[发明专利]一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法

权利要求书

1.一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

装配步骤：将3D打印制备地转轮与连接组件组合成复合装配结构；将复合装配结构安装到水轮机上；

测量步骤：测量该3D打印制备的转轮与连接组件组合而成的复合装配结构的水力性能，

比对步骤：将测得3D打印制备的转轮与连接组件组合而成的复合装配结构的水力性能参数与采用金属加工的转轮的水力性能参数进行对比，

试验设计步骤：得出3D打印制备的转轮与连接组件组合而成的复合装配结构工况试验的试验条件；

且所述试验设计步骤中，得出的复合装配结构工况试验的试验条件中复合装配结构工况试验的水头高度不超过40m，复合装配结构的转速不高于850r/min；转轮下环直径不小于300mm，试验水温介于30-35℃之间；转轮下环与底环之间的间隙不低于0.25mm；

所述测量步骤中，所述水力性能包括效率、压力脉动、空化、S形安全余量和驼峰特性。

2. 如权利要求1所述的一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：所述水力性能中的效率特性采用水轮机工况效率试验测得，在导叶开度等于不同常数的情况下，并且在整个试验过程中保持模型转速恒定，测量不同工况点的流量Q、水头高度H、复合装配结构转速n、水轮机输出力矩M和水的温度t；计算水的密度的变化对效率计算值的影响；记录复合装配模型的水轮机工况效率原始试验数据，并与金属加工的转轮的工况效率试验数据进行对比。

3.如权利要求2所述的一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：所述水轮机工况效率的计算公式为：

。

4.如权利要求1所述的一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：所述水力性能中的压力脉动特性通过压力脉动测试系统测得，压力脉动测试系统完成各通道信号的同步采样，记录时域上的模拟信号波形，采用FFT分析方法对信号进行频谱分析，确定最大频域幅值及其对应的频率；其中压力脉动测试系统的采用频率为2000Hz，采样时间为16.3秒。

5.如权利要求4所述的一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：压力脉动时域幅值采用时域范围内的压力脉动最大峰峰值，对压力脉动测试系统记录到的压力脉动时域波形图，做97%置信度的混频双峰值计算和FFT分析，计算结果以相对参数的形式提供，如下所示：

；

；

；

式中，ΔH：压力脉动双振幅(m)，按97%的置信概率确定；H ：试验水头高度(m)

：通过FFT分析得到的压力脉动主频(Hz)；：转频(Hz)；：压力脉动频域振幅(m)；A：压力脉动时域相对值(%)；：压力脉动频域相对值(%)。

6.如权利要求1所述的一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：所述水力性能中的空化特性通过空化性试验测得，所述空化性试验的试验转速恒定为1100r/min，空化参考面为导叶中心线；在水泵运行的协联曲线上选取特征工况点进行水泵临界空化系数和初生空化系数试验；所述临界空化系数为，指与无空化工况效率相比，效率降低0.5%时的空化系数。

7.如权利要求6所述的一种3D打印水泵水轮机转轮模型试验方法，其特征在于：所述空化性试验中，对试验用水进行30min的抽气运行后开始空化试验，试验过程中检测水中空气含量，在小于最优流量的运行区域，将初生空化系数定义为随着吸出水头的减小，即尾水管内真空度的增加，在转轮2个叶片表面开始出现可见气泡时对对应的空化系数；在大于最优流量的运行区域，采用视觉观察与噪声法相结合确定初生空化系数。