[发明专利]定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学领域，具体涉及定位离心泵PIV叶轮旋转中心的方法和装置领域。

背景技术

粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，简称PIV)是一种间接测量流场速度的测量技术。PIV测试中，用激光器发出的激光照亮流场中的示踪粒子，用CCD相机拍摄示踪粒子图像，通过测量示踪粒子在图像中的位移来间接测量示踪粒子速度，从而统计得到示踪粒子附近流场速度。在离心泵PIV测试中，利用PIV技术只能测量得到叶轮内的绝对速度叶轮内相对速度需要利用下式计算得到：

V→rel=V→abs-V→u]]>

其中是叶轮牵连速度。可由下式计算得到：

V→u=Ω→×R→]]>

其中是叶轮旋转角速度，是旋转半径，即叶轮旋转中心O到叶轮流场某一点的距离。当叶轮旋转中心O位置确定，旋转半径也就确定了。为了获得准确的相对速度需要准确得到绝对速度旋转角速度和叶轮旋转中心O。绝对速度可以通过PIV技术精确测量得到，旋转角速度也可以利用旋转角速度测量或角速度测量方法精确得到。对于叶轮旋转中心O，现有技术还没有一种有效的测量方法来精确定位，而是局限于肉眼观察等经验方法来粗略定位，这样得到的相对速度测量有较大的误差。因此，为了提高相对速度测量的精度和可信度，需要一种更为规范和准确的叶轮旋转中心定位方法。

发明内容

本发明的目的：解决精确定位定叶轮旋转中心位置，准确重构叶轮内相对速度问题。

技术方案：本发明用相机拍摄泵轴端面的旋转定位图案，通过标定两帧图像中的旋转定位图案，可以精确确定叶轮旋转中心位置。利用叶轮旋转中心可以间接测量叶轮旋转角速度，进而得到准确的叶轮流场相对速度。

本发明的原理是：将叶轮固定在泵轴上，装上蜗壳，让蜗壳和叶轮内充满工作介质；调节激光器和跨帧CCD相机，使泵轴端面的旋转定位图案成像清晰；调整相机跨帧时间，使得在跨帧时间内泵轴旋转的角度在60°到120°之间；利用跨帧CCD相机拍摄旋转定位图案的两帧图像；通过标定两帧图像中的旋转定位图案，可以精确确定叶轮旋转中心位置；利用叶轮旋转中心位置和两帧图像中对应点，可以计算得到叶轮旋旋转角速度度；由叶轮旋旋转角速度度和叶轮旋转中心可以从叶轮流场绝对速度准确重构得到叶轮流场相对速度。

本发明的装置包括蜗壳、叶轮、泵轴、跨帧CCD相机、激光器、外触发同步装置、计算机；泵轴端面有旋转定位图案，用以精确确定叶轮旋转中心位置；叶轮安装在蜗壳内，通过螺纹连接固定在泵轴上；蜗壳、叶轮内充满工作介质，激光器和跨帧CCD相机通过外触发同步装置和计算机相连，计算机通过软件控制激光器和跨帧CCD相机工作。

上述装置中，叶轮后盖板附近和泵轴前端有一段约1cm到2cm的无螺纹部分，这部分叶轮和泵轴通过光滑圆柱面啮合。旋转定位图案包括以泵轴几何中心为圆心的二到四个同心圆，以及相交于泵轴几何的3到5条放射状直线。同心圆直径约为泵轴直径d的1/3到3/4，各同心圆间直径差为常数。放射状直线间夹角相等，从泵轴几何中心延伸到泵轴外径处。同心圆和放射状直线的线宽约为0.1mm到0.2mm，采用激光加工。

定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法如下：