液力涡轮性能测试装置设计及其工程实现王军丽徐如良焦磊王乐勤浙江大学化工机械研究所杭州310027摘要：为得到液体作用下涡轮的工作性能，掌握其输出特性变化规律及影响因素，以找到最佳工况，针对系列轴流式管路液力涡轮的特点，进行了性能测试试验台架的设计，结合涡轮在管道中工作的具体情况和需要测量的工作参数，给出了试验台架的整体设计，详细说明了试验的测试内容，重点介绍了该试验系统的装置结构以及为满足测试精度和流场稳定性而对结构的优化组合，同时简单介绍了数据的测量和采集过程。关键词：涡轮特性试验装置数据采集0前言涡轮是通过涡轮叶片的旋转工作的，其主要是用在燃气涡轮发动机、涡轮增压器等方面，它们的共同特点是通过高温高压的气体驱动涡轮转动，进而带动后续部件运转。目前，在一种新型的原油搅拌装置即旋转射流混合搅拌系统（简称RJM）中，涡轮则是在液体原油的冲击作用下发生旋转，带动RJM中减速装置运动，通过减速装置的调节作用，使喷嘴旋转喷射。而且，涡轮在整个系统中起着提供动力的作用，它的运转情况关系着整个系统的功能能否实现。这种情况下工作的涡轮除了靠液体冲击的特点以外，在结构上的特点是：处在管路中，没有涡壳，前后无导叶。靠涡轮驱动工作一定范围内可以取代靠电的驱动工作的设备，这对缓解用电紧张的局面有现实意义。目前此种驱动涡轮的应用并不多见，因此涡轮在流体作用下，其输出扭矩、转速等性能如何，实际上并没有可以参考借鉴的经验。鉴于目前的状况，为了了解涡轮在液体作用下工作的特性，试验是必须的途径。通过试验试验可以为以后广泛的应用提供依据。1试验测试内容及装置的设计为了获得RJM中涡轮的性能特性，通过对模型涡轮测试水力性能，进而通过相似理论转换得到。模型试验即：首先根据几何相似设计出模型涡轮，通过试验测得模型涡轮的各参变量，绘制模型涡轮的性能曲线，。对于在液力作用下来提供动力的涡轮，性能试验要得到的主要物理量是在稳态下转速n、流量Q、输出扭矩M、功率N和效率，试验测试的结果即是要得到n-Q、n-M、n-N和n-等性能曲线。通过转速随不同量变化的关系曲线找出各个量组合的最佳效果。其次，试验要获得一些附加因素对转速等的影响，这就需要对涡轮的叶片选用不同的直径和不同的安装角度进行试验。通常工作流体为液体的设备因为一定量气体的混入而导致气蚀现象，对液力涡轮来讲，气泡对涡轮性能的影响也是应该关注的一个因素。另外，开、停机过程瞬态的特性和涡轮前后流场的能量损失也是测试的内容。根据需要测试的内容，也为了保证测试系统流场的稳定性、测量精确性和系统的可靠性，测试系统除了在装置的设计上要尽量结构简单合理、操作方便和抗扰动外，在测量用的仪器仪表，变送器和板卡等的选择上均需充分考虑信号的输出和通信功能，变送器尽量选用输出为标准模拟量信号的。下图1为测试系统的装置部分，主要有循环水箱、软管、电机、离心泵、不同直径的钢管、有机玻璃管、轴、闸阀、涡轮、飞轮、测试仪器等组成。2试验系统的实现本试验系统总的来分，包括装置结构部分和数据的测量、采集两个部分。试验装置结构部分需根据设计满足要求加工组装而成，数据测量、采集主要则是依据测量变量、工作状况和精度要求对仪器仪表和板卡的选择。2.1装置结构上图所示主要为装置结构，对这个装置结构又可以将它分为两个部分：供液系统部分和机械传动部分。供液系统包括水箱、管路、电机和水泵，电机带动水泵将水箱里的水送入管路，水在流出管路以后再次进入水箱，对于这部分主要是给涡轮提供稳定的流场，使涡轮可以平稳的运转。机械传动部分主要包括涡轮，旋转轴和飞轮，涡轮在水流的冲击下带动轴以及轴上的飞轮发生平稳旋转。图1涡轮性能测试试验装置图1.循环水箱2、11.软连接3.飞轮4.扭拒计5.联轴器6.有机玻璃管7.主轴8.涡轮9.流量计10.压力传感器12.闸阀13.离心泵14.电机15.进口软管2.1.1供液系统在供液系统中，管路的直径主要采用和65两种，不同直径之间通过大小头过渡，电机和水泵均结合所要满足的条件选择，水箱的尺寸能够提供足量的水即可，闸阀为普通的手动阀。供液系统除了这些基本...
