專利名稱：水泵水力模型試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水泵水力模型試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
水力模型試驗(yàn)為在模型中重演(或預(yù)演)與原型相似的水流現(xiàn)象以觀測(cè)分析研究水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的手段，當(dāng)原型水流由于各種原因不能直接進(jìn)行量測(cè)，普遍的理論模式和簡(jiǎn)單概化的實(shí)驗(yàn)又不能反映復(fù)雜的水流情況時(shí)，就須制作專門的模型，進(jìn)行試驗(yàn)，19世紀(jì)末開始了近代的有科學(xué)依據(jù)的模型試驗(yàn)，20世紀(jì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。水力模型試驗(yàn)所有試驗(yàn)項(xiàng)目須在同一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)上和同一個(gè)模型裝置上進(jìn)行，目前水泵裝置試驗(yàn)一般要求為效率試驗(yàn)、汽蝕試驗(yàn)、飛逸特性試驗(yàn)、壓力脈動(dòng)試驗(yàn)和力特性試驗(yàn)。水泵的全特性是基于外特性理論計(jì)算水泵站過(guò)渡過(guò)程不可缺少的原始資料之一，水泵全特性曲線是進(jìn)行泵供水系統(tǒng)水力過(guò)渡過(guò)程分析、安全保護(hù)措施研究和泵供水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要技術(shù)依 據(jù)，水泵全特性試驗(yàn)條件十分復(fù)雜，獲取難度大，現(xiàn)有資料非常有限。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供測(cè)試水力模型效率試驗(yàn)、汽蝕試驗(yàn)、壓力脈動(dòng)試驗(yàn)、全特性試驗(yàn)及力特性試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，以測(cè)試水泵水力模型的各項(xiàng)水力性能。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為水泵水力模型試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置為臥式，由進(jìn)水段(I)、泵體(2)、葉輪(3)、葉輪螺母(4)球軸承(5)、導(dǎo)葉(6)、葉輪罩(7)、泵軸(8)、機(jī)械密封(9)、雙列向心推力球軸承
(10),軸承懸架(11)、軸承支架(12)、徑向懸臂測(cè)力裝置(13)和軸向測(cè)力環(huán)(14)組成，泵體
(2)為環(huán)形壓水室結(jié)構(gòu)，葉輪罩(7)位于泵體(2)環(huán)形壓水室入口，葉輪罩(7)被進(jìn)水段(I)壓緊固定，葉輪(3)安裝在泵軸(8)的一端并且用葉輪螺母(4)鎖緊，葉輪(3)位于葉輪罩內(nèi)(7)，葉輪(3)后部泵軸(8)上依次套裝固定球軸承(5)以及徑向測(cè)力裝置(13)，導(dǎo)葉(6)緊靠葉輪(3)出口，作為葉輪(3)與泵體(2)環(huán)形壓水室間的過(guò)渡裝置，泵軸(8)中段布置機(jī)械密封圈(9 )，軸承懸架(11)與泵體(2 )連接，軸承懸架(11)由泵軸(8 )另一端的軸承支架(12)支撐，對(duì)應(yīng)軸承支架(12)支撐位置的軸承懸架(11)內(nèi)設(shè)置雙列向心推力球軸承(IO )，軸承兩側(cè)布置軸向測(cè)力環(huán)(14 )以測(cè)試軸向力。本裝置的工作原理為水泵水力模型試驗(yàn)裝置，泵軸(8)的一側(cè)通過(guò)扭矩儀與電機(jī)軸相連，測(cè)量電機(jī)傳遞到泵軸上的扭矩和軸的轉(zhuǎn)速。葉輪(3)安裝在泵軸的另一側(cè)，隨著泵軸(8)旋轉(zhuǎn)。水經(jīng)進(jìn)水段(I)進(jìn)入泵體，經(jīng)由葉輪(3)旋轉(zhuǎn)后加速升壓，并流經(jīng)導(dǎo)葉、泵體的環(huán)形壓水室后流出。在葉輪和導(dǎo)葉之間，考慮由于液體的動(dòng)靜干涉作用，壓力的脈動(dòng)較大，故設(shè)置壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)；另外一個(gè)壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在泵體的環(huán)形壓水室上，提供測(cè)量壓力脈動(dòng)的連接接口。葉輪
(3)后側(cè)泵軸上安裝球軸承(5)，其采用懸臂梁金屬?gòu)椥圆牧辖Y(jié)構(gòu)元件的徑向懸臂測(cè)力裝置
(13)支撐，其彎曲微變形與徑向力成正比，測(cè)量水流過(guò)葉輪對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的徑向力。泵軸(8)中段布置機(jī)械密封(9)，主要由動(dòng)環(huán)(隨泵軸一起旋轉(zhuǎn))、靜環(huán)(固定在導(dǎo)葉上)、壓緊彈簧和密封膠圈等組成。動(dòng)環(huán)光潔的端面靠彈簧和水的壓力緊密貼合在靜環(huán)光潔端面上而形成徑向密封，同時(shí)由密封膠圈完成軸向密封。軸承懸架(11)與泵體(2)連接，并靠泵軸(8)另一端的軸承支架(12)支撐，對(duì)應(yīng)軸承支架(12)支撐位置的軸承懸架(11)內(nèi)設(shè)置雙列向心推力球軸承(10)，在軸承兩側(cè)布置軸向測(cè)力環(huán)(14)，葉輪(2)工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力通過(guò)泵軸(8)傳遞給軸向測(cè)力環(huán)(14)，根據(jù)軸向測(cè)力環(huán)(14)受力后的變形測(cè)軸向力。本實(shí)用新型的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是I.試驗(yàn)表明通常采用兩個(gè)背對(duì)背推力軸承載荷太大，對(duì)心效果差，軸承溫升過(guò)高，不利于測(cè)力環(huán)系統(tǒng)工作。本實(shí)用新型采用了雙列向心推力球軸承承載轉(zhuǎn)子的軸向力，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)。2.在雙列向心推力球軸承兩側(cè)布置測(cè)力環(huán)，在測(cè)力環(huán)外表面180度方向粘貼并封裝T形應(yīng)變片，組成測(cè)力橋，以測(cè)試因葉輪升壓作用而產(chǎn)生的軸向水推力，如圖2所示。3.為了軸系的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，本實(shí)用新型葉輪后側(cè)泵軸上安裝球軸承，其采用懸臂梁金屬?gòu)椥圆牧辖Y(jié)構(gòu)元件徑向懸臂測(cè)力裝置支撐，在懸臂梁內(nèi)、外壁面，各粘貼兩只平行應(yīng)變片，形成全橋測(cè)量電路，分別測(cè)量互相垂直兩個(gè)方向力，如圖3所示。4.進(jìn)口段采用有機(jī)玻璃材料，便于觀察葉輪內(nèi)水的流態(tài)，采用頻閃儀等設(shè)備即可觀察液體的流動(dòng)狀態(tài)及初生汽蝕時(shí)的現(xiàn)象。

圖I為本實(shí)用新型測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2軸向力測(cè)試裝置示意圖圖3為徑向力測(cè)試裝置示意圖圖4為表I
具體實(shí)施方式
如圖I所示的本實(shí)用新型為一種水泵水力模型試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)裝置為臥式，由進(jìn)水段I、泵體2、葉輪3、葉輪螺母4球軸承5、導(dǎo)葉6、葉輪罩7、泵軸8、機(jī)械密封9、雙列向心推力球軸承10、軸承懸架11、軸承支架12、徑向懸臂測(cè)力裝置13和軸向測(cè)力環(huán)14組成，泵體2為環(huán)形壓水室結(jié)構(gòu)，葉輪罩7位于泵體2環(huán)形壓水室入口，葉輪罩7被進(jìn)水段I壓緊固定，葉輪3安裝在泵軸8的一端并且用葉輪螺母4鎖緊，葉輪3位于葉輪罩內(nèi)7，葉輪3后部泵軸8上依次套裝固定球軸承5以及徑向測(cè)力裝置13，導(dǎo)葉6緊靠葉輪3出口，作為葉輪3與泵體2環(huán)形壓水室間的過(guò)渡裝置，泵軸8中段布置機(jī)械密封圈9，軸承懸架11與泵體2連接，軸承懸架11由泵軸8另一端的軸承支架12支撐，對(duì)應(yīng)軸承支架12支撐位置的軸承懸架11內(nèi)設(shè)置雙列向心推力球軸承10，軸承兩側(cè)布置軸向測(cè)力環(huán)14以測(cè)試軸向力。本實(shí)用新型應(yīng)用的補(bǔ)充說(shuō)明本使用新型結(jié)合水力模型試驗(yàn)臺(tái)，完成性能測(cè)試及數(shù)據(jù)分析工作。I)效率試驗(yàn)(I)在效率試驗(yàn)前，模型泵在額定工況點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘以上，排除循環(huán)系統(tǒng)中游離氣體，其間應(yīng)檢查泵的軸承、密封、噪聲和振動(dòng)狀況，性能試驗(yàn)應(yīng)在無(wú)空化條件下進(jìn)行，(2)試驗(yàn)工況穩(wěn)定后試驗(yàn)系統(tǒng)在無(wú)任何人為干擾條件下連續(xù)進(jìn)行三次測(cè)試，每次測(cè)試時(shí)間為30秒，三次測(cè)試效率最大值與最小值之差應(yīng)小于O. 3%，否則需重新進(jìn)行測(cè)試，取三次測(cè)量的中間值作為最后測(cè)試結(jié)果，試驗(yàn)流量由大到小順序進(jìn)行，試驗(yàn)從大流量點(diǎn)開始，一直進(jìn)行至零流量結(jié)束，水泵空載機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩在帶轉(zhuǎn)輪、泵軸系在空氣中旋轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行測(cè)試，[0023](3)效率計(jì)算公式η = P水/P軸=rXQMXHM/ (MX ω )= 30XrXQMXHM/3i XMXn式中P7K:模型泵的水力功率kWP軸模型泵軸的輸入功率kWQm :通過(guò)模型泵的流量m3/sHm :模型泵的揚(yáng)程mR :水的重度N/m3 Μ:模型泵軸傳遞的力矩Ν·πιω :模型泵軸旋轉(zhuǎn)角速度rad/sn :模型泵的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速r/min2)汽蝕試驗(yàn)(I)系統(tǒng)封閉后，在進(jìn)口水箱真空度低于4m條件下運(yùn)行20min，開始汽蝕試驗(yàn)，從進(jìn)水段可觀察水流在葉輪葉片處流動(dòng)狀態(tài)，(2)第一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在無(wú)汽蝕情況下進(jìn)行，完成第一個(gè)點(diǎn)測(cè)試后抽真空逐漸加大真空度，試驗(yàn)過(guò)程中保持試驗(yàn)轉(zhuǎn)速恒定，輔助泵轉(zhuǎn)速或截止閥開度恒定，逐漸降低試驗(yàn)系統(tǒng)的汽蝕余量，在汽蝕試驗(yàn)曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折的區(qū)域應(yīng)有較密集的試驗(yàn)點(diǎn)，效率下降足夠后完成該工況點(diǎn)測(cè)試，在模型泵的工作范圍內(nèi)，至少應(yīng)對(duì)包括小流量點(diǎn)、規(guī)定流量點(diǎn)及大流量點(diǎn)在內(nèi)的每個(gè)水泵模型作5條汽蝕曲線，(3)效率下降值以汽蝕試驗(yàn)的起始點(diǎn)為基準(zhǔn)，取水泵效率下降1%時(shí)的汽蝕余量作為臨界汽蝕余量，(4)同時(shí)測(cè)取流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、軸功率、進(jìn)口真空度，繪制流量一汽蝕余量曲線，(5) NPSH 值計(jì)算公式NPSH=Htl+hatm_hvaNPSH :汽蝕余量mhtl:進(jìn)口總水頭mhatm :大氣壓力水頭 mhva :汽化壓力水頭 m3)飛逸轉(zhuǎn)速飛逸特性試驗(yàn)是測(cè)定模型泵在反轉(zhuǎn)(水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向)且軸扭矩為零時(shí)的轉(zhuǎn)速，試驗(yàn)時(shí)采取輔助泵反向供水，將電機(jī)反轉(zhuǎn)，測(cè)量軸扭矩為O時(shí)的轉(zhuǎn)速值，4)壓力脈動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量采樣頻率2048HZ，記錄時(shí)間20秒，為進(jìn)行重復(fù)性分析每個(gè)穩(wěn)定工況測(cè)量5次，試驗(yàn)結(jié)果采用97%置信度雙幅值，5)全特性試驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)回路中的閥門、輔助泵及電機(jī)轉(zhuǎn)速，完成了水泵模型全部四個(gè)象限八個(gè)運(yùn)行工況測(cè)試，分別為(A)正轉(zhuǎn)水泵工況試驗(yàn)、(B)正轉(zhuǎn)水泵逆流工況試驗(yàn)、(C)水輪機(jī)工況試驗(yàn)、(D)反轉(zhuǎn)水泵負(fù)揚(yáng)程工況試驗(yàn)、(E)反轉(zhuǎn)水泵工況試驗(yàn)、(F)反轉(zhuǎn)水泵逆流工況試驗(yàn)、(G)反轉(zhuǎn)水輪機(jī)工況試驗(yàn)和(H)正轉(zhuǎn)水泵負(fù)揚(yáng)程工況試驗(yàn)。各工況參數(shù)特性見圖4的表I。[0050]四象限試驗(yàn)中，根據(jù)需要需對(duì)揚(yáng)程傳感器進(jìn)行高、低壓測(cè)點(diǎn)切換，調(diào)節(jié)輔助泵轉(zhuǎn)速，應(yīng)避開振動(dòng)工況運(yùn)行，每個(gè)工況的試驗(yàn)曲線都應(yīng)包括足夠多的試驗(yàn)點(diǎn)，以保證曲線的可靠性，6)力特性測(cè)試測(cè)試設(shè)備采用應(yīng)變儀、T形應(yīng)變片、兩 點(diǎn)平行應(yīng)變片、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測(cè)力元件上粘貼力測(cè)量應(yīng)變片，采用聚氨酯橡膠進(jìn)行防水封裝，軸向力測(cè)試在測(cè)力環(huán)外表面180度方向粘貼并封裝T形應(yīng)變花,組成測(cè)力橋,引線通過(guò)d=5mm孔從內(nèi)部引出，力特性試驗(yàn)系統(tǒng)校正使用高精度稱重傳感器(精度O. 1% )對(duì)軸向力測(cè)力系統(tǒng)進(jìn)行原位校準(zhǔn)，軸向水推力(軸向力)試驗(yàn)應(yīng)覆蓋全部運(yùn)行范圍，在最小到最大流量間由足夠的試驗(yàn)點(diǎn)來(lái)描述，徑向力測(cè)試在懸臂梁彈性感應(yīng)元件互相垂直的兩個(gè)方位，內(nèi)、外壁面，各粘貼兩只平行應(yīng)變片，形成全橋測(cè)量電路，分別測(cè)量互相垂直兩個(gè)方向力，用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)徑向力測(cè)力系統(tǒng)進(jìn)行原位校準(zhǔn)，徑向力的測(cè)量范圍應(yīng)覆蓋所有主要的運(yùn)行范圍，在最小到最大流量間由足夠的試驗(yàn)點(diǎn)來(lái)描述，以為確定真機(jī)最大的徑向力作為重要參考。
權(quán)利要求1. 一種水泵水力模型試驗(yàn)裝置，其特征是試驗(yàn)裝置為臥式，由進(jìn)水段(I)、泵體(2)、葉輪(3)、葉輪螺母(4)球軸承(5)、導(dǎo)葉(6)、葉輪罩(7)、泵軸(8)、機(jī)械密封(9)、雙列向心推力球軸承(10)、軸承懸架(11)、軸承支架(12)、徑向懸臂測(cè)力裝置(13)和軸向測(cè)力環(huán)(14)組 成，泵體(2)為環(huán)形壓水室結(jié)構(gòu)，葉輪罩(7)位于泵體(2)環(huán)形壓水室入口，葉輪罩(7)被進(jìn)水段(I)壓緊固定，葉輪(3)安裝在泵軸(8)的一端并且用葉輪螺母(4)鎖緊，葉輪(3)位于葉輪罩內(nèi)(7)，葉輪(3)后部泵軸(8)上依次套裝固定球軸承(5)以及徑向測(cè)力裝置(13)，導(dǎo)葉(6)緊靠葉輪(3)出口，作為葉輪(3)與泵體(2)環(huán)形壓水室間的過(guò)渡裝置，泵軸(8 )中段布置機(jī)械密封圈(9 )，軸承懸架(11)與泵體(2 )連接，軸承懸架(11)由泵軸(8 )另一端的軸承支架(12)支撐，對(duì)應(yīng)軸承支架(12)支撐位置的軸承懸架(11)內(nèi)設(shè)置雙列向心推力球軸承(10)，軸承兩側(cè)布置軸向測(cè)力環(huán)(14)以測(cè)試軸向力。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種水泵水力模型試驗(yàn)裝置，該測(cè)試裝置由進(jìn)水段、泵體、葉輪、葉輪螺母、球軸承、導(dǎo)葉、葉輪罩、泵軸、機(jī)械密封、雙列向心推力球軸承、軸承懸架、軸承支架、徑向懸臂測(cè)力裝置和軸向測(cè)力環(huán)組成，該裝置能夠完成效率試驗(yàn)、汽蝕試驗(yàn)、飛逸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、壓力脈動(dòng)試驗(yàn)、全特性試驗(yàn)、軸向力測(cè)量試驗(yàn)以及徑向力測(cè)量試驗(yàn)，其中水力機(jī)械的全特性曲線是進(jìn)行水力過(guò)渡過(guò)程分析、安全保護(hù)措施研究和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要技術(shù)依據(jù)。
文檔編號(hào)F04D15/00GK202707521SQ20122042578
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者蔡龍, 李夢(mèng)啟, 賈巖巍, 張麗平, 楊立峰 申請(qǐng)人:哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司