[发明专利]一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法

说明书

本发明公开了一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法，包括后盖板、主轴、叶轮和泵体，泵体包括吸入室和储水室，吸入室与蜗室连通，储水室顶端设有注水口，储水室底端通过回流孔与蜗室相连，蜗室出口段设有气液分离室；叶轮和泵体采用透明材质制成，储水室在进口侧设有视窗，视窗穿过储水室直接与蜗壳进口侧外壁相连；PIV测量时，CCD相机朝向视窗与叶轮同轴布置，获取泵内部截面流场的图像信息，从而实现对叶轮内部流场PIV的准确测量，本发明设置视窗，避免了储水室流场对图像的干扰；主流道结构不发生改变，保证了自吸泵的自吸性能与运行效率。

技术领域

本发明属于流体机械(泵)内部流动技术领域，尤其涉及一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法。

背景技术

自吸离心泵是一种具备自吸性能的离心式电泵，首次启动后无需灌水，具有结构紧凑、操作方便、便于维修等优点。与传统离心泵相比，自吸离心泵首次工作后启动无须灌水，具有操作简单、便于控制等优点。随着各应用领域对自吸泵效率、震动、噪声以及稳定性等性能要求的不断提高，自吸离心泵内部流场的结构急需优化改进。

目前对于离心泵内部流场的实验研究主要采用粒子图像测速技术(PIV)和激光多普勒测速技术(LDV)等方法。由于PIV测量属于非接触式多点测量技术，不仅具有不干扰流场的特点，而且测量精度随着仪器以及数据处理算法的进步不断提升。

PIV技术目前已经广泛应用于泵内流场的测量，对离心泵、混流泵以及轴流泵轴面以及进出口断面流场的测量方法，然而上述测试方法均无法适用于对常规自吸离心泵内部流场的测量。自吸离心泵由于其结构的独特性，泵腔的双层结构给自吸离心泵内部流场的PIV测量带来极大难度。现有对旋流自吸泵设计及内部流动研究中通过改变自吸泵进口结构，将传动轴穿过自吸泵进口管道与叶轮连接，从而从叶轮后侧对内部流场进行拍摄，该方法破坏了进口管道的密封性，不仅影响泵的自吸性能而且会干扰泵的进口流场，影响泵的效率。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构与PIV测量方法，目的在于解决现有自吸离心泵结构在进行PIV测试时，拍摄区域局限，测试精度低以及拍摄图片质量不高等问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种可进行内部流场PIV测量的自吸离心泵结构，包括后盖板、主轴、叶轮和泵体，所述泵体包括吸入室和储水室，所述吸入室与蜗室连通，所述储水室顶端设有注水口，储水室底端通过回流孔与蜗室相连，所述蜗室出口段设有气液分离室；所述叶轮和泵体采用透明材质制成，所述储水室在进口侧设有视窗，所述视窗穿过储水室直接与蜗壳进口侧外壁相连。

进一步，所述视窗为圆形孔，圆孔直径在叶轮直径的1/4-1/3；

进一步，所述视窗设有2个，2个视窗左右对称分布，视窗的中心位于叶轮的水平轴截面上；

进一步，所述气液分离室与储水室之间设有梯形回流孔，自吸阶段分离出的液体通过回流孔从气液分离室流入储水室；

进一步，叶轮位于蜗室内部，叶轮与主轴连接，主轴穿过后盖板，所述后盖板与泵体连接；

一种自吸泵的内部流场PIV测量方法，激光片光源正对叶轮并穿透蜗壳与叶轮，CCD相机朝向视窗与叶轮同轴布置，且CCD相机与片光源垂直；所述CCD相机获取泵内部截面流场的图像信息，计算机对图像进行互相关处理得到速度场信息，并通过软件处理得速度矢量图和云图。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明的泵体及主要部件均为透明结构，实现前后泵腔、叶轮及储水室内部流场的可视化；对储水室结构进行改变，通过与蜗室前壁相连的两个视窗，可进行叶轮内部流场PIV的准确测量，避免了储水室流场对图像的干扰；主流道结构不发生改变，保证了自吸泵的自吸性能与运行效率。