电机包1011，驱动端101的外表面呈流线型，同时驱动端101通过连接导流罩2与壁面5通过螺栓相连固定，同时通过螺栓连接的位置，可以起到调节、适应推进器桨毂107上螺旋桨在不同流场测试位置的需求，抽吸装置本体1的主要作用为安装驱动电机1012提供空间，同时作为整套测试装置的基座。
40.驱动端101通过相对分布的管道上支撑臂102和管道下支撑臂103夹持连接有主管道104，且驱动端101上的驱动电机1012连接的驱动轴108延伸至主管道104内并连接有旋转叶轮110，且管道上支撑臂102和管道下支撑臂103均通过支撑臂底座111与主管道104进行连接，管道上支撑臂102和管道下支撑臂103均采用不锈钢材料制作的悬臂结构，管道上支撑臂102采用夹套的方式固定在连接导流罩2上，可以起到稳定的支撑作用，管道上支撑臂102的长度是主管道104内径的2-3倍。
41.如需要更换主管道104，可以通过整体拆装管道上支撑臂102和管道下支撑臂103上的支撑臂底座111来整体更换，主管道104采用有机玻璃制作，方便查看旋转叶轮110的转动情况，同时主管道104的长度为推进器导管106的内径长度的1.5倍-2倍，主管道104的内壁自左到右分为平直段d、压缩段c和收缩段b三段，平直段d的内径与替换管道105内径相同，起到平滑过渡流体的作用，在距离平直段d进口20毫米处位置安装有压力传感器112，测量平直段d内流体的压力，在压缩段c的内径小于平直段d，其最小内径为平直段d内径的0.90～0.95倍，平直段d与压缩段c之间用锥面过渡，锥角小于5-10度，收缩段b内径小于压缩段c的最小内径，其内径最小值为压缩段c最小内径的0.8-0.95倍，在距离收缩段b尾端面20-40毫米处同样布置压力传感器112,根据伯努利方程，已知压力传感器112在平直段d处的流道面积为s1，压力为p1；压力传感器112在压缩段c处的流道面积为s2，压力为p2，则主管道104内的流量q1为：
[0042][0043]
如图7所示，主管道104对旋转叶轮110进行包覆，旋转叶轮110为多个宽叶梢的叶片，由金属材料，推荐制作材料为铜合金，叶片数量可以为3叶-11叶，推荐叶数为4叶，旋转叶轮110的作用是通过设定不同的转速，实现管道内流量的调节，模拟推进器导管106内的
螺旋桨在推进器导管106内的抽吸作用。
[0044]
主管道104的管道内部直径先大后小，可以起到压缩流体，使得旋转叶轮110抽吸后的管道内的速度更加均匀，流量测量更加准确；主管道104与旋转叶轮110配合后形成管道流动，避免与外界流体进行质量交换，确保流道内流量一致；主管道104进口区域和出口区域布置压力传感器112，通过伯努利方程可以计算管道内的流量。
[0045]
主管道104远离驱动端101的一端侧壁上连接有替换管道105，平直段d的内径与替换管道105内径相同，起到平滑过渡流体的作用，替换管道105为喇叭状圆形管道，替换管道105的另一端内壁上连接有推进器导管106，其靠近推进器导管106一端的喇叭口为配合推进器导管106出口的尺寸定制，同时替换管道105在靠近主管道104的一侧制作成台阶形安装面并通过螺栓嵌套在主管道104上，以保证替换管道105的内径与平直段d的内径相同，替换管道105的作用主要作用是与推进器导管106连接后将流体封闭在管道内，避免流量损失，便于实现流量的精确控制，替换管道105的长度为推进器导管106内径的1-2倍，如果替换管道105太短导致后方旋转叶轮110流场容易对测试段流场产生干扰，如果替换管道105太长则容易在高测试水速时发生剧烈振动，影响设备安全运行。
[0046]
推进器导管106采用有机玻璃制作，方便通过设备查看流场测试段a的信息，推进器导管106的长度为推进器导管106靠近替换管道105一侧内径的0.5倍，推进器导管106的另一端采用喇叭口设计并通过多个导管支撑109连接有推进器桨毂107，推进器桨毂107延伸至替换管道105内并与驱动轴108轴芯相对，且驱动轴108与推进器桨毂107间距小于2毫米，既可以保障驱动轴108高速旋转时不与推进器桨毂107发生擦碰，同时可以有效防止缝隙处的流动分离和空化现象的发生，在推进器桨毂107与推进器导管106之间的区域为流场测试段a。
[0047]
安装时替换管道105的轴线与推进器导管106轴线重合，替换管道105与推进器导管106形成相对封闭的内流域工作环境，推进器导管106的主要起到引导流体流动的目的，
[0048]
本发明通过设置不同截面的管道连接在推进器导管106的出口处，通过改变自带的旋转叶轮110的转速实现不同流量的模拟。
[0049]
综上所述，本发明具有以下特点：
[0050]
1、可以通过旋转叶轮110的转速，实现不同推进器内部不同流量的模拟，便于测试推进器导管106内螺旋桨在不同工况下的内流场信息；
[0051]
2、本装置通过后方的旋转叶轮110模拟推进器导管106内螺旋桨的抽吸作用，使得推进器无需真实螺旋桨也能模拟其抽吸作用，消除了螺旋桨对桨盘面流场测试的阻碍，使得推进器导管106内螺旋桨的工作状态下流场的测试成为了可能；
[0052]
3、同时本发明中旋转叶轮110距离螺旋桨的桨盘面较远，旋转叶轮110对流场的干扰可以忽略，测试的桨盘面流场可以更真实的反映推进器导管106对流场的作用效果。
[0053]
4、主管道104设置了不同截面积的流道，通过测量不同截面积流道处流场的压力，可以方便计算出内部流量，对流场的干扰较小；
[0054]
5、可以改变与推进器导管106连接的替换管道105的大小，从而适应不同螺旋桨模型的推进器导管106出口，适用不同类型推进器的流量模拟。
[0055]
具体的工作原理如下：
[0056]
本装置在工作时处于液体中，用于对推进器或者推进器的模型进行流场测试，具
体的做法如下，将推进器导管106卡接到替换管道105上，然后启动驱动电机1012带动旋转叶轮110转动，旋转叶轮110转动会带动液体移动实现抽吸效果，通过旋转叶轮110的转动模拟推进器上螺旋桨的转动，液体会在推进器导管106内移动并在形成流场测试段a，此时通过设备(“毕托耙”或piv(粒子图形激光测试设备))对透明材质的推进器导管106内的流场测试段a进行流场测试，使得测试结果更加真实准确，方便实用。
[0057]
综上所述，本发明结构紧凑、合理，操作方便，可以模拟替代推进器内螺旋桨的抽吸作用，又不妨碍推进器导管106内螺旋桨的桨盘面流场测试，通过在螺旋桨或者其缩比模型的后方，延伸布置改变截面流道的推进器导管106、替换管道105和旋转叶轮110，以及在流道内可调转速的旋转叶轮110实现螺旋桨内流量的改变，实现对旋转叶轮110内压力的测量，进而根据伯努利方程换算出旋转叶轮110内的实时流量，实现模拟、替代推进器导管106内部螺旋桨对推进器导管106内部流场抽吸作用，进而可以便捷、无障碍的实现对推进器导管106内桨盘面位置内流场信息的测量。
[0058]
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。