[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

说明书

本发明公开了一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法及其模型泵，采用粒子图像测速方法拍摄得到离心泵叶轮内部流场情况，利用MATLAB处理得到叶片载荷分布曲线，结合判定条件(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最大叶片载荷值对应的r/r_m值0.80＜κ＜0.85；无量纲化叶片载荷值φ介于0.002与0.004之间)可以快速判断所需检测的离心泵叶轮是否发生不稳定流动。

技术领域

本发明涉及流体机械、离心泵技术领域，其涉及一种叶轮不稳定流动检测方法，具体涉及一种基于叶片载荷分布的离心泵叶轮不稳定流动检测方法及其模型泵。

背景技术

离心泵作为通用机械已经广泛应用于国民经济的各个领域，尤其是在国防、水利、航天、石油化工等领域发挥着非常重要的作用。泵内部的复杂流动是影响泵稳定运行的主要因素，而叶轮作为泵工作的核心，是最主要的过流部件和做功部件，也是产生能量损失的主要部件。一般地，泵在偏离设计工况下运行时，泵内存在旋转失速、回流等极不稳定的流动现象，诱发离心泵及其管路系统发生低频压力脉动，并诱导噪声、振动和非定常流体力的产生，产生强烈机械振动，消耗大量能量，降低泵的运行可靠性和工作性能，不利于泵的安全稳定运行。

泵的性能曲线并不能很好地反映小流量下旋转失速和回流等不稳定流动，而扩压因子作为叶轮流动失速的判据也因为表达式的复杂而可操作性不高。因此需要简单有效的判断方法来快速判断叶轮是否发生流动失速，以减少离心泵不稳定流动造成的压力脉动所带来的不利影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种离心泵叶轮不稳定流动检测方法及其模型泵，利用粒子图像测速方法(PIV)结合叶片载荷分布的三项判定准则可以快速判断所检测叶轮是否发生不稳定流动。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

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为叶片型线不同计算点所对应的半径值，r_m为叶轮半径；

(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；

(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。

进一步地，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基/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。

进一步地，其中步骤(8)包括：