[发明专利]一种用于离心泵叶轮全流道的PIV流场测试的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流场测试装置，尤其是一种用于离心泵叶轮全流道的PIV流场测试的实验装置。

背景技术

粒子图像测速技术(PIV)是近年发展起来的一种新型内部流动测试技术，它突破传统单点测量限制，可瞬时无接触测量流场中一个截面上的速度分布，并且有较高的测量精度，在诸如超声速射流、剪切层流动、超燃冲压内流以及诸如拐角流、尖劈附着激波和圆柱脱体激波等超声速流场测量中得到了很好的测量结果。由于PIV测量属于非接触式测量手段，不但具有不干扰流场的特点，而且精确度较高，更能够获得整个流场的流动情况。

目前，PIV测试技术已广泛应用于离心泵的内部流场研究。扬州大学硕士学位论文“离心泵内部流场PIV实验研究”、“半开式离心泵内部流场PIV实验研究”和中国矿业大学硕士学位论文“离心泵动静叶栅内流模拟及优化分析”均对离心泵内部流场进行了PIV测试。但是，由于他们的实验采用通孔叶轮，而离心泵的泵轴会反射或散射实验中的激光光路，从而影响测试的结果。申请公布号为CN102425550A的中国专利“可视内流场测试离心泵”中就公开了一种离心泵，该离心泵包括壳体、叶轮、导叶、主轴、支撑装置，其特征在于，壳体、叶轮、导叶为透明材料制成的；壳体固定在支撑装置上，壳体具有中空的引水室；叶轮位于壳体内，并且固定在主轴的一端；主轴穿过壳体和支撑装置，并由支撑装置上的轴承支撑。在泵盖外侧放置一个CCD相机，厚度约为1mm的片光源以垂直泵轴的方向入射叶轮腔内，利用示踪粒子对光的折射作用，记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像，得到两帧图片，图片上记录的是待测区域的粒子图像，通过后处理软件根据互相关算法，可以得到每个粒子在该极短时间内的位移，从而计算出该粒子的速度，最终得到整个速度场。但是，主轴和叶轮间的固定方式为传统的轴和轴孔的固定方式，即叶轮上开设有轴孔，该轴孔为通孔，而主轴整体穿过轴孔并通过螺母进行固定。而螺母和主轴并非透明结构，当通过透明的壳体对叶轮处流体进行拍摄时，主轴处的螺母将影响激光光路的通过，而且还影响照相机的拍摄效果，不利于保证实验的严谨性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，能避免螺母部件对壳体内流体观察时的干扰，能更好地满足全流道观察的用于离心泵叶轮全流道的PIV流场测试的实验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于离心泵叶轮全流道的PIV流场测试的实验装置，包括带有叶轮腔的壳体，该叶轮腔内设有叶轮，叶轮处安装有泵轴，叶轮和壳体为透明材料制成，与泵轴轴线垂直的平面为横截面，所述叶轮上开设有带内螺纹的盲孔，所述泵轴的轴端设有与盲孔螺纹配合的螺纹段，该螺纹段处设有与该内螺纹相配合的外螺纹；

泵轴和叶轮间还设有用于阻止泵轴旋转退出盲孔的止逆单元；

所述泵轴上相邻螺纹段的部位设有止逆段，所述止逆单元包括有：

凸设于止逆段周壁上的棘齿；

叶轮盲孔处还开设有定位凹槽，该定位凹槽的横截面形状为非圆形结构；

止逆段处还套设有止逆环，该止逆环的横截面形状与定位凹槽的横截面形状相一致、且卡设于定位凹槽内；止逆环的内壁处凸设有与所述棘齿相配合、且用于限制泵轴旋转退出盲孔的棘爪。

本发明的有益效果是：叶轮上设置的盲孔结构用于固定泵轴，泵轴和盲孔间通过螺纹配合的方式实现相对固定，泵轴往一个方向旋转时，泵轴将进入并锁紧于盲孔内，该旋转方向为锁紧旋向；反之退出盲孔的旋向为解锁旋向。若泵轴采用解锁旋向进行转动时，容易造成泵轴和叶轮间的松脱，所以需要增加止逆单元，通过止逆单元保证泵轴采用解锁旋向时，阻止泵轴旋转退出盲孔，从而保证泵轴正转、反转都不影响实用装置的正常工作。实验过程中，通过泵轴实现动力的传输，盲孔相对于传统的轴孔而言，盲孔不会贯穿叶轮，其孔深只是原来的极小部分，不会阻挡侧部入射的激光光路，保证激光光路的通畅，保证全流道观察时的清晰度，提高实验的精度和准确性。