本发明涉及回转动力泵试验技术领域，尤其涉及一种回转动力泵水力模型组合的试验方法及试验设备。
背景技术：
为了设计出满足多工况水力要求的回转动力泵，一般在选用二种及以上的水力模型组合，水力模型组合是针对单个叶轮和其相适配的导叶而言的，因此，获得每种水力模型组合的流量-扬程曲线是设计出高品质回转动力泵的关键。
为获得每种水力模型组合的流量-扬程曲线，现有技术中通常采用以下四种方法：
方法一：相似设计法，按照一定尺寸比例缩小设计并制造多台单级模型泵。
该种方法需要将叶轮和导叶(或蜗壳)按相似原理设计成缩小尺寸的部件，并匹配组装其他部件(例如泵轴、支承件、密封部件、轴承部件等)，以形成单级模型泵。该种设计方法常用于大尺寸泵的水力研发性能，虽然能够以相对较低的材料成本获得水力模型组合的性能，但是在制造实型泵时，由于模型泵上的各零件尺寸不合适，因此无法相互借用，最终导致设计和制造成本的增加。尤其对于需要设计并制造多台单级模型泵来说，设计和制造成本的增加幅度尤其大。
方法二：借用实型泵的叶轮和导叶设计并制造多台单级模型泵。
该种方法在设计制造多台单级模型泵时，借用实型泵的叶轮和导叶，仅制造其他相配套的零部件(例如泵体、泵轴、轴承体和支承件等)，以降低模型泵叶轮和导叶的设计和制造成本。该种设计方法一般用于尺寸不太大的泵，虽然通过借用实型泵的叶轮和导叶可以节省一定成本，但是由于需要制造多台单级模型泵，且多台单级模型泵的配套零件通用度不高，故仍需要设计和制造大量相配套的零部件，不仅费时费工，且设计和制造成本仍然较高。
方法三：设计多级试验泵，并以多级试验泵的一种叶轮和导叶替换另一种叶轮和导叶的方式。
该种方法借用多级泵的泵体、泵轴、轴承体和支承件等配套零部件，将多级泵中不同水力模型的叶轮和导叶替换统一成一种，进行第一次试验，从而得出一种水力模型组合的流量-扬程曲线。然后，以未知水力性能的另一种叶轮和导叶替换掉第一次试验时的一级或多级水力模型组合，并进行第二次试验。在相同流量下，第二次试验测得的扬程扣除相应级数的已测得水力模型的扬程，即可得到未知水力模型的流量-扬程曲线。重复操作，即可获得第三种、第四种等多种水力模型的流量-扬程曲线。
该种设计方法可以最大限度地借用实体泵的配套零件，能够节省设计和制作配套零件的成本，但是由于不同水力模型组合的结构尺寸存在差异，大多情况下这种替换的方法在结构装配上难度极大，甚至是无法实现的。且多次更换未知水力性能的叶轮和导叶，不仅操作繁琐，且计算过程复杂，从而导致试验效率降低。
方法四：方法二和方法三的结合。
该种方法首先按方法二中的实型泵的其中一种水力模型的叶轮和导叶设计一台单级泵，测得这种水力模型的流量-扬程曲线。之后，按方法三中第一次试验之后的操作，可获得第二种、第三种等多种水力模型的流量-扬程曲线。对于这种组合的方法，在选择设计单级泵的水力模型时，通常是优先选择按方法三在装配上不能实现位置替换的一种水力模型。
该种方法的优点与方法三的优点类似，并可解决方法三中不同级数位置上叶轮和导叶不能替换的问题，但是该种方法需设计制造新的单级模型泵，且在有的情况下为了满足替换时的接口配合需要，在不改变叶轮和导叶水力模型的前提下，需要对其接口配合尺寸进行适应性修改设计，费工费时。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种回转动力泵水力模型组合的试验方法，该试验方法能够降低水力模型研发的成本，提高经济性，缩短研发所需时间，提高对市场的快速响应性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种回转动力泵水力模型组合的试验方法，包括如下步骤：
s1：根据待测水力模型组合选择具有预设尺寸和预设级数的现有多级回转动力泵作为初始待测样机，所述待测水力模型组合包括待测叶轮和待测导叶，所述待测水力模型组合的类型数量为n；
s2：将所述初始待测样机改造成n种测试样机mi，每一所述测试样机mi均包括n种所述待测水力模型组合，且不同的所述测试样机mi中至少一种所述待测水力模型组合的数量不同，其中,i＝1、2…n；
s3：对每一所述测试样机mi进行m次流量-扬程测试，获取m组n个流量qj-扬程hiqj数据，其中，j＝1、2…m；
s4：处理m组n个流量qj-扬程hiqj数据，获得n种所述待测水力模型组合的流量-扬程曲线：
其中，s4具体包括如下步骤：
s41：针对每一流量点qj，各获取n种所述测试样机mi对应的hiqj，并根据每一种所述测试样机mi中所包括的所述待测水力模型组合的种类和级数，获取n个方程式aihxqj+bihyqj+…+cihkqj+…dihnqj＝hiqj，并将n个方程式组成方程组，解方程组获取hxqj、hyqj、hkqj、hnqj的具体值；
其中，hxqj、hyqj、hnqj分别代表所述测试样机mi中第一个、第二个以及第n个所述待测水力模型组合的扬程，hkqj代表所述测试样机mi中第k个所述待测水力模型组合的扬程,k＝1、2…n；ai、bi、di代表的所述测试样机mi中第一个、第二个以及第n个所述待测水力模型组合所包括的数量；ci代表的所述测试样机mi中第i个所述待测水力模型组合所包括的数量；
s42：针对m个流量点qj，重复上一步骤，获取m个方程组后，并解方程组获取m个hxqj、hyqj、hkqj、hnqj的具体值；
s43：绘制n种所述待测水力模型组合的流量-扬程曲线，其中该流量-扬程曲线的横坐标为qj，纵坐标分别为hxqj、hyqj、hkqj、hnqj。
作为优选，将所述初始待测样机改造成n种测试样机mi具体包括如下步骤：
s21:根据所述待测水力模型组合的类型数量为n，确定所需的所述测试样机mi的类型数量n；
s22:根据所述初始待测样机的预设级数和预设级数间隔，确定所述测试样机mi中n种所述待测水力模型组合中每一种所述待测水力模型组合的预设数量以及排列；
s23:设计并制造配套零件。
作为优选，所述配套零件包括限位轴套和接管。
作为优选，所述待测水力模型组合的类型数量n为2，分别为首级水力模型组合和次级水力模型组合。
作为优选，所述测试样机mi包括第一测试样机和第二测试样机；
所述第一测试样机具有一级所述首级水力模型组合和多级所述次级水力模型组合，所述第二测试样机具有一级所述首级水力模型组合和多级所述次级水力模型组合，且所述第一测试样机和所述第二测试样机包括的所述次级水力模型组合的数量不同。
作为优选，所述第一测试样机包括四级所述次级水力模型组合；
所述第二测试样机包括五级所述次级水力模型组合。
作为优选，所述初始待测样机和所述测试样机mi公用多种通用零件。
作为优选，所述通用零件包括泵轴、泵体、泵盖、密封件和支架。
作为优选，所述初始待测样机的预设级数为11级。
本发明的另一个目的在于提供一种回转动力泵水力模型组合的试验设备，该试验设备成本低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种回转动力泵水力模型组合的试验设备，使用上述的回转动力泵水力模型组合的试验方法。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种回转动力泵水力模型组合的试验方法，该试验方法利用现有的多级回转动力泵作为初始待测样机，并根据所需测试的n种待测水力模型组合对初始待测样机进行改造，从而获得n种测试样机mi。通过对n种测试样机mi进行流量-扬程测试，并对获得的流量qj-扬程hiqj数据进行处理获得方程组，对方程组的求解结果进行处理能够获得n种待测水力模型组合的流量-扬程曲线。该种测试方法由于是对现有的多级回转动力泵进行改造从而形成多个测试样机mi，可以利用现有的多级回转泵中的大部分零部件，需要重新设计的零部件很少，因此能够在极大程度上降低试验成本。并且该种试验方法对数据处理的方法比较简单，有利于提高试验效率，能够快速获得试验结果。
附图说明
图1是本发明所提供的回转动力泵水力模型组合的试验方法的流程图；
图2是本发明所提供的回转动力泵水力模型组合的试验方法的步骤4的详细流程图；
图3是本发明所提供的第一测试样机的结构示意图；
图4是本发明所提供的第二测试样机的结构示意图。
图中：
1、首级水力模型组合；2、次级水力模型组合；3、限位轴套；4、接管；5、泵轴；6、泵体；7、泵盖；8、密封件；9、支架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供了一种回转动力泵水力模型组合的试验方法，该试验方法以最大限度借用现有实型泵的部件，经量减少设计制造新零件，来获取多种水力模型的流量-扬程曲线，从而为成功设计出品质优良的整泵提供关键支持。该试验方法能够降低水力模型研发的成本，提高经济性，同时缩短研发周期，加速对市场需求的响应。
如图1和图2所示，该试样方法包括如下步骤：
s1：根据待测水力模型组合选择具有预设尺寸和预设级数的现有多级回转动力泵作为初始待测样机，待测水力模型组合包括待测叶轮和待测导叶，待测水力模型组合的类型数量为n；
s2：将初始待测样机改造成n种测试样机mi，每一测试样机mi均包括n种待测水力模型组合，且不同的测试样机mi中至少一种待测水力模型组合的数量不同，其中,i＝1、2…n；
s3：对每一测试样机mi进行m次流量-扬程测试，获取m组n个流量qj-扬程hiqj数据，其中，j＝1、2…m(通常m＝13，可视流量-扬程曲线形状和精确性，选择更大或更小)；
s4：处理m组n个流量qj-扬程hiqj数据，获得n种待测水力模型组合的流量-扬程曲线：
其中，s4具体包括如下步骤：
s41：针对每一流量点qj，各获取n种测试样机mi对应的hiqj，并根据每一种测试样机mi中所包括的待测水力模型组合的种类和级数，获取n个方程式aihxqj+bihyqj+…+cihkqj+…dihnqj＝hiqj，并将n个方程式组成方程组，解方程组获取hxqj、hyqj、hkqj、hnqj的具体值；
其中，hxqj、hyqj、hnqj分别代表测试样机mi中第一个、第二个以及第n个待测水力模型组合的扬程，hkqj代表测试样机mi中第k个待测水力模型组合的扬程,k＝1、2…n；ai、bi、di代表的测试样机mi中第一个、第二个以及第n个待测水力模型组合所包括的数量；ci代表的测试样机mi中第i个待测水力模型组合所包括的数量；
s42：针对m个流量点qj，重复上一步骤，获取m个方程组后，并解方程组获取m个hxqj、hyqj、hkqj、hnqj的具体值；
s43：绘制n种待测水力模型组合的流量-扬程曲线，其中该流量-扬程曲线的横坐标为qj，纵坐标分别为hxqj、hyqj、hkqj、hnqj。
该试验方法利用现有的多级回转动力泵作为初始待测样机，并根据所需测试的n种待测水力模型组合对初始待测样机进行改造，从而获得了n种测试样机mi。整个过程能够最大限度地借用多级回转动力泵中的部件使用，故需要重新设计的零部件很少，因此能够在极大程度上降低试验成本。
并且，该试样方法通过对n种测试样机mi进行流量-扬程测试，能够获得多组流量qj-扬程hiqj数据，对多组流量qj-扬程hiqj数据进行处理能够获得方程组，对方程组求解后，利用方程解能够获得n种待测水力模型组合的流量-扬程曲线。整个数据处理过程的方法比较简单、直观，有利于提高试验效率，快速获得试验结果，从而能够缩短研发时间，提高对市场的响应性。
具体地，在步骤s1中，需要初步确定待测水力模型组合中待测叶轮和待测导叶的尺寸，并根据待测叶轮和待测导叶的尺寸选择尺寸、级数合适的多级回转动力泵。该多级回转动力泵是现有的多级泵，多级泵的级数根据需求进行设定，优先选择级数较多的泵，以便根据步骤s2中对其进行改造，从而形成足够数量的测试样机。在本实施例中，选择现有的一台尺寸可以匹配的11级泵作为初始待测样机。
在步骤s2中，将初始待测样机改造成n种测试样机mi具体包括如下步骤：
s21:根据待测水力模型组合的类型数量为n，确定所需的测试样机mi的类型数量n；
例如：当仅需测试一种待测水力模型组合时，将初始待测样机改造成一种测试样机即可；而当需要测试两种待测水力模型组合时，则需将初始待测样机改造成两种测试样机；当需要测试三种待测水力模型组合时，则需将初始待测样机改造成三种测试样机；依次类推。
在本实施例中，以需要测试两种待测水力模型组合为例，故需要将初始待测样机改造成两种测试样机，如图3和图4所示，两种待测水力模型组合分别为首级水力模型组合1和次级水力模型组合2；这两种测试样机分别为第一测试样机和第二测试样机。
s22:根据初始待测样机的预设级数和预设级数间隔，确定测试样机mi中n种待测水力模型组合中每一种待测水力模型组合的预设数量以及排列；
由于在本实施例中，初始待测样机的预设级数为11级，预设级数间隔一般为一级或者两级，因此第一测试样机按照预设级数间隔为二级确定待测水力模型组合的预设数量以及排列，第二测试样机按照预设级数间隔为一级确定待测水力模型组合的预设数量以及排列。
此处，待测水力模型组合的预设数量以及排布均比较灵活，一般为保留首级和末级的待测叶轮和待测导叶，然后按照预设级数间隔排布其他待测叶轮和待测导叶。
例如可以如图3和图4所示，第一测试样机包括一级首级水力模型组合1和四级次级水力模型组合2。排布时，将首级水力模型组合1保留在第一测试样机的首级，将其中一个次级水力模型组合2保留在第一待测样机的末级，首级和末级之间的其他级按照间隔二级的方式排布设置有三级次级水力模型组合2。而第二待测样机则包括一级首级水力模型组合1和五级次级水力模型组合2。排布时，将首级水力模型组合1保留在第二测试样机的首级，将其中一个次级水力模型组合2保留在第二待测样机的末级，首级和末级之间的其他级按照间隔一级的方式排布设置有四级次级水力模型组合2。
当然在其他实施例中，首级水力模型组合1和次级水力模型组合2的数量根据需求还可以进行调整，只要保证两种测试样机中至少有一种待测水力模型组合的数量不同即可。
s23:设计并制造配套零件。
如图3和图4所示，可以看出不同的测试样机中具有多种可以公用的通用零件，例如泵轴5、泵体6、泵盖7、密封件8和支架9等；而也有一些件的尺寸发生了变化需要更换，例如限位轴套3和接管4。在两个不同的测试样机中，限位轴套3和接管4的结构不变，仅是尺寸发生了变化，而限位轴套3和接管4为机械领域比较常见的零件，设计和加工简单，在极大程度上降低了设计制造成本，提高了试验效率。
具体地，在步骤s3中，由于本实施例具有第一测试样机和第二测试样机两个样机，第一测试样机由m1表示，第二测试样机由m2表示。因此，在该步骤中，需要分别对第一测试样机m1和第二测试样机m2进行流量-扬程测试，从而获得两组流量qj-扬程hiqj数据，其中，j＝1、2…m，m表示每一测试样机进行的流量-扬程测试的测试次数。
例如，对应一组流量点q1、q2、q3、…qj…、qm,第一测试样机m1获得的测试扬程为h1q1、h1q2、h1q3、…h1qj…、h1qm；第二测试样机m2获得的测试扬程为h2q1、h2q2、h2q3、…h2qj…、h2qm。当然，如果还有更多的测试样机，例如第三测试样机m3，那么可以进一步获得第三测试样机m3对应的测试扬程为h3q1、h3q2、h3q3、…h3qj…、h3qm，依次类推。
具体地，在步骤s4中，需要根据多级泵扬程的定义以及步骤s3中获得的数据，对数据进行处理。具体地，对应每一个流量点，不同测试样机可得到一个方程式，而针对上述两种测试样机，则可以获得一个方程组，经过计算，则可以得到待测水力模型的流量-扬程曲线。
例如，假设首级待测水力模型组合的扬程为hx，次级待测水力模型组合的扬程为hy，那么在每一个流量点时，针对第一测试样机m1和第二测试样机m2，均可以得到两个方程式，将两个方程式组成一个方程组，以q1为例，方程组如下：
其中，h1q1和h2q1均为在步骤s3中获得的数据，通过解该方程组，可求出hxq1和hyq1的具体值，即对应流量点q1的首级待测水力模型组合和次级待测水力模型组合的扬程值；依次类推，针对m个流量点，可以获得m个方程组，并求得m组首级待测水力模型和次级待测水力模型的扬程值；最后，以q为横坐标，以hx为纵坐标即可获得首级待测水力模型的流量-扬程曲线，以q为横坐标，以hy为纵坐标即可获得次级待测水力模型的流量-扬程曲线。
本实施例还提供了一种回转动力泵水力模型组合的试验设备，该试样设备使用上述的回转动力泵水力模型组合的试验方法，不仅试样成本低，且测试效率高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。