CN110486296B - 轴流泵导叶体整流效果测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轴流泵导叶体整流效果测试装置及其测试方法，属于水利工程泵站技术领域。其特征是：由轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器、轴流泵导叶体、导叶体出口切向流速传感器、出水流道、出水箱、电磁流量计、管道和电动机等组成；导叶体进口切向流速传感器和导叶体出口切向流速传感器分别用于检测导叶体进口和出口的平均切向流速，根据导叶体进、出口平均切向流速检测结果，经计算可得导叶体切向流速调整率，从而为评价导叶体调整其进、出口旋转水流切向流速的效果提供定量技术指标。本发明对改进轴流泵导叶体的水力设计和提高泵装置整体水力设计水平、保证低扬程泵站的稳定高效运行具有重要意义。

Description

轴流泵导叶体整流效果测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及一种轴流泵导叶体整流效果测试装置及其测试方法，主要用于测试轴流泵导叶体调整旋转水流切向速度的效果，从能量角度看，可用于评价轴流泵导叶体将叶轮出口旋转水流的切向动能转变为导叶体出口压能的效果。

背景技术

轴流泵在低扬程泵站具有非常广泛的应用。轴流泵的导叶***于水泵叶轮出口，其主要作用是将从叶轮流出的旋转水流的切向流速调整为轴向流速。从实际应用情况看，由于轴流泵导叶体的叶片数和长度很有限，导叶体只是部分地将切向流速调整为轴向流速，导叶体出口的水流仍有明显的旋转运动。在大中型低扬程泵装置中，出水流道与轴流泵导叶体的出口相连接，从导叶体出口流出的水流呈螺旋状流入出水流道，研究发现，流道进口水流的旋转速度显著地影响到出水流道内的流态，例如：在斜式出水流道、虹吸式出水流道内存在着较为严重的偏流和旋涡，对低扬程泵装置的稳定运行产生了不良影响。为了深入研究低扬程泵装置出水流道的偏流和旋涡问题，需要了解轴流泵导叶体调整旋转水流切向速度的效果，以便为改进轴流泵导叶体的水力设计提供科学依据。

轴流泵叶轮和导叶体的水力设计理论都是建立在叶轮叶片和导叶体叶片进、出口速度三角形基础上的，而进、出口速度三角形又以叶轮叶片和导叶体叶片无限多、无限薄的假定为前提条件。进、出口速度三角形常用于定性的理论分析，可以认为紧贴叶片表面的水流是符合进、出口速度三角形规律的。实际上，轴流泵叶轮的叶片只有(3～5)片、轴流泵导叶体的叶片只有(5～10)片，在相邻两叶片之间的较大范围内，水流的实际运动速度与所谓进、出口速度三角形规律的差别还是很大的。若采用速度三角形的理论方法计算轴流泵叶轮出口和导叶体出口旋转水流的切向速度，其计算误差必然很大。例如，按导叶体速度三角形理论方法计算，导叶体出口水流的切向流速应该为零，但在实际运行中可以清楚地观察到轴流泵导叶体出口的水流具有较大的切向速度。由此可见，如需定量评价轴流泵导叶体调整旋转水流切向速度的实际效果，只能采用实测的方法。

可以采用大型激光流速仪进行点流速测试的方法，对导叶体进口断面和导叶体出口断面旋转水流的切向流速分别地进行逐点的测试，但这种方法费用多、难度高、工作量大，目前尚未有成功实例。

发明内容

本发明的目的就是针对上述难题，提出了一种准确且简单易行的轴流泵导叶体进、出口旋转水流平均切向流速的测试装置及其测试方法，用于测试和定量评价轴流泵导叶体调整旋转水流切向速度的效果，可为改进轴流泵导叶体的水力设计提供关键的技术依据。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的：

轴流泵导叶体整流效果测试装置，其特征是，该装置为立式循环装置，其组成依次包括：轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器及传感器室、导叶体、导叶体出口切向流速传感器及传感器室、出水流道、出水箱、辅助泵、电磁流量计；被测试轴流泵叶轮直径为D；所述叶轮安装于叶轮室内，所述导叶体进口切向流速传感器安装于导叶体进口切向流速传感器室空腔内，所述导叶体出口切向流速传感器安装于导叶体出口切向流速传感器室空腔内；所述导叶体进口切向流速传感器室布置在所述轴流泵叶轮室和导叶体之间，所述导叶体出口切向流速传感器室布置在所述轴流泵导叶体之后。

进一步地，所述导叶体进口切向流速传感器由导叶体进口切向流速传感器轮毂体、若干导叶体进口切向流速传感器叶片、铝箔反光片、导叶体进口光电脉冲探头以及与导叶体进口光电脉冲探头连接的导叶体进口光电脉冲计数仪组成；

所述导叶体进口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，所述轴流泵的泵轴穿过导叶体进口切向流速传感器轮毂体，且导叶体进口切向流速传感器轮毂体可绕泵轴自由转动；所述导叶体进口切向流速传感器叶片均匀布置于导叶体进口切向流速传感器轮毂体外侧壁，在每只导叶体进口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

在导叶体进口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体进口光电脉冲探头伸进导叶体进口切向流速传感器室内，使其与所述导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙。

进一步地，所述导叶体进口切向流速传感器轮毂体直径D_jg与导叶体进口断面的轮毂直径相等；导叶体进口切向流速传感器轮毂体空腔内壁的两端分别设有导叶体进口切向流速传感器支撑片，两导叶体进口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体进口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_jk与泵轴动配合；

被测试轴流泵叶轮直径为D，在导叶体进口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体进口切向流速传感器叶片，每只导叶体进口切向流速传感器叶片所在的平面均通过导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体进口切向流速传感器叶片外缘至导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_jc为0.457D；

所述导叶体进口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体进口切向流速传感器叶片内、外侧的轴向长度L_jn和L_jw分别为0.599D和0.629D；导叶体进口切向流速传感器叶片进口边与所述轴流泵叶轮叶片出口边平行，导叶体进口切向流速传感器叶片出口边与导叶体导叶片进口边平行。

进一步地，导叶体进口切向流速传感器的工作过程：从轴流泵叶轮流出的旋转水流流经导叶体进口切向流速传感器，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体进口切向流速传感器叶片跟随水流绕泵轴转动；当导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片随导叶体进口切向流速传感器叶片转动经过导叶体进口光电脉冲探头时，铝箔反光片会将导叶体进口光电脉冲探头发出的光线反射回导叶体进口光电脉冲探头；当导叶体进口光电脉冲探头接收到铝箔反光片反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体进口光电脉冲探头连结的导叶体进口光电脉冲计数仪；

进一步地，所述导叶体出口切向流速传感器由导叶体出口切向流速传感器轮毂体、若干导叶体出口切向流速传感器叶片、导叶体出口切向流速传感器转动轴、铝箔反光片、导叶体出口光电脉冲探头以及与导叶体出口光电脉冲探头相连的导叶体出口光电脉冲计数仪组成；

所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，所述导叶体出口切向流速传感器转动轴的一端固定于导叶体出水侧的轮毂体中心，导叶体出口切向流速传感器转动轴穿过导叶体出口切向流速传感器轮毂体，且导叶体出口切向流速传感器轮毂体可绕导叶体出口切向流速传感器转动轴自由转动；所述导叶体出口切向流速传感器叶片均匀布置于导叶体出口切向流速传感器轮毂体外侧壁，在每只导叶体出口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

在导叶体出口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体出口光电脉冲探头伸进导叶体出口切向流速传感器室内，使其与导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙。

进一步地，所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体直径D_cg与导叶体出口断面的轮毂直径相等，被测试轴流泵叶轮直径为D；导叶体出口切向流速传感器轮毂体空腔内壁的两端分别设有导叶体出口切向流速传感器支撑片，两导叶体出口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体出口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_ck为0.073D；

导叶体出口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体出口切向流速传感器叶片的内、外侧长度L_cn和L_cw分别为0.658D和0.669D；在导叶体出口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体出口切向流速传感器叶片，每只导叶体出口切向流速传感器叶片所在平面均通过导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体出口切向流速传感器叶片外缘至导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_cc为0.501D；导叶体出口切向流速传感器叶片进口边与导叶片出口边平行，导叶体出口切向流速传感器叶片出口边与泵轴中心线垂直。

进一步地，导叶体出口切向流速传感器的工作过程：从导叶体流出的旋转水流流经导叶体出口切向流速传感器，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体出口切向流速传感器叶片跟随水流绕所述导叶体出口切向流速传感器转动轴转动；当导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片随导叶体出口切向流速传感器叶片转动经过导叶体出口光电脉冲探头时，铝箔反光片会将导叶体出口光电脉冲探头发出的光线反射回导叶体出口光电脉冲探头；当导叶体出口光电脉冲探头接收到铝箔反光片反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体出口光电脉冲探头连结的导叶体出口光电脉冲计数仪。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的：

(1)本发明为立式循环装置，其组成依次为：轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器及传感器室、导叶体、导叶体出口切向流速传感器及传感器室、出水流道、出水箱、辅助泵、电磁流量计；被测试轴流泵叶轮直径为D；

(2)导叶体进口切向流速传感器及传感器室布置在所述轴流泵叶轮室和导叶体之间，导叶体进口切向流速传感器室的进口法兰与叶轮室出口法兰连接、导叶体进口切向流速传感器室的出口法兰与导叶体进口法兰连接；导叶体进口切向流速传感器由导叶体进口切向流速传感器轮毂体、导叶体进口切向流速传感器叶片、导叶体进口切向流速传感器支撑片、导叶体进口切向流速传感器转动轴孔、铝箔反光片组成；

导叶体进口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，其直径D_jg与导叶体进口断面的轮毂直径相等；在导叶体进口切向流速传感器轮毂体两端的导叶体进口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体进口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_jk与泵轴动配合，导叶体进口切向流速传感器轮毂体可绕泵轴自由转动；在导叶体进口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体进口切向流速传感器叶片，每只导叶体进口切向流速传感器叶片所在的平面均通过导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体进口切向流速传感器叶片外缘至导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_jc为0.457D；

所述导叶体进口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体进口切向流速传感器叶片内、外侧的轴向长度L_jn和L_jw分别为0.599D和0.629D；导叶体进口切向流速传感器叶片进口边与所述轴流泵叶轮叶片出口边平行，导叶体进口切向流速传感器叶片出口边与导叶体导叶片进口边平行；在每只导叶体进口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

(3)在导叶体进口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体进口光电脉冲探头伸进导叶体进口切向流速传感器室内，使其与所述导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙；

(4)导叶体进口切向流速传感器的工作过程：从轴流泵叶轮流出的旋转水流流经导叶体进口切向流速传感器，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体进口切向流速传感器叶片跟随水流绕泵轴转动；当导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片随导叶体进口切向流速传感器叶片转动经过导叶体进口光电脉冲探头时，铝箔反光片会将所述导叶体进口光电脉冲探头发出的光线反射回导叶体进口光电脉冲探头；当导叶体进口光电脉冲探头接收到铝箔反光片反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体进口光电脉冲探头连结的导叶体进口光电脉冲计数仪；

(5)导叶体出口切向流速传感器及传感器室布置在所述轴流泵导叶体之后；导叶体出口切向流速传感器由导叶体出口切向流速传感器轮毂体、导叶体出口切向流速传感器叶片、导叶体出口切向流速传感器支撑片、导叶体出口切向流速传感器转动轴孔、导叶体出口切向流速传感器转动轴、铝箔反光片组成；所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，其直径D_cg与导叶体出口断面的轮毂直径相等；在导叶体出口切向流速传感器轮毂体两端的导叶体出口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体出口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_ck为0.073D；

导叶体出口切向流速传感器转动轴的一端固定于导叶体出水侧的轮毂体中心，其轴径与所述导叶体出口切向流速传感器转动轴孔动配合，导叶体出口切向流速传感器轮毂体可绕导叶体出口切向流速传感器转动轴自由转动；导叶体出口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体出口切向流速传感器叶片的内、外侧长度L_cn和L_cw分别为0.658D和0.669D；

在导叶体出口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体出口切向流速传感器叶片，每只导叶体出口切向流速传感器叶片所在平面均通过导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体出口切向流速传感器叶片外缘至导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_cc为0.501D；导叶体出口切向流速传感器叶片进口边与导叶片出口边平行，导叶体出口切向流速传感器叶片出口边与泵轴中心线垂直；在每只导叶体出口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

(6)在导叶体出口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体出口光电脉冲探头伸进导叶体出口切向流速传感器室内，使其与导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙；

(7)导叶体出口切向流速传感器的工作过程：从导叶体流出的旋转水流流经导叶体出口切向流速传感器，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体出口切向流速传感器叶片跟随水流绕所述导叶体出口切向流速传感器转动轴转动；当导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片随导叶体出口切向流速传感器叶片转动经过导叶体出口光电脉冲探头时，铝箔反光片会将导叶体出口光电脉冲探头发出的光线反射回光导叶体出口电脉冲探头；当导叶体出口光电脉冲探头接收到铝箔反光片反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体出口光电脉冲探头连结的导叶体出口光电脉冲计数仪；

(8)本发明的测试装置连续工作一段时间后，导叶体进口光电脉冲计数仪会显示和记录设定时间t秒内接收到的导叶体进口光电脉冲数m₁；根据导叶体进口光电脉冲数m₁，按下列步骤计算导叶体进口水流的平均切向流速：

由4只叶片组成的导叶体进口切向流速传感器叶片的旋转速度为

n₁＝m₁/4t (r/s) (1)

在稳定运行的条件下，由导叶体进口切向流速传感器叶片的转速可计算导叶体进口旋转水流的平均角速度

设导叶体进口断面任一点的半径为r，则该点水流的切向流速为

以R_1w和R_1n分别表示导叶体进口断面的半径和导叶体该断面处的轮毂半径，厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₁为

设

和

分别为导叶体进口断面能量意义上的平均切向流速和所对应的平均半径，则有

厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₁也可用平均切向流速

表示为：

将(4)、(6)两式联立，可得：

导叶体进口断面水流旋转的平均切向流速：

(9)本发明的测试装置连续工作一段时间后，导叶体出口光电脉冲计数仪会显示和记录设定时间t秒内接收到的导叶体出口光电脉冲数m₂；根据导叶体出口光电脉冲数m₂，按下列步骤计算导叶体出口水流的平均切向流速：

由4只叶片组成的导叶体出口切向流速传感器叶片的旋转速度为

n₂＝m₂/4t(r/s) (9)

在稳定运行的条件下，由导叶体出口切向流速传感器叶片的转速可计算导叶体出口旋转水流的平均角速度

设导叶体出口断面任一点的半径为r，则该点水流的切向流速为

以R_2w和R_2n分别表示导叶体出口断面的半径和导叶体该断面处轮毂的半径，厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₂为

设

和

分别为导叶体出口断面能量意义上的平均切向流速和所对应的平均半径，则有

厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₂也可用平均切向流速

表示为：

将(12)、(14)两式联立，可得：

导叶体出口断面水流旋转的平均切向流速：

(10)计算导叶体切向流速调整率；

将导叶体出口水流的平均切向流速

与导叶体进口水流的平均切向流速

之比定义为导叶体切向流速调整率：

导叶体切向流速调整率k_t＜1，可用于对导叶体调整其进、出口旋转水流切向速度的效果进行定量评价。

本发明由轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器、轴流泵导叶体、导叶体出口切向流速传感器、出水流道、出水箱、电磁流量计、管道和电动机等组成；导叶体进口切向流速传感器和导叶体出口切向流速传感器分别用于检测导叶体进口和出口的平均切向流速，根据导叶体进、出口平均切向流速检测结果，经计算可得导叶体切向流速调整率，从而为评价导叶体调整其进、出口旋转水流切向流速的效果提供定量技术指标。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明为准确测试轴流泵导叶体调整旋转水流切向流速和回收切向动能的效果提供了简单易行的方法，为评价轴流泵导叶体水力设计提供了定量的技术指标，对于改进轴流泵导叶体的水力设计具有不可替代的作用；

第二，应用本发明的方法可以测出轴流泵装置导叶体出口水流所实际具有的平均切向流速和平均切向角速度，为研究大中型低扬程泵装置出水流道内的三维流场和改进出水流道的水力设计提供了关键的技术参数；

第三，应用本发明的方法可以测出水泵导叶体进口水流所实际具有的平均切向流速和平均切向角速度，为研究轴流泵叶轮内的三维流场和改进叶轮的水力设计提供了关键的技术参数；

第四，本发明对于研究低扬程轴流泵装置内部的三维流场、进一步提高低扬程泵装置的整体水力设计水平和保证低扬程泵站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的测试装置示意图；

图2为本发明轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器及传感器室、导叶体和导叶体出口切向流速传感器及传感器室的连接方式示意图；

图3(a)为本发明导叶体进口切向流速传感器及传感器室结构示意图；

图3(b)为本发明导叶体进口切向流速传感器尺寸图；

图4(a)为本发明导叶体出口切向流速传感器及传感器室结构示意图；

图4(b)为本发明导叶体出口切向流速传感器尺寸图；

图中：20轴流泵叶轮，21叶轮室，22叶轮叶片，30导叶体进口切向流速传感器，31导叶体进口切向流速传感器室，32导叶体进口切向流速传感器轮毂体，33导叶体进口切向流速传感器叶片，34导叶体进口切向流速传感器支撑片，35导叶体进口切向流速传感器转动轴孔，36铝箔反光片，37导叶体进口光电脉冲探头，38导叶体进口光电脉冲计数仪，39泵轴，40导叶体，41导叶片，50导叶体出口切向流速传感器，51导叶体出口切向流速传感器室，52导叶体出口切向流速传感器轮毂体，53导叶体出口切向流速传感器叶片，54导叶体出口切向流速传感器支撑片，55导叶体出口切向流速传感器转动轴孔，56铝箔反光片，57导叶体出口光电脉冲探头，58导叶体出口光电脉冲计数仪，59导叶体出口切向流速传感器转动轴，6出水流道，7出水箱，8辅助泵，9电磁流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明的轴流泵导叶体整流效果测试装置及其测试方法如下：

(1)如图1所示，本发明为立式循环装置，其组成依次为：轴流泵叶轮20及叶轮室21、导叶体进口切向流速传感器30及导叶体进口切向流速传感器室31、导叶体40、导叶体出口切向流速传感器50及导叶体出口切向流速传感器室51、出水流道6、出水箱7、辅助泵8、电磁流量计9等；被测试轴流泵叶轮20的直径为D；

(2)导叶体进口切向流速传感器30及导叶体进口切向流速传感器室31布置在所述轴流泵叶轮室21和导叶体40之间，如图1所示，导叶体进口切向流速传感器室31的进口法兰与叶轮室21的出口法兰连接、导叶体进口切向流速传感器室31的出口法兰与导叶体40的进口法兰连接，如图2所示；

导叶体进口切向流速传感器30由导叶体进口切向流速传感器轮毂体32、导叶体进口切向流速传感器叶片33、导叶体进口切向流速传感器支撑片34、导叶体进口切向流速传感器转动轴孔35、铝箔反光片36组成，如图2和图3(a)所示；如图3(b)所示，导叶体进口切向流速传感器轮毂体32为中空薄壁圆柱形结构，其直径D_jg与导叶体40进口断面的轮毂直径相等；

在导叶体进口切向流速传感器轮毂体32两端的导叶体进口切向流速传感器支撑片34上各开设一个导叶体进口切向流速传感器转动轴孔35，其孔径D_jk与泵轴39动配合，导叶体进口切向流速传感器轮毂体32可绕泵轴39自由转动；在导叶体进口切向流速传感器轮毂体32外缘间隔90°均匀布置4只导叶体进口切向流速传感器叶片33，每只导叶体进口切向流速传感器叶片33所在的平面均通过导叶体进口切向流速传感器轮毂体32的中心线，导叶体进口切向流速传感器叶片33外缘至导叶体进口切向流速传感器轮毂体32中心线的距离R_jc为0.457D；

导叶体进口切向流速传感器叶片33为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体进口切向流速传感器叶片33内、外侧的轴向长度L_jn和L_jw分别为0.599D和0.629D；导叶体进口切向流速传感器叶片33的进口边与所述轴流泵叶轮20的叶片22的出口边平行，导叶体进口切向流速传感器叶片33的出口边与导叶体40的导叶片41的进口边平行，如2所示；在每只导叶体进口切向流速传感器叶片33的侧面贴有铝箔反光片36，如3(a)所示；

(3)在导叶体进口切向流速传感器室31的外壁上钻孔，将导叶体进口光电脉冲探头37伸进导叶体进口切向流速传感器室31内，使其与所述导叶体进口切向流速传感器叶片33侧面的铝箔反光片36齐平并与铝箔反光片36保持尽可能小的间隙，如图3(a)所示；

(4)导叶体进口切向流速传感器30的工作过程：

从轴流泵叶轮20流出的旋转水流流经导叶体进口切向流速传感器30，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体进口切向流速传感器叶片33跟随水流绕泵轴39转动；当导叶体进口切向流速传感器叶片33侧面的铝箔反光片36随导叶体进口切向流速传感器叶片33转动经过导叶体进口光电脉冲探头37时，铝箔反光片36会将所述导叶体进口光电脉冲探头37发出的光线反射回导叶体进口光电脉冲探头37；当导叶体进口光电脉冲探头37接收到铝箔反光片36反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体进口光电脉冲探头37连结的导叶体进口光电脉冲计数仪38，如图1所示；

(5)导叶体出口切向流速传感器50及导叶体出口切向流速传感器室51布置在所述轴流泵导叶体40之后，如图2所示；导叶体出口切向流速传感器50由导叶体出口切向流速传感器轮毂体52、导叶体出口切向流速传感器叶片53、导叶体出口切向流速传感器支撑片54、导叶体出口切向流速传感器转动轴孔55、铝箔反光片56组成，如图2和图4(a)所示；如图4(b)所示，所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体52为中空薄壁圆柱形结构，其直径D_cg与导叶体40出口断面的轮毂直径相等；在导叶体出口切向流速传感器轮毂体52两端的导叶体出口切向流速传感器支撑片54上各开设一个导叶体出口切向流速传感器转动轴孔55，其孔径D_ck为0.073D；

导叶体出口切向流速传感器转动轴59的一端固定于导叶体40出水侧的轮毂体41的中心，其轴径与所述导叶体出口切向流速传感器转动轴孔55动配合，导叶体出口切向流速传感器轮毂体52可绕导叶体出口切向流速传感器转动轴59自由转动；导叶体出口切向流速传感器叶片53为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体出口切向流速传感器叶片53的内、外侧长度L_cn和L_cw分别为0.658D和0.669D；

在导叶体出口切向流速传感器轮毂体52外缘间隔90°均匀布置4只导叶体出口切向流速传感器叶片53，每只导叶体出口切向流速传感器叶片53所在平面均通过导叶体出口切向流速传感器轮毂体52的中心线，导叶体出口切向流速传感器叶片53外缘至导叶体出口切向流速传感器轮毂体52中心线的距离R_cc为0.501D；导叶体出口切向流速传感器叶片53进口边与导叶体40导叶片41的出口边平行，导叶体出口切向流速传感器叶片53出口边与泵轴39的中心线垂直，如图2所示；在每只导叶体出口切向流速传感器叶片53的侧面贴有铝箔反光片56，如图4(a)所示；

(6)在导叶体出口切向流速传感器室51的外壁上钻孔，将导叶体出口光电脉冲探头57伸进导叶体出口切向流速传感器室51内，使其与导叶体出口切向流速传感器叶片53侧面的铝箔反光片56齐平并与铝箔反光片56保持尽可能小的间隙，如图4(a)所示；

(7)导叶体出口切向流速传感器50的工作过程：

从导叶体40流出的旋转水流流经导叶体出口切向流速传感器50，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体出口切向流速传感器叶片53跟随水流绕导叶体出口切向流速传感器转动轴59转动；当导叶体出口切向流速传感器叶片53侧面的铝箔反光片56随导叶体出口切向流速传感器叶片53转动经过导叶体出口光电脉冲探头57时，铝箔反光片56会将导叶体出口光电脉冲探头57发出的光线反射回导叶体出口光电脉冲探头57；当导叶体出口光电脉冲探头57收到铝箔反光片56反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体出口光电脉冲探头57结的导叶体出口光电脉冲计数仪58，如图1所示；

(8)本发明的测试装置连续工作一段时间后，导叶体进口光电脉冲计数仪38会显示和记录设定时间t秒内接收到的导叶体进口光电脉冲数m₁；

根据公式(8)计算导叶体40进口断面水流旋转的平均切向流速为

式中，R_1w和R_1n分别为导叶体40进口断面的半径和导叶体40进口断面处的轮毂半径；

(9)本发明的测试装置连续工作一段时间后，导叶体出口光电脉冲计数仪58会显示和记录设定时间t秒内接收到的导叶体出口光电脉冲数m₂；

根据公式(16)计算导叶体40出口断面水流旋转的平均切向流速为

式中，R_2w和R_2n分别为导叶体40出口断面的半径和导叶体40出口断面处轮毂的半径；

(10)根据公式(17)计算导叶体切向流速调整率为

式中，

和

分别为导叶体40进口水流的平均切向流速

和导叶体40出口水流的平均切向流速；

导叶体切向流速调整率k_t＜1，可用于对导叶体40调整其进、出口旋转水流切向速度的效果进行定量评价。

Claims (5)

1.轴流泵导叶体整流效果测试装置，其特征是，该装置组成依次包括：轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器及传感器室、导叶体、导叶体出口切向流速传感器及传感器室、出水流道、出水箱、辅助泵、电磁流量计；所述导叶体进口切向流速传感器安装于导叶体进口切向流速传感器室空腔内，所述导叶体出口切向流速传感器安装于导叶体出口切向流速传感器室空腔内；所述导叶体进口切向流速传感器室布置在所述轴流泵叶轮室和导叶体之间，所述导叶体出口切向流速传感器室布置在所述轴流泵导叶体之后；

所述导叶体进口切向流速传感器由导叶体进口切向流速传感器轮毂体、若干导叶体进口切向流速传感器叶片、铝箔反光片、导叶体进口光电脉冲探头以及与导叶体进口光电脉冲探头连接的导叶体进口光电脉冲计数仪组成；

所述导叶体进口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，所述轴流泵的泵轴穿过导叶体进口切向流速传感器轮毂体，且导叶体进口切向流速传感器轮毂体可绕泵轴自由转动；所述导叶体进口切向流速传感器叶片均匀布置于导叶体进口切向流速传感器轮毂体外侧壁，在每只导叶体进口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

在导叶体进口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体进口光电脉冲探头伸进导叶体进口切向流速传感器室内，使其与所述导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙。

2.根据权利要求1所述的轴流泵导叶体整流效果测试装置，其特征是，所述导叶体出口切向流速传感器由导叶体出口切向流速传感器轮毂体、若干导叶体出口切向流速传感器叶片、导叶体出口切向流速传感器转动轴、铝箔反光片、导叶体出口光电脉冲探头以及与导叶体出口光电脉冲探头相连的导叶体出口光电脉冲计数仪组成；

所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，所述导叶体出口切向流速传感器转动轴的一端固定于导叶体出水侧的轮毂体中心，导叶体出口切向流速传感器转动轴穿过导叶体出口切向流速传感器轮毂体，且导叶体出口切向流速传感器轮毂体可绕导叶体出口切向流速传感器转动轴自由转动；所述导叶体出口切向流速传感器叶片均匀布置于导叶体出口切向流速传感器轮毂体外侧壁，在每只导叶体出口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

在导叶体出口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体出口光电脉冲探头伸进导叶体出口切向流速传感器室内，使其与导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙。

3.根据权利要求1所述的轴流泵导叶体整流效果测试装置，其特征是，所述导叶体进口切向流速传感器轮毂体直径D_jg与导叶体进口断面的轮毂直径相等；导叶体进口切向流速传感器轮毂体空腔内壁的两端分别设有导叶体进口切向流速传感器支撑片，两导叶体进口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体进口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_jk与泵轴动配合；

被测试轴流泵叶轮直径为D，在导叶体进口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体进口切向流速传感器叶片，每只导叶体进口切向流速传感器叶片所在的平面均通过导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体进口切向流速传感器叶片外缘至导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_jc为0.457D；

所述导叶体进口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体进口切向流速传感器叶片内、外侧的轴向长度L_jn和L_jw分别为0.599D和0.629D；导叶体进口切向流速传感器叶片进口边与所述轴流泵叶轮叶片出口边平行，导叶体进口切向流速传感器叶片出口边与导叶体导叶片进口边平行。

4.根据权利要求2所述的轴流泵导叶体整流效果测试装置，其特征是，所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体直径D_cg与导叶体出口断面的轮毂直径相等，被测试轴流泵叶轮直径为D；导叶体出口切向流速传感器轮毂体空腔内壁的两端分别设有导叶体出口切向流速传感器支撑片，两导叶体出口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体出口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_ck为0.073D；

导叶体出口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体出口切向流速传感器叶片的内、外侧长度L_cn和L_cw分别为0.658D和0.669D；在导叶体出口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体出口切向流速传感器叶片，每只导叶体出口切向流速传感器叶片所在平面均通过导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体出口切向流速传感器叶片外缘至导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_cc为0.501D；导叶体出口切向流速传感器叶片进口边与导叶片出口边平行，导叶体出口切向流速传感器叶片出口边与泵轴中心线垂直。

5.轴流泵导叶体整流效果测试方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)制作立式循环测试装置，其组成依次为：轴流泵叶轮及叶轮室、导叶体进口切向流速传感器及传感器室、导叶体、导叶体出口切向流速传感器及传感器室、出水流道、出水箱、辅助泵、电磁流量计，被测试轴流泵叶轮直径为D；

(2)导叶体进口切向流速传感器及传感器室布置在所述轴流泵叶轮室和导叶体之间，导叶体进口切向流速传感器室的进口法兰与叶轮室出口法兰连接、导叶体进口切向流速传感器室的出口法兰与导叶体进口法兰连接；导叶体进口切向流速传感器由导叶体进口切向流速传感器轮毂体、导叶体进口切向流速传感器叶片、导叶体进口切向流速传感器支撑片、导叶体进口切向流速传感器转动轴孔、铝箔反光片组成；

导叶体进口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，其直径D_jg与导叶体进口断面的轮毂直径相等；导叶体进口切向流速传感器轮毂体两端的导叶体进口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体进口切向流速传感器转动轴孔，其孔径D_jk与泵轴动配合，导叶体进口切向流速传感器轮毂体可绕泵轴自由转动；在导叶体进口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体进口切向流速传感器叶片，每只导叶体进口切向流速传感器叶片所在的平面均通过导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体进口切向流速传感器叶片外缘至导叶体进口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_jc为0.457D；

所述导叶体进口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体进口切向流速传感器叶片内、外侧的轴向长度L_jn和L_jw分别为0.599D和0.629D；导叶体进口切向流速传感器叶片进口边与所述轴流泵叶轮叶片出口边平行，导叶体进口切向流速传感器叶片出口边与导叶体导叶片进口边平行；在每只导叶体进口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

(3)在导叶体进口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体进口光电脉冲探头伸进导叶体进口切向流速传感器室内，使其与所述导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙；

(4)导叶体进口切向流速传感器的工作过程：从轴流泵叶轮流出的旋转水流流经导叶体进口切向流速传感器，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体进口切向流速传感器叶片跟随水流绕泵轴转动；当导叶体进口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片随导叶体进口切向流速传感器叶片转动经过导叶体进口光电脉冲探头时，铝箔反光片会将所述导叶体进口光电脉冲探头发出的光线反射回导叶体进口光电脉冲探头；当导叶体进口光电脉冲探头接收到铝箔反光片反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体进口光电脉冲探头连结的导叶体进口光电脉冲计数仪；

(5)导叶体出口切向流速传感器及传感器室布置在所述轴流泵导叶体之后；导叶体出口切向流速传感器由导叶体出口切向流速传感器轮毂体、导叶体出口切向流速传感器叶片、导叶体出口切向流速传感器支撑片、导叶体出口切向流速传感器转动轴孔、导叶体出口切向流速传感器转动轴、铝箔反光片组成；所述导叶体出口切向流速传感器轮毂体为中空薄壁圆柱形结构，其直径D_cg与导叶体出口断面的轮毂直径相等；在导叶体出口切向流速传感器轮毂体两端的导叶体出口切向流速传感器支撑片上各开设一个导叶体出口切向流速传感器转动轴孔，用于导叶体出口切向流速传感器转动轴穿过，其孔径D_ck为0.073D；

导叶体出口切向流速传感器转动轴的一端固定于导叶体出水侧的轮毂体中心，其轴径与所述导叶体出口切向流速传感器转动轴孔动配合，导叶体出口切向流速传感器轮毂体可绕导叶体出口切向流速传感器转动轴自由转动；导叶体出口切向流速传感器叶片为平直薄片，其厚度为0.009D，导叶体出口切向流速传感器叶片的内、外侧长度L_cn和L_cw分别为0.658D和0.669D；

在导叶体出口切向流速传感器轮毂体外缘间隔90°均匀布置4只导叶体出口切向流速传感器叶片，每只导叶体出口切向流速传感器叶片所在平面均通过导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线，导叶体出口切向流速传感器叶片外缘至导叶体出口切向流速传感器轮毂体中心线的距离R_cc为0.501D；导叶体出口切向流速传感器叶片进口边与导叶片出口边平行，导叶体出口切向流速传感器叶片出口边与泵轴中心线垂直；在每只导叶体出口切向流速传感器叶片的侧面贴有铝箔反光片；

(6)在导叶体出口切向流速传感器室的外壁上钻孔，将导叶体出口光电脉冲探头伸进导叶体出口切向流速传感器室内，使其与导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片齐平并与铝箔反光片保持尽可能小的间隙；

(7)导叶体出口切向流速传感器的工作过程：从导叶体流出的旋转水流流经导叶体出口切向流速传感器，在旋转水流切向流速的作用下，导叶体出口切向流速传感器叶片跟随水流绕所述导叶体出口切向流速传感器转动轴转动；当导叶体出口切向流速传感器叶片侧面的铝箔反光片随导叶体出口切向流速传感器叶片转动经过导叶体出口光电脉冲探头时，铝箔反光片会将导叶体出口光电脉冲探头发出的光线反射回导叶体出口光电脉冲探头；当导叶体出口光电脉冲探头接收到铝箔反光片反射回来的光线后，会产生电脉冲信号送到与导叶体出口光电脉冲探头连结的导叶体出口光电脉冲计数仪；

(8)待该测试装置连续工作一段时间后，导叶体进口光电脉冲计数仪会显示和记录设定时间t秒内接收到的导叶体进口光电脉冲数m₁；根据导叶体进口光电脉冲数m₁，按下列步骤计算导叶体进口水流的平均切向流速：

由4只叶片组成的导叶体进口切向流速传感器叶片的旋转速度为

n₁＝m₁/4t (r/s) (1)

在稳定运行的条件下，由导叶体进口切向流速传感器叶片的转速可计算导叶体进口旋转水流的平均角速度

设导叶体进口断面任一点的半径为r，则该点水流的切向流速为

以R_1w和R_1n分别表示导叶体进口断面的半径和导叶体该断面处的轮毂半径，厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₁为

设

和

分别为导叶体进口断面能量意义上的平均切向流速和所对应的平均半径，则有

厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₁也可用平均切向流速

表示为：

将(4)、(6)两式联立，可得：

导叶体进口断面水流旋转的平均切向流速：

(9)待该测试装置连续工作一段时间后，导叶体出口光电脉冲计数仪会显示和记录设定时间t秒内接收到的导叶体出口光电脉冲数m₂；根据导叶体出口光电脉冲数m₂，按下列步骤计算导叶体出口水流的平均切向流速：

由4只叶片组成的导叶体出口切向流速传感器叶片的旋转速度为

n₂＝m₂/4t (r/s) (9)

在稳定运行的条件下，由导叶体出口切向流速传感器叶片的转速可计算导叶体出口旋转水流的平均角速度

设导叶体出口断面任一点的半径为r，则该点水流的切向流速为

以R_2w和R_2n分别表示导叶体出口断面的半径和导叶体该断面处轮毂的半径，厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₂为

设

和

分别为导叶体出口断面能量意义上的平均切向流速和所对应的平均半径，则有

厚度为△Z的水体所具有的切向动能E₂也可用平均切向流速

表示为：

将(12)、(14)两式联立，可得：

导叶体出口断面水流旋转的平均切向流速：

(10)计算导叶体切向流速调整率；

将导叶体出口水流的平均切向流速

与导叶体进口水流的平均切向流速

之比定义为导叶体切向流速调整率：

导叶体切向流速调整率k_t＜1，可用于对导叶体调整其进、出口旋转水流切向速度的效果进行定量评价。

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