一種熔鹽模型泵外特性和內部流動測量試驗裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術提供一種熔鹽模型泵外特性和內部流動測量試驗裝置，主要用于測量熔鹽模型泵的外特性和內部速度場，以及對泵內高速流動進行拍攝研究。該裝置主要包括：管路系統、動力傳動系統、模型泵、外特性數據采集分析系統和內部流動測量系統。管路系統的布置保證試驗時具有足夠的操作空間、高的測量精度及試驗的方便。動力傳動系統為泵的穩定運行提供動力。模型泵的葉輪和泵支座采用不銹鋼制成，其他采用有機玻璃制成，具有水力性能好、強度高、可測量區域廣等特點。外特性數據采集分析系統采集壓力、轉速、扭矩、流量等信號，處理分析后得到泵的外特性。內部流動測量系統可對泵內部速度場進行PIV測量，對泵內部流動進行內窺高速成像，實現泵內全流場的研究。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種泵試驗裝置，具體為一種熔鹽模型泵的外特性和內部流動測量試驗裝置，該裝置主要用于測量熔鹽模型泵的外特性和內部速度場，以及對泵內高速流動進行拍攝研究。
技術介紹
熔鹽泵是離心泵的一種，應用于輸送高溫熔鹽(硝酸鹽)，適用于三聚氰胺項目、氧化鋁項目、片堿項目等精細化工行業，以及太陽能光熱發電項目中的儲能介質輸送。熔鹽泵的外特性(主要包括:揚程、流量、軸功率和效率等)是泵選型的主要依據，直接影響生產過程中的工況參數；熔鹽泵的內部流動(主要包括:吸水室、葉輪流道和壓水室內的流動)直接影響熔鹽泵的外特性，通過改善泵的內部流動狀態可以有效提高泵的外特性。離心泵外特性測量技術是一門較為成熟的技術。流量可采用標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里噴嘴、水堰、容器、渦輪流量計等進行測量。采用測壓儀表測量泵進出口壓力，根據泵進出口壓力、進出口高度差和進出口的流速，計算得到泵的揚程。測壓儀表可選擇液柱壓力計、彈簧壓力計、重力壓力計或滿足精度要求的其它型式壓力計。轉速的測量可用直接顯示的數字儀表測出測量時間內的轉數，對于交流電動機驅動的泵，可由平均頻率觀測值和轉差率確定。扭矩可采用天平式測功計和扭矩式測功計進行測量，測量扭矩的同時測定轉速，采用扭轉力矩法可計算出軸功率。根據泵效率的定義，由上述測量值可計算出泵的效率。提高各參量的測量精度是外特性測量成功的關鍵，增強測量數據的后處理能力，自動生成H-Q、N-Q、h-Q性能曲線圖可大大減少對實驗數據的處理工作量。離心泵內部流動測量技術主要有非光學測量技術和流動顯示技術。非光學測量技術主要包括探針和熱線熱膜技術，如多孔探針、旋轉探針、熱線熱膜風速儀和渦量探針等，其缺點是探針和熱線/熱膜的介入均會擾動真實流場，且需配置復雜的遙測技術，將采集信號從轉子傳遞到靜止參考系。流動顯示技術可分為傳統的流動顯示技術和現代的流動顯示技術。傳統的流動顯示技術又可分為壁面顯跡法、絲線法、示蹤法和光學法4類，具體有氫氣泡法、彩色氦氣泡法、油流法、絲線法、陰影法、紋影法、干涉法等。現代非接觸流動顯示技術包括激光多普勒測速(LDV)技術、相位多普勒(PDPA)技術、粒子圖像測速(PIV)技術、激光誘發熒光(LIF)技術、激光分子測速(LMV)技術和壓敏涂層測壓(PSP)技術等。PIV技術與其它技術相比具有以下優點:(1)它為非接觸激光測量技術，不會對流場產生干擾；(2)不僅可以得到速度的平均值，而且可以得到速度的瞬態信息；(3)可以實現同一時刻的全流場測量；(4)測量精度高。近年來還發展了一種內窺高速成像技術，將內窺鏡伸入泵內，可以對泵內部的高速流動進行連續拍攝(最高分辨率達150000幀/秒)，獲得泵內流動的瞬時信息。近年來，國內外科研人員開發了一些泵性能試驗裝置，對泵的外特性和內部流動進行了大量研究，但是，現有的試驗裝置存在以下不足之處:(1)功能單一，如:僅可對外特性進行測量，或僅可采用一種測量流動測量技術進行內部流動測量；(2)試驗用模型泵的設計不夠合理，內部流動的可測量范圍小，無法對泵內全流場進行測量；(3)操作復雜、自動化程度低。
技術實現思路
為了克服上述現有熔鹽模型泵試驗裝置的不足，本技術提供一種熔鹽模型泵外特性和內部流動測量試驗裝置，該裝置不僅能高精度地測量熔鹽模型泵的外特性，而且能方便地測量泵內部速度場，并對泵內高速流動進行拍攝。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是:一種熔鹽模型泵外特性和內部流動測量試驗裝置，該裝置包括管路系統、動力傳動系統、模型泵和外特性數據采集分析系統；外特性數據采集分析系統包括計算機單元、泵進出口壓力傳感器、渦輪流量計、扭矩轉速傳感器幾部分，各部分的信號輸出端分別與計算機單元相連；動力傳動系統包括電機、聯軸器、傳動軸、軸承座、軸承座支座各部分；所述管路系統包括儲罐、球閥、泵進口管路、泵出口管路和調節閥各部分；該裝置還設有內部流動測量系統，該系統包括泵內部速度場PIV測量系統；所述泵內部速度場PIV測量系統主要由同步控制器、激光器、CCD相機和霍爾傳感器組成；所述激光器和CCD相機的控制端分別與同步控制器相連，同步控制器和CCD相機的輸出端與所述計算機單元相連，霍爾傳感器的信號采集端安裝在傳動軸上，其輸出端與同步控制器相連。本技術的進一步設計在于:所述內部流動測量系統還包括泵內部流動內窺高速成像系統,泵內部流動內窺高速成像系統主要由高速相機、內窺鏡和LED冷光源組成；與之對應所述模型泵的吸水室和泵前蓋板上均設有內窺測量孔；所述內窺鏡從模型泵上開設的內窺測量孔伸入泵內，高速相機與內窺鏡相連，高速相機的輸出端口與所述計算機單元相連。管路系統:一、模型泵進、出口與所述泵進、出口管路與之間分別采用軟管進行連接，以補償安裝誤差及防止運行時的振動造成模型泵的損壞；二、模型泵進口前等徑直管段(包括軟管段)長度> 12倍管徑(指該段等徑直管段的管徑)。渦輪流量計的上游側留有> 15倍管徑(指該段等徑直管段的管徑)長度的等徑直管段，下游側留有> 5倍管徑(指該段等徑直管段的管徑)長度的等徑直管段，保證測量的精度。三、儲罐底部坡度為1:100 3:100，優選的坡度為2:100，以便更換試驗介質時能夠全部從排液閥排凈；四、管路系統中所有過流部件均采用不銹鋼制品，以防止生銹污染試驗介質，影響內部流動測量效果；五、儲罐內液面高于模型泵的安裝位置，泵啟動時無需灌泵；六、所設計的管路走向為內部流動測量留有足夠空間，以利于試驗的開展；七、儲罐內的介質可根據試驗需要更換，以便采用冷態介質模擬熔鹽泵內熱態介質的真實流動，以及研究輸送不同粘度介質和兩相流介質時熔鹽泵的性能。八、儲罐上安裝有儲罐蓋，以防止雜物進入儲罐而污染介質。動力傳動系統:一、扭矩轉速傳感器安裝在電機與傳動軸之間，測量電機傳遞給泵傳動軸的扭矩和轉速；二、傳動軸上安裝有霍爾傳感器，用于內部速度場PIV測量時給出圖像采集觸發信號;三、電機為離心泵提供動力，通過變頻器實現轉速的調節，以開展不同轉速下泵性能的研究。模型泵:模型泵由吸水室、內窺測量孔、泵前蓋板、加強螺栓、蝸殼、法蘭、硅膠墊、泵支座、葉輪、加強筋、排液孔、排氣管、光學補償盒、輸液管等組成。一、為了能夠采用PIV技術測量泵內部流動，蝸殼、吸水室、泵前蓋板、法蘭和光學補償盒采用透光性好的有機玻璃制成，它們之間采用高強度膠進行粘接，為了保證有機玻璃模型泵的強度，在泵前蓋板和法蘭之間采用加強螺栓進行加強；二、葉輪和泵支座采用不銹鋼制成，在采用PIV技術進行泵內部速度場測量時，用黑色亞光漆將葉輪和泵支座涂黑，以降低光反射造成的光污染，影響測量結果；三、為了達到良好的密封效果，又不形成過大的密封比壓，法蘭與泵支座之間采用硅膠墊進行密封；四、在泵支座下方設有排液孔，在泵停止運行時，通過此孔將試驗介質排盡；五、為了減小光折射造成的測量誤差，蝸殼采用矩形截面蝸殼；六、為了能夠測量到泵內部盡可能廣的區域，模型泵的結構與實型泵的結構有所不同(如:葉片采用進出口等寬的二維葉片，葉輪采用半開式結構)，但保證水力性能基本一致；七、在考慮試驗介質性能的基礎上，根據流體力學中的流動相似原理，保證流動的雷諾數相等，設計模型泵的具體結構尺寸，以便從熔鹽泵模型的冷態流本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熔鹽模型泵外特性和內部流動測量試驗裝置，該裝置包括管路系統、動力傳動系統、模型泵和外特性數據采集分析系統；外特性數據采集分析系統包括計算機單元、泵進出口壓力傳感器、渦輪流量計、扭矩轉速傳感器幾部分，各部分的信號輸出端分別與計算機單元相連；動力傳動系統包括電機、聯軸器、傳動軸、軸承座、軸承座支座各部分；所述管路系統包括儲罐、球閥、泵進口管路、泵出口管路和調節閥各部分；其特征是：該裝置還設有內部流動測量系統，該系統包括泵內部速度場PIV測量系統；所述泵內部速度場PIV測量系統主要由同步控制器、激光器、CCD相機和霍爾傳感器組成；所述激光器和CCD相機的控制端分別與同步控制器相連，同步控制器和CCD相機的輸出端與所述計算機單元相連，霍爾傳感器的信號采集端安裝在傳動軸上，其輸出端與同步控制器相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邵春雷，顧伯勤，董金善，周劍鋒，程文潔，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：實用新型
國別省市：