一種泵葉輪葉片表面壓力的測量方法研究

仲作文 于佳菲

（沈陽鼓風機集團核電泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽110869）

0 引言

為了提高泵類水力機械的設計水平，近幾年來國內外關于葉輪內部流場的計算研究已較為廣泛，而且目前可以借助較為先進的計算機軟件對內部流場進行分析并預測泵的性能，但邊界條件的設定、密封結構等都對計算結果有一定的影響。另外，葉輪產生的軸向水推力和泵的汽蝕余量等關鍵參數應用現有計算方法不能得到準確的結果，而想知道這些計算對產品到底有多大影響，就必須對葉輪內部流場進行實際測量，除了目前應用較多的PIV內部流場測量技術外，葉片表面壓力的測量也是基本測量內容之一。

水力法測量葉片表面壓力的方法簡單易行，不需要太多設備、儀表，在國外已被采用，并被認為是可靠的測量方法，也是目前條件下迅速實現測量的可行之道。

1 測量原理

用水力法進行葉片表面壓力測量的原理如圖1所示。為獲得葉片表面靜壓，在葉片測點處開垂直于葉片表面的小孔，并透過葉輪后蓋板的孔及空心軸中的細微管將水引至靜壓的測壓腔，由與測壓腔相連的差壓計（或真空計）顯示出測壓腔中水的壓力值。與監(jiān)視腔相通的水位顯示出管中水位恒定，即表示測壓腔兩端密封可靠，所測壓力可信。

圖1 測量原理示意圖

在繞水平軸旋轉的相對運動坐標系中，所測點與測壓腔中壓力的關系為：

式中，P為所測點的壓力；Pz為測壓腔中的壓力；R為所測點的半徑；Rz為測壓腔中空心軸半徑；ω為旋轉角速度。

2 測量裝置

葉片表面壓力測量裝置結構如圖2所示，裝置主要由測壓葉輪、壓力傳導機構、測壓部分組成。葉輪（圖3）是組合式的，以便于葉片表面上各測壓孔的加工，測壓孔垂直于葉片表面，直徑為0.5 mm，沿葉片寬度方向的導壓孔及后蓋板上的導壓孔直徑均為2.5 mm，導壓孔要各自暢通而不相通。葉片與前、后蓋板結合要涂密封膠，保證葉片間流道的密封，葉片與后蓋板之間密封的同時要保證各導壓孔之間也密封。葉輪制成后要試驗檢查各測壓通道的暢通性和相互之間的密封性。壓力傳導機構將葉輪輪轂處的導壓孔里的壓力水通過與導壓孔相連的直徑為4 mm的紫銅管以及膠管引到測壓腔。全部導水管與葉輪一起轉動，在空心軸中設有支撐板以支撐轉動中的導水管，測壓部分包括8個測壓腔和9個監(jiān)視腔，每2個腔之間采用骨架式橡膠油封圈進行密封。密封圈與旋轉軸摩擦產生的熱量由旋轉空心軸中通過的冷卻水帶走，測壓腔中壓力值由與之相連的差壓計（或真空計）讀出。監(jiān)視腔中保持恒定且適當的壓力。

圖2 葉片表面壓力測量裝置結構示意圖

圖3 測壓葉輪結構簡圖

我們通過對一組比轉數ns＝60的3個葉輪A、B、C進行了葉片背面表面壓力分布的測量，并與計算值進行對比，形成了一組曲線，具體如圖4所示。

圖4 3種葉輪表面壓力測量結果與計算值

3 結語

通過本裝置的測量結果可以看出，計算值與實際測量值基本吻合，但存在微小差異。而經過進一步的分析計算我們可以認為：這一差異正是造成葉輪軸向推力、汽蝕余量計算值與實際值偏差的重要因素之一。所以通過本方法可以在水力模型的研制過程中測出葉輪葉片表面壓力分布值，從而對理論計算公式加以修正，最終得到更為準確的軸向推力和汽蝕余量計算結果，使水力機械設計更為精確。

［1］屠大燕.流體力學與流體機械［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994

［2］關醒凡.現代泵理論與設計［M］.北京：中國宇航出版社，2011

［3］查森.葉片泵原理及水力設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987