一种PIV实验专用水轮机

技术领域

本发明涉及水轮机，特别是一种PIV实验专用水轮机。

背景技术

在水轮机PIV实验中，使用激光片光源照射转轮流道内流场，使悬浮于水中的示踪粒子散射光线，图像采集仪通过拍摄散射光线的示踪粒子，可用于研究和分析内部流场状态，是研究水轮机的有效途径，但由于结构上的不足，常规水轮机布置中，轴承室、主轴等结构干扰图像采集仪放置、遮挡光线传播，导致拍摄困难，可拍摄研究区域受到局限，因此，急需一种PIV实验专用水轮机，以满足PIV实验所需条件，避免传统水轮机在PIV实验中的问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种PIV实验专用水轮机，可有效解决PIV实验中图像采集仪不好放置及光线易被遮挡导致拍摄困难的问题。

为实现上述目的，本发明解决的技术方案是，一种PIV实验专用水轮机，包括蜗壳引水室、主轴和转轮，所述的蜗壳引水室包括上部的透光引水室和下部的金属引水室，透光引水室和金属引水室经螺栓密封固定在一起，蜗壳引水室两侧分别固定装有后盖板和前盖板，弯肘型出水室的进口处与前盖板固定连接，蜗壳引水室内装有转轮，转轮经中心螺纹孔与主轴一端相连，主轴另一端沿转轮出流方向穿过弯肘型出水室和轴封与轴承室左、右两侧的轴承固定在一起，伸出轴承室外的主轴一端连接测功机，位于转轮进水处的蜗壳引水室内装有均布的活动导叶，经转动轴装在前盖板和后盖板上，活动导叶一端伸出前盖板与导叶联动机构连接。

本发明结构新颖独特，操作方便，成本低，满足水轮机PIV实验条件和要求，图像采集仪可在后盖板外侧任意位置灵活布置，在更大范围内采集和研究转轮内部流场，社会和经济效益显著。

附图说明

图1是本发明结构俯视图（部分剖视）。

图2是本发明结构左视图。

图3是本发明结构剖面主视图。

图4是本发明弯肘型出水室结构示意图。

图5是本发明导叶联动机构结构图。

图6是本发明图5中导叶联动机构俯视图。

图7是本发明图5中导叶联动机构侧视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体情况对本发明具体实施方式作详细说明。

结合附图给出，一种PIV实验专用水轮机，包括蜗壳引水室、主轴和转轮，所述的蜗壳引水室1包括上部的透光引水室1-1和下部的金属引水室1-2，透光引水室1-1和金属引水室1-2经螺栓密封固定在一起，蜗壳引水室1两侧分别固定装有后盖板5和前盖板6，弯肘型出水室8的进口处与前盖板6固定连接，蜗壳引水室1内装有转轮4，转轮4经中心螺纹孔与主轴7一端相连，主轴7另一端沿转轮4出流方向穿过弯肘型出水室8和轴封9与轴承室11左、右两侧的轴承10固定在一起，伸出轴承室11外的主轴7一端连接测功机，位于转轮4进水处的蜗壳引水室1内装有均布的活动导叶3，经转动轴装在前盖板6和后盖板5上，活动导叶3一端伸出前盖板6与导叶联动机构13连接。

为保证更好的实施效果，所述的蜗壳引水室1出口内装有均布的固定导叶2，固定导叶2包括透光固定导叶2-1和金属固定导叶2-2，分别位于活动导叶3外周的透光引水室1-1和金属引水室1-2内。

所述的转轮4、活动导叶3和后盖板5均为透光结构。

所述的转轮4包括上冠4-1、下环4-3和均布装在上冠4-1和下环4-3之间的叶片4-2，后盖板5位于上冠4-1一侧，前盖板6位于下环4-3一侧。

所述的轴承室11下面装在支撑底座12上。

所述的转轮4为混流式转轮、水泵水轮机转轮或泵式透平转轮的一种。

所述的导叶联动机构13包括导叶开度盘13-1、联动臂13-2、传动杆13-3、导叶扭转臂13-4和导叶联动环13-5，导叶扭转臂13-4一端与活动导叶3的传动轴固定连接，另一端铰接导叶联动环13-5，导叶联动环13-5经传动杆13-3与联动臂13-2连接，联动臂13-2两端指针所对的开度盘13-1刻度始终与活动导叶3出口角保持一致，改变实验工况时，向联动臂13-2施加扭矩调整角度，联动臂13-2经传动杆13-3带动导叶联动环13-5运行，联动环13-5牵动扭转臂13-4旋转完成活动导叶3开度调整。

本发明在具体工作时，将激光片光源置于引水室1正上方，图像采集仪置于后盖板5外侧，含有示踪粒子的水流从引水室1进口进入，流经固定导叶2、活动导叶3后，推动转轮4旋转做功，并最终从弯肘型出水室8排出，激光片光源发射的激光穿透上部的透光引水室1-1、透光固定导叶2-1和活动导叶3后，进入转轮4内部流道，受到激光照射的示踪粒子散射光线，部分散射光穿透透明的上冠4-1和后盖板5后，被图像采集仪捕捉完成拍摄，图像采集仪在后盖板5外侧可灵活放置而不受干扰，便于在更大范围内采集流场信息进行研究。

本发明经实际使用和实验，效果良好，有关资料如下：

一种PIV实验专用水轮机，用于混流式水轮机PIV实验，模型转轮直径D1为300mm，机组卧式布置，上部引水室及内接其中的固定导叶、活动导叶、转轮、后盖板均采用透明的树脂玻璃材质，其他主要部分均采用金属材质，转轮通过螺纹连接于主轴一端并使用压环压紧，主轴沿转轮出水方向穿过弯肘型尾水管、机封和轴承室后，轴伸段通过法兰连接磁粉测距仪，实验水头范围低于15m，流量范围小于150m

本发明结构新颖独特，操作方便，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）、满足水轮机PIV试验条件和目的，便于在更大范围内采集流场信息进行研究，通过打破水轮机常规结构布局，避免常规水轮机结构干扰图像采集仪放置、遮挡光线传播等影响实验效果的问题；

（2）、通过将引水室分为两部分并分别采用透光材质和金属材质，既能满足实验透光的需求，有能避免全部使用非金属材料造成的刚度不足问题，满足实验过程中的稳定运行；

（3）、水轮机上冠侧为一个平面，大大增加流道内可采集流场图像的区域，利于更大范围内采集和研究转轮内部流场；

（4）、导叶联动机构可实现实验工况的调整且便于观察活动导叶出口实际角度，能精准快速找准实验工况；

（5）、使用本发明用于水轮机的PIV实验，为水轮机内部流场实验研究提供便利条件和可能性，本发明结构可广泛应用于混流式水轮机、水泵水轮机及离心泵和其他径向式涡轮机的PIV研究，社会和经济效益显著。