[发明专利]一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法及其模型泵

权利要求书

1.一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法，其包括以下步骤：

(1)判定条件一：叶片载荷最大值与叶片进口载荷值之差同叶片载荷最大值之比其中F_max为叶片载荷最大值，F_in为叶片进口处的叶片载荷值；

(2)判定条件二：最大叶片载荷值对应的r/r_m值κ在0.8与0.85之间，其中r为叶片型线上不同计算点所对应的半径值，r_m为叶轮半径值；

(3)判定条件三：叶片载荷无量纲值φ介于0.002与0.004之间，其中F为半径值r处的叶片载荷值，w为角速度值，r_m为叶轮半径值；

(4)若对于所需检测的叶轮在不同工况下，同时满足以上三条判定条件，那么叶轮处于稳定流动状态；若不满足其中任意一条判定条件，则叶轮处于不稳定流动转状态。

2.如权利要求1所述的一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法，还包括以下步骤：

(5)搭建离心泵叶轮不稳定流动检测实验台；

(6)实验检测采用不同尺寸规格的离心泵叶轮，叶轮含有沿圆周间隔均布的任意奇/偶数量的叶片，泵盖通过螺栓、调节垫连接在泵体上，泵盖和叶轮都是由透明有机玻璃制成，检测实验所用液体为水；

(7)对于不同的检测叶轮，加工制作与模型泵泵轴和叶轮相匹配的连接件螺母、调节垫，将连接件螺母和叶轮连接到泵轴上，并安装上调节垫、泵盖；

(8)进行叶轮不稳定流动检测实验。

3.如权利要求2所述的一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法，其中步骤(8)包括：

进行离心泵叶轮的外特性实验，获取最佳流量值Q_d；在最佳流量工况下，采用高速相机拍摄叶轮内部流场，获取相应的流场速度场，对速度场进行平均处理，得到流道的平均速度分布；为了得到流道从叶轮进口到出口的绝对速度平均分布值，选取其中的一个流道，令从吸力面到压力面为叶轮展向方向，从进口到出口为叶轮径向方向；以叶轮中心为圆心，用1mm为相邻间隔的同心圆将流道径向划分为44份；将进出口圆弧等分为21个计算点，连接进口与出口相匹配的计算点形成展向方向的21条圆弧曲线；完成以上网格划分得到924个速度计算点，网格上的速度值通过流道内平均速度分布值插值得到，插值方法采用cubic三次样条差值法；将展向的21份数据平均，得到从进口到出口的该流道径向子午线上的绝对速度的平均值分布：

减去相应的叶轮圆周速度u(x，y)，求得叶轮的平均相对速度场：

w_m(x，y)＝v(x，y)-u(x，y)

根据速度三角形，求得平均绝对速度的切向分量乘以r得到速度环量，对速度环量求偏导，带入叶片载荷公式得到叶片载荷值：

式中p⁺和p^-分别为叶片压力面和吸力面的压力，F为叶片载荷值，Z为叶片数，w_m为相对速度，ρ为水的密度，rV_θ为速度环量，m为无量纲子午线距离，r为半径值；

根据叶片载荷公式，用MATLAB编写、绘制出叶片载荷分布曲线，叶片载荷无量纲值分布曲线，结合上述三项判定条件，可在MATLAB中迅速显示出判定结果。

4.如权利要求3所述的一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法，其特征在于，还包括：根据以上的操作步骤，在MATLAB中编写一个检测离心泵叶轮不稳定流动程序，并出厂为判断检测软件；具体操作为在该检测软件系统中输入实验相关离心泵转速、流量大小、导入流场数据，便可以直接在MATLAB显示叶轮是否存在不稳定流动。