本實用新型屬于測試設備技術領域，特別涉及一種液力變矩器葉輪壓降測試裝置。

背景技術：

為了盡可能地減少流體在液力變矩器內部的流動阻力和能量損失，提高變矩器效率、降低能耗，在液力變矩器的導葉上應用仿生非光滑表面減阻技術，即在吸力面一側建立起仿生溝槽表面，并對仿生葉片表面流場進行CFD數(shù)值模擬計算。計算結果表明，仿生非光滑表面可以明顯地降低流場中的能量損失，提高效率。

然而，由于CFD技術的計算結果的精度往往取決于對復雜流場仿真前置處理時的邊界條件、物性參數(shù)等的定義是否真正與實際的一致性，計算方法與后置處理是否準確等方面，同時，數(shù)值工作自身仍然有許多理論問題有待解決，離散化不僅會引起定量的誤差，同時也會引起定性的誤差。所以，CFD仿真結果需要得到實驗或實際物理流場的驗證才可靠。

為此，為了驗證CFD數(shù)值模擬方法的有效性及仿生非光滑表面減阻計算結果的可靠性，亟待解決缺乏實驗驗證的問題。因此，探索壓降性能測試實驗臺的構建來評估仿生葉片的減阻效果、驗證CFD的仿真結果有效性具有十分重要的意義和很高的應用價值。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種液力變矩器葉輪壓降測試裝置，以對葉片的減阻效果進行檢測。

本實用新型提供的技術方案為：

一種液力變矩器葉輪壓降測試裝置，包括：

密封倉，其兩對側上分別設置有進油口和出油口；

葉輪，其設置在所述密封倉內，所述葉輪的轉軸可旋轉的支撐在密封倉側壁上，并且轉軸的一端從所述密封倉的側壁上穿出；

驅動機構，其與所述葉輪的轉軸連接，以驅動所述葉輪旋轉；

液壓循環(huán)機構，其分別與所述進油口和出油口連接，以使液壓油從進油口進入到密封倉內并從出油口流出；

兩個壓力計，其分別設置有進油口和出油口處，以測量進油壓力和出油壓力。

優(yōu)選的是，所述液壓循環(huán)機構包括油槽、油泵和控制閥門。

優(yōu)選的是，所述液壓循環(huán)機構還包括流量計，以測量液壓油循環(huán)回路的流量。

優(yōu)選的是，所述流量計設置有兩個，分別設置在進油管路上和出油管路上。

優(yōu)選的是，所述驅動機構包括依次連接的電機和減速機，所述減速機的輸出軸與葉輪的轉軸連接。

優(yōu)選的是，所述驅動機構還包括轉速傳感器，以測量減速機的輸出軸的轉速。

優(yōu)選的是，所述驅動機構還包括制動器，所述制動器包括設置在減速機的輸出軸兩個側的兩個圓柱形減速塊，所述減速塊與加載機連接，所述加載機能夠帶動兩個減速塊相向或反向移動，通過減速塊與減速機的輸出軸摩擦進行減速。

優(yōu)選的是，所述密封倉包括本體和可開啟式前蓋，所述前蓋與本體之間設置有密封墊，并通過螺釘固定；所述葉輪的轉軸與密封倉連接處設置有骨架油封。

本實用新型的有益效果為：本實用新型提供的液力變矩器葉輪壓降測試裝置，能夠可靠的測試出葉輪的減阻效果，通過保證和實際工況一致，密封條件良好的前提下，測量出仿生葉片是否能夠實現(xiàn)壓降。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的液力變矩器葉輪壓降測試裝置示意圖。

圖2為本實用新型所述的制動器結構示意圖。

圖3為本實用新型所述的密封倉結構示意圖。

圖4為本實用新型所述的光滑葉片與仿生葉片壓降特性曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

如圖1所示，本實用新型提供了一種液力變矩器葉輪壓降測試裝置，包括密封倉110，在所述密封倉110內設置有葉輪120，所述葉輪120的轉軸可旋轉的支撐在密封倉側壁上，并且轉軸的一端從所述密封倉的側壁上穿出到密封倉110外部。

所述密封倉110的上下兩側分別設置有進油口111和出油口112，通過液壓循環(huán)機構將液壓油從進油口111注入到密封倉110內，并從出油口112流出。

所述液壓循環(huán)機構包括油槽131，其作用為盛液壓油，為整個循環(huán)管路提供介質——液壓油。油泵132的一端與油槽131連接，將油槽131內的液壓油抽出并加壓，依次經過第一控制閥門133、第一流量計134、第一壓力計135與進油口111連接，從而實現(xiàn)將液壓油注入到密封倉110內。所述出油口112通過出油管路依次與第二壓力計136、第二流量計137與第二控制閥門138與油槽131連接，實現(xiàn)了液壓油從出油口112流出并流回到油槽131內，進而實現(xiàn)了液壓油的循環(huán)流動。通過第一壓力計135測量進油口111處的壓力，通過第二壓力計136測量出油口112的壓力，通過第一流量計134和第二流量計137測量油路的流量。

葉輪120的轉軸與驅動機構連接，通過驅動機構帶動葉輪旋轉。所述驅動機構包括依次連接的電機141和減速機142，所述減速機142的輸出軸與葉輪120的轉軸連接。在減速機142的輸出軸上設置有轉速傳感器143，用于測量減速機的輸出軸的轉速，即葉輪120的轉速，并將檢測的轉速信號傳遞給控制器160。

如圖2所示，所述驅動機構還與制動器連接，用于對驅動機構的轉速進行減速。所述制動器包括設置在減速機的輸出軸兩個側的兩個圓柱形減速塊151，所述減速塊151與加載機連接，所述加載機由控制器控制160，能夠帶動兩個減速塊151相向或反向移動，通過減速塊151與減速機的輸出軸摩擦進行減速。

如圖3所示，所述密封倉110包括本體113和可開啟式前蓋114，所述前蓋114與本體113之間設置有密封墊115，并通過螺釘進行固定。在進油口111和出油口112處均設置有O型密封圈116，從而使進油口111和出油口112在于液壓管路連接時能夠保證密封性。所述葉輪120的轉軸與密封倉110連接處設置有骨架油封117，防止葉輪120的轉軸轉動時出現(xiàn)漏油。

本實用新型提供的液力變矩器葉輪壓降測試裝置，通過油泵132的工作將油槽131的液力傳動油泵入封閉管路，然后對密封倉內的葉輪120進行沖擊，通過油泵132的轉速與控制閥門的配合和來調節(jié)流量，獲得各個工況下的進、出口油壓，通過傳動機構帶動葉片轉動來模擬出液力變矩器導輪葉片各個工況實際的工作環(huán)境(進口角、流量與實際工況一致)，最后通過管路回路流入油槽里，整個循環(huán)系統(tǒng)中會形成一個壓力穩(wěn)定的均勻流場。通過第一壓力傳感器測量進口的壓力，通過第二壓力傳感器測量出口的壓力，計算出壓降差，將這個壓降差與用普通葉片測試時計算出的壓降差進行對比，來檢測降壓的效果。

具體的工作過程如下：

工作校驗及準備

在實驗平臺啟動之前，密封倉內未被充油。啟動油泵，打開密封倉上的通氣孔，在油泵的作用下，對整個循環(huán)系統(tǒng)進行充液，當頂端通氣孔有均勻液流流出時，表明傳動油已經注滿腔體，關閉通氣孔，系統(tǒng)運行穩(wěn)定后開始采集數(shù)據。此時，測得該密封倉裝置的壓降值，用于對數(shù)據采集系統(tǒng)采集數(shù)據進行修正，以保證實驗過程中所采集的壓力差即為實驗模型所產生的壓降。

以上工作校驗好后，停止油泵運行，將導輪葉片固定在密封倉內，通過變頻器調節(jié)電機轉速與控制閥的調節(jié)，獲得各個工況下的進、出口油壓，電機帶動傳動機構從而帶動葉片旋轉來模擬出液力變矩器導輪葉片各個工況實際的工作環(huán)境。首先，將光滑導輪葉片固定在密封倉內進行測試，使采集到的進、出口油壓數(shù)據與仿真數(shù)據進行對比，確保誤差在5％以下，然后在不改變任何條件的情況下，將光滑葉片換成仿生葉片進行測量，此時，仿生葉片的數(shù)據采集是在相同實驗環(huán)境及同一工況下進行的。

為了消除測試系統(tǒng)誤差對實驗數(shù)據的影響，在進行實驗測試之前，對實驗系統(tǒng)進行標定。通過多次無葉片狀態(tài)的測試之后，對采集的誤差值進行極值剔除，然后取平均值，再進行統(tǒng)計分析，最后將處理后的誤差值存儲于電腦中。在隨后真正的實驗過程中，將采集到的實驗數(shù)據減去每次測量的誤差值，得到的即為實驗的真實測量值，從而達到有效消除測試誤差的目的。

評估方法

實驗過程中的每個工況下，為了得到可靠性較好的實驗數(shù)據，待循環(huán)系統(tǒng)運行穩(wěn)定之后，舍去前200次所采集到的數(shù)據，從201次起開始采集并保留，共取100次。然后，分別計算不同實驗模型不同工況下的100組數(shù)據的平均值，對數(shù)據進行分析處理。實驗過程中分別對光滑表面實驗模型和仿生實驗模型進行減阻測試，模擬的轉矩比i依次為0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0，共11種不同工況。通過采集密封倉進、出口的壓力值，取其差值為壓降，將光滑表面導輪葉片與相同條件下帶有仿生溝槽的導輪葉片的壓降值進行比對，來評估仿生溝槽表面的減阻效果，減阻率η的計算公式為:

dp＝p_in-p_out

對于泵輪(葉輪轉動)，可以通過以上旋轉葉片的裝置測出仿生葉片的壓降，了解仿生葉片的減阻效果。對于導輪(葉輪不轉動)可以使電機不工作，使葉片靜止，通過保證進口角、流量與實際一致來保證與實際工況一致，來驗證仿生葉片的減阻效果。

依次對光滑葉片與仿生葉片進行實驗，測試葉片進、出口的油液壓力，得到各自的壓降值，并計算出仿生葉片不同工況下的減阻率。實驗中將葉片進行固定，獲取實驗結果如表1所示。

實驗結果如表1所示。根據實驗結果繪制光滑葉片與仿生葉片壓降特性曲線圖，如圖4所示。

表1

首先由圖3可知，光滑葉片的仿真數(shù)據與循環(huán)系統(tǒng)模擬得到的實驗數(shù)據的誤差很小，無論是葉片的進、出口油壓，還是葉片在油液中的整體壓降，誤差均小于5％，這說明該實驗平臺完全可以模擬導輪葉片的真實工況環(huán)境，為下一步仿生葉片的實驗奠定了可靠基礎。由表1可知，相比于光滑葉片，仿生葉片在各個工況下都具有一定的減阻效果，其中在啟動工況下，減阻效果最為理想，最大減阻率達到8.98％。而轉矩比在0～0.6區(qū)間內，隨著轉矩比值的增大，減阻效果逐漸減小，在i＝0.6時，減阻效果比較差，此時的減阻率為2.96％。轉矩比在0.8～1.0區(qū)間內，減阻效果有所增加，但改善的不是很明顯，當i＝1.0時，仿生葉片的減阻效果最差，僅為2.84％。

通過對本次實驗數(shù)據的分析，再結合仿生葉片減阻特性仿真結果，可以認為：相比于具有光滑表面的液力變矩器導輪葉片，仿生溝槽表面在一定的條件下，可以明顯地降低葉片在液流中的壓力損失，壓降減小，這與仿生溝槽結構的存在有著密切的關系。對于光滑葉片，當液流開始流經葉片表面時，由于流體的黏性作用，導致葉片表面上的一部分流體附在葉片壁面上，繼而流體的流動受到阻滯，產生大量漩渦，形成附面層。對于仿生葉片，當葉片幾何結構和來流湍流度相同時，仿生溝槽表面則會形成一些特殊的渦結構，使流場中的漩渦重新擬合。經過仿生溝槽區(qū)域之后，大量的流體重新開始附著在壁面流動，并且流動狀態(tài)比較平穩(wěn)均勻，大部分的漩渦都被限于仿生溝槽底部。正是這些仿生溝槽的存在，干擾了渦與渦之間的相互作用，也削弱了渦對流場的負影響，穩(wěn)定了葉片壁面的流場，實現(xiàn)減阻。另一方面，仿生溝槽的存在也會減小葉片表面的壁面剪切應力與葉片邊界層內的渦量大小，從而導致仿生葉片附面層分離區(qū)的壓降損失減小，這代表流場中的液力損失減小。

通過實驗也可以得出，仿生葉片的減阻效果與液力變矩器的效率之間存在一定的反比例關系，當變矩器的效率高時，仿生葉片的減阻效果不明顯，當效率低時，減阻效果往往比較理想。那是因為導葉內部的液流流動本質是復雜的非定常流動，在起動工況下，葉片壓力面一側的流動狀況不好，因為液流沿上游來流方向直接沖擊葉片壓力面，同時還具有從內環(huán)朝向外環(huán)的翼線方向速度，液流受到阻滯后產生了回流。而吸力面一側由于具有正的壓力梯度，使得流體速度減小很快，導致葉片附面層的分離、漩渦的產生與擴散、脫流以及二次流的產生，這些現(xiàn)象的存在急劇增加了流場損失，使得效率減小很大。隨著液力變矩器運行的逐漸穩(wěn)定，液流沖擊導葉的方向不斷改變，吸力面一側的壓力梯度逐漸減小，液流的流動狀態(tài)得到明顯改善，葉片的邊界層分離、漩渦的產生等不利現(xiàn)象被削弱，效率不斷增加，直至達到最大值。正是由于這個原因，在不同的轉矩比下，仿生溝槽對流場的有利干擾效果各不相同，轉矩比越大，仿生溝槽的減阻效果越小。因此，隨著轉矩比的增大，仿生溝槽結構的減阻率減小。此外，當轉矩比增大到一定程度時，仿生溝槽的作用具有小幅度的增強，此時，減阻率得到增大。

盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。