采用合成射流进行主动流动控制的混流泵、叶片及方法

本发明属于流体机械(泵)，尤其涉及一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片、混流及控制方法。

背景技术：

1、混流泵是一种介于离心泵和轴流泵之间的泵型，它利用叶轮旋转产生的离心力和推力的共同作用来输运流体，具有流量大、扬程适中、运行高效区宽、结构简单且体积小等优点，在工农业生产、城市给排水、舰船喷推、潜艇水下武器发射及大型水利工程等领域发挥了重要作用。然而，混流泵因其叶轮内部流动结构复杂且与导叶相互作用，在实际运行过程中会发生各种流动不稳定现象，如流动分离、轮缘泄漏流、二次流和尾迹射流等，这给混流泵的安全稳定运行带来了严重威胁。当混流泵在小流量工况下运行时，极易发生旋转失速现象。

2、因此，需要设计一种新型主动流动控制的方法来改善混流泵流动失稳问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵、叶片及方法，该混流泵在总体设计阶段就能将自主可控的合成射流控制技术作为分系统进行集成设计，形成合成射流激励器与混流泵叶片一体化结构设计，完成基于合成射流主动流动控制的混流泵设计。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，包括：

4、叶片，

5、设于所述叶片轮缘端面上的若干个主动流动控制装置，每个主动流动控制装置包括1个阵列式合成射流激励器组和轮缘端盖，阵列式合成射流激励器组嵌装在叶片内，并通过轮缘端盖进行封闭；每个所述轮缘端盖上设有2个射流口，2个射流口相对布置。

6、进一步，所述主动流动控制装置布置在自叶片的进口边至叶片的中部区域。

7、进一步，所述阵列式合成射流激励器组由多个激励器构成，且激励器之间采用并联的连接方式，每个激励器激励器正面朝向轮缘端面。

8、进一步，所述轮缘端盖的外表面与轮缘端面齐平。

9、进一步，所述轮缘端盖的内表面与激励器激励器正面之间存在腔体，且腔体内除了与射流口相对的区域，其他区域均填充硅胶。

10、进一步，所述激励器通过激励器驱动模块连接机载电源。

11、一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵，包括：

12、混流泵主体，包括混流泵壳体、泵轴、导叶、叶轮、叶片、导水锥、轮毂；所述叶片装有上述主动流动控制装置；

13、设于混流泵主体上的传感器模块，所述传感器模块包括进口压力传感器5和出口流量计；

14、分别与主动流动控制装置、传感器模块信号连接的射流控制系统，所述射流控制系统包括信号接收处理装置和计算机，所述信号接收处理装置通过信号线分别连接计算机和传感器模块，将传感器模块所采集的数据输入计算机；所述计算机根据所采集的数据输出合成射流控制指令至主动流动控制装置。

15、进一步，计算机依次连接信号接收处理装置、控制机载电源、激励器驱动模块、激励器；由计算机输出合成射流控制指令至控制机载电源，与控制机载电源相连的激励器驱动模块将所接收到的合成射流控制指令转换为高频、高压交流电信号，进而驱动激励器。

16、进一步，机载电源的电源线通过泵轴的中空部分、泵轴的通孔和空心滑环连接信号接收处理装置。

17、一种采用合成射流进行混流泵主动流动控制方法，包括以下步骤：

18、步骤一：通过传感器模块分别采集混流泵正常状态、旋转失速状态下对应的进口压力和出口流量，并通过进口压力和出口流量得到对应的流场信息，所述流场信息包括压力、扬程、效率、速度参数；由此得到混流泵正常状态和旋转失速状态对应的流场信息和状态标签，并形成数据集；

19、步骤二：建立旋转失速识别模型，并利用步骤一得到的数据集训练旋转失速识别模型；所述旋转失速识别模型内置于计算机内；

20、步骤三：利用传感器模块采集混流泵正式运行后的进口压力和出口流量，并得到对应的流场信息；利用旋转失速识别模型对所采集的流场信息进行判断，若判断当前处于旋转失速状态，则输出合成射流控制指令至激励器驱动模块启动合成射流激励器组。

21、本发明的有益效果：

22、1、本发明实施例提供的用于混流泵的主动流动控制装置，具体涉及一种可以延缓叶片表面流动分离的主动控制装置。在不改变叶片的外型情况下，在叶片内部合理的布置控制器、腔体以及走线，从而增强水流的掺混，使得流动分离现象得以有效地减弱和抑制合成射流的切向分量可以直接向低能量边界层内注入能量，从而缓解逆压梯度的影响，进一步缓解流动分离现象。

23、2、本发明采用本主动控制装置的混流泵在改善动态失速方面效果明显，在合成射流控制机理研究的基础上，对适用于混流泵的合成射流主动控制装置进行设计，同时考虑控制时的各个参数，可提高失速迎角，在不改变叶轮叶片外形的情况下，提升混流泵的运行效率。

技术特征：

1.一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，其特征在于，所述主动流动控制装置布置在自叶片(9)的进口边至叶片(9)的中部区域。

3.根据权利要求1所述的一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，其特征在于，所述阵列式合成射流激励器组(17)由多个激励器构成，且激励器之间采用并联的连接方式，每个激励器激励器正面朝向轮缘端面(25)。

4.根据权利要求1所述的一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，其特征在于，所述轮缘端盖(18)的外表面与轮缘端面(25)齐平。

5.根据权利要求1所述的一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，其特征在于，所述轮缘端盖(18)的内表面与激励器激励器正面之间存在腔体(22)，且腔体(22)内除了与射流口(20)相对的区域，其他区域均填充硅胶。

6.根据权利要求1所述的一种可合成射流进行主动流动控制的混流泵叶片，其特征在于，所述激励器通过激励器驱动模块连接机载电源(12)。

7.一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵，其特征在于，计算机(16)依次连接信号接收处理装置(15)、控制机载电源(12)、激励器驱动模块、激励器；由计算机(16)输出合成射流控制指令至控制机载电源(12)，与控制机载电源(12)相连的激励器驱动模块将所接收到的合成射流控制指令转换为高频、高压交流电信号，进而驱动激励器。

9.根据权利要求7所述的一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵，其特征在于，机载电源(12)的电源线(6)通过泵轴(4)的中空部分、泵轴(4)的通孔和空心滑环(14)连接信号接收处理装置(15)。

10.一种采用合成射流进行混流泵主动流动控制方法，其特征在于，基于权利要求7所述的一种采用合成射流进行主动流动控制的混流泵，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了采用合成射流进行主动流动控制的混流泵、叶片及方法，在混流泵叶片的轮缘端面上设置若干个主动流动控制装置，每个主动流动控制装置包括1个阵列式合成射流激励器组和轮缘端盖，阵列式合成射流激励器组嵌装在叶片内，并通过轮缘端盖进行封闭；每个所述轮缘端盖上设有2个射流口，2个射流口相对布置。本发明在不改变叶片的外型情况下，在叶片内部合理的布置控制器、腔体以及走线，从而增强水流的掺混，使得流动分离现象得以有效地减弱和抑制合成射流的切向分量可以直接向低能量边界层内注入能量，从而缓解逆压梯度的影响，缓解流动分离现象。

技术研发人员：李伟,杨巧月,季磊磊,周岭,龙雨,蒲伟,何昕瑞
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15