一種測量泵葉輪葉片表面壓力的系統及方法
【專利摘要】本發明屬于水泵技術領域，公開了一種測量泵葉輪葉片表面壓力的系統及方法。本系統包括壓電薄膜傳感器、信號發出裝置、信號接收裝置、數據采集和監控系統、計算機；本發明的過程為：壓電薄膜傳感器貼在泵葉輪葉片工作面和葉輪葉片背面上，其引線通過葉輪后蓋板的導線槽引入泵軸的徑向孔，進而引入泵軸的軸向孔；在軸向孔的右側靠近聯軸器一側安裝信號發出裝置；信號發出裝置將壓力信號轉換成數字信號并進行無線傳輸，由信號接收裝置進行信號接收，進而將數字信號傳輸到數據采集和監控系統；所有信號采集完畢之后，傳輸到計算機分析。本發明不僅能解決現有的方法適用性低、精度低等問題，還具有安裝方便、靈活等優點。
【專利說明】
一種測量泵葉輪葉片表面壓力的系統及方法
技術領域
[0001]本發明屬于水栗技術領域，特指涉及一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統及方法。
【背景技術】
[0002]栗作為一種通用機械，主要用于把原動機的機械能轉換為液體的能量，其種類繁多，在國民經濟各部門以及航天船舶等高科技領域都應用廣泛。栗在非設計工況下運行時，普遍存在壓力脈動等不穩定問題，從而引起振動和噪聲，嚴重時會使栗組的結構振動加劇，有時還會引起共振。因此，必須采取一定的措施來預測及減小栗的振動，提高其運行穩定性。目前，采用試驗測量的方法來分析栗內的壓力脈動情況是最關鍵可靠的方法。但是由于葉片的旋轉、形狀等原因，測量葉片表面壓力的方法目前還不成熟。如中國專利文獻記載的一種旋轉狀態下的壓力測量方法【申請號:201210262085.1 ；公布號:CN102798496A】介紹了一種旋轉狀態下壓力的測量方法，但是壓力傳感器布置在貫穿兩側面的安裝孔內，不適用于葉片表面的壓力測量；一種離心栗葉片表面非定常壓力測試裝置【申請號:201510418997.7;公布號:CN104990661A】，介紹了一種通過在葉片上打孔，將壓力傳感器布置在葉片內部來測試離心栗葉片表面壓力的方法，但是由于葉片一般較薄，壓力傳感器過大以及壓力傳感器的引線在旋轉時容易纏繞等原因，適用面比較狹窄。
【發明內容】
[0003]針對上述現有測量方法存在的問題，本發明提出了一種可以測量栗葉輪葉片表面壓力的系統和普遍性方法，旨在解決目前測量葉片表面壓力的問題，提出適用于離心栗、軸流栗和混流栗的通用性葉輪葉片表面壓力的測量方法。為了實現上述目的，采用如下技術方案:
[0004]—種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，包括壓電薄膜傳感器、信號發出裝置、信號接收裝置、數據采集和監控系統、計算機，其中，在葉輪葉片工作面與葉輪葉片背面均貼有壓電薄膜傳感器，壓電薄膜傳感器通過引線與信號發出裝置連接;所述信號發出裝置安裝在栗軸軸向孔的右側靠近聯軸器一側；
[0005]所述信號接收裝置與數據采集和監控系統連接;數據采集和監控系統與計算機連接；
[0006]所述信號發出裝置與信號接收裝置之間通過無線傳輸信號。
[0007]所述葉輪葉片工作面和葉輪葉片背面分別貼有M個壓電薄膜傳感器;其中，壓電薄膜傳感器的數量M可根據公式M= [ (D2-dh)/80+3/4]計算得到，式中b2為葉輪出口寬度，D2為葉輪出口直徑；
[0008]每個壓電薄膜傳感器上均勻分布N個測點，測點的數量N由公式N= [ (b2+10) /15 ]計算得到，式中，dh為葉輪輪轂直徑。
[0009]所述壓電薄膜傳感器上均勻分布的N個測點，每個測點所測得的的壓力信號通過一根引線引出，N個測點的引線匯集為一條，從壓電薄膜傳感器中引出。
[0010]葉輪后蓋板上有導線槽，導線槽位于靠近葉輪葉片進口邊處，并沿軸向打通;導線槽軸向寬度為3mm，徑向寬度為3.5mm，導線槽與葉輪本身的鍵槽的角度為180°，能夠避免其對葉輪后蓋板強度的削弱。
[0011]栗軸上有徑向孔與軸向孔，徑向孔和軸向孔的直徑均為cUzd/lO，其中d為栗軸直徑;軸向孔通過左側徑向孔與葉輪后蓋板導線槽相連；
[0012]所述壓電薄膜傳感器的引線依次通過葉輪后蓋板、導線槽、徑向孔、軸向孔與信號發出裝置連接。
[0013]進一步地，所述壓電薄膜傳感器的引線沿葉輪葉片與葉輪后蓋板的交線布置，沿葉輪后蓋板的導線槽引向栗軸的徑向孔，通過徑向孔引向軸向孔，進而引到軸向孔右側的信號發出裝置。
[0014]一種測量栗葉輪葉片表面壓力的方法，包括如下步驟:
[0015](I)貼在葉輪葉片工作面和葉輪葉片背面的壓電薄膜傳感器測量栗葉輪葉片表面的壓力，通過引線傳輸到信號發出裝置；
[0016](2)所述信號接收裝置通過其外部觸發器接收由信號發出裝置發出的無線信號，并將信號傳輸到數據采集和監測系統，所有測點的壓力信號測量完畢以后，將信號傳輸到計算機進行分析。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018](I)本發明中壓電薄膜傳感器的布置方式及無線信號收發方式，解決了栗軸旋轉帶來的測量葉輪葉片表面壓力難的問題，可避免因布置引線產生的引線纏繞問題，以及打孔造成的軸強度下降等問題，實現了栗旋轉時葉輪葉片表面壓力的測量。
[0019](2)本發明將壓電薄膜傳感器貼在葉輪葉片表面上，適用性較廣，不僅可以用于圓柱葉片的表面壓力測量，還可用于扭曲型葉片的表面壓力測量。
[0020](3)本發明涉及的壓電薄膜傳感器可以實現測點的自由布置，對葉輪葉片的損壞較小，可以保證葉輪葉片的強度。
[0021](4)本發明壓電薄膜傳感器的布置方式對于栗具有普遍性，不僅適用于離心栗，還適用于軸流栗與混流栗，且不受栗裝置大小的限制。
[0022](5)本發明涉及的栗葉輪葉片表面壓力測量方法，具有精度高、分辨率高以及抗干擾性能好等優點，可以動態測量栗全工況下葉輪葉片表面壓力。
[0023](6)本發明將信號發出裝置布置在軸靠近電機的一側，比無線傳感器的接收信號強，精度高。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的測試裝置示意圖；
[0025]圖2為本發明中壓電薄膜傳感器在葉輪上的安裝示意圖，A-葉輪背面示意圖;B-葉輪工作面示意圖；
[0026]圖3為圖2中A處的局部放大圖；
[0027]圖4為栗軸的徑向孔與軸向孔布置示意圖；
[0028]附圖標記說明:
[0029]1-信號接收裝置、2-數據采集和監控系統、3-計算機、4-葉輪葉片、5-壓電薄膜傳感器、6-引線、7-葉輪、8-葉輪前蓋板、9-葉輪后蓋板、10-葉輪葉片背面、11-葉輪出口邊、12-葉輪葉片工作面、13-葉輪進口邊、14-導線槽、15-左側徑向孔、16-栗軸、17-軸向孔、18-
信號發出裝置。
【具體實施方式】
[0030]實施例:
[0031 ] 一臺比轉數為165的離心栗，其主要參數為:葉輪出口寬度b2 = 37mm，葉輪出口直徑D2 = 27 8mm，葉輪輪轂直徑dh = 37mm，栗軸直徑d = 25mm。
[0032]如附圖1所示，所述栗裝置葉輪葉片的壓力振動信號由壓電薄膜傳感器5的測點測得后，通過引線6傳輸到信號發出裝置18，信號發出裝置18將壓力信號轉換為數字信號進行無線傳輸，信號接收裝置I通過其外部觸發器接收由信號發出裝置18發出的數字信號，并將數字信號傳輸到數據采集和監測系統2，所有測點的壓力信號測量完畢以后，將數字信號傳輸到計算機3進行分析。
[0033]如附圖2所示，所述葉輪葉片工作面12與葉輪葉片背面10上分別均勻貼M組壓電薄膜傳感器5，每個壓電薄膜傳感器5上均勻分布N個測點，根據公式M= [(D2-dh)/80+3/4]、N=[<^2+10)/15]以及實驗栗的參數，可計算出~=3，]?=4。
[0034]如附圖3所示，所述葉輪后蓋板9上有軸向寬度為3mm、徑向寬度為3.5mm的導線槽14，導線槽14延伸至與栗軸16的連接處。
[0035]如附圖4所示，所述栗軸16上設有徑向孔15和軸向孔17，軸向孔17通過徑向孔15與導線槽14相連，根據計算公式CU = CVlO以及栗葉輪的參數可得，徑向孔15和軸向孔17的直徑均為2.5mm。
[0036]如附圖2所示，所述壓電薄膜傳感器5固定在葉輪葉片工作面12與葉輪葉片背面10上，所述壓電薄膜傳感器5的引線6依次通過葉輪后蓋板9、導線槽14、徑向孔15與軸向孔17右側的信號發出裝置18相連接。
[0037]如附圖2所示，將壓電薄膜傳感器5與葉輪葉片工作面12與葉輪葉片背面10用強力膠黏貼，保證黏貼的緊密型。如附圖2所示，將穿過葉輪后蓋板9的壓電薄膜傳感器引線6裝入栗軸16，引線6—端與壓電薄膜傳感器5相連，另一端信號發出裝置18相連。將葉輪7與栗體、栗軸16進行裝配。安裝完成后，裝置啟動，當栗工作時，通過葉輪葉片表面的壓力薄膜傳感器5測量栗葉輪葉片表面的壓力，通過引線6傳輸到信號發出裝置18;信號接收裝置I通過其外部觸發器接收由信號發出裝置18發出的無線信號;并將接收到的數字信號傳輸到數據采集和監測系統2;所有測點的壓力信號測量完畢以后，將這些數字信號傳輸到計算機3進行分析。
【主權項】
1.一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于，包括壓電薄膜傳感器(5)、信號發出裝置(18)、信號接收裝置(1)、數據采集和監控系統(2)、計算機(3)，其特征在于: 在葉輪葉片工作面(12)與葉輪葉片背面(10)均貼有壓電薄膜傳感器(5)，壓電薄膜傳感器(5)通過引線(6)與信號發出裝置(18)連接;所述信號發出裝置(18)安裝在栗軸軸向孔(17)的右側靠近聯軸器一側； 所述信號接收裝置(I)與數據采集和監控系統(2)連接;數據采集和監控系統(2)與計算機(3)連接； 所述信號發出裝置(18)與信號接收裝置(I)之間通過無線傳輸信號。2.根據權利要求1所述一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于，所述葉輪葉片工作面(12)和葉輪葉片背面(10)分別貼有M個所述壓電薄膜傳感器(5)，其中，壓電薄膜傳感器(5)的數量M可根據公式M=[(D2-dh)/80+3/4]計算得到，式中，D2為葉輪出口直徑，dh為葉輪輪轂直徑。3.根據權利要求1所述一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于，所述每個壓電薄膜傳感器(5)上均勻分布N個測點，其中，測點的數量N由公式N=[(b2+10)/15]計算得至IJ，式中，b2為葉輪出口寬度。4.根據權利要求3所述一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于，所述壓電薄膜傳感器(5)上均勻分布的N個測點，每個測點所測得的壓力信號通過一根引線(6)引出，N個測點的引線匯集為一條，從壓電薄膜傳感器(5)中引出。5.根據權利要求1所述的一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于， 葉輪后蓋板(9)上開有導線槽(14)，導線槽(14)與葉輪本身的鍵槽之間的角度為180°;導線槽(14)位于靠近葉輪葉片進口邊(13)處，并沿軸向打通； 栗軸(16)上有徑向孔(15)和軸向孔(17)，軸向孔(17)通過左側徑向孔(15)與葉輪后蓋板導線槽(14)相連； 所述壓電薄膜傳感器(5)的引線(6)依次通過葉輪后蓋板(9)、導線槽(14)、徑向孔(15)、軸向孔(17)與信號發出裝置(18)連接。6.根據權利要求5所述的一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于， 所述壓電薄膜傳感器(5)的引線(6)沿葉輪葉片(4)與葉輪后蓋板(9)的交線布置，沿葉輪后蓋板(9)的導線槽(14)引向栗軸的徑向孔(15)，通過徑向孔(15)引向軸向孔(17)，進而弓丨到軸向孔右側的信號發出裝置(18)。7.根據權利要求5所述的一種測量栗葉輪葉片表面壓力的系統，其特征在于， 所述導線槽(14)的軸向寬度為3mm、徑向寬度為3.5mm; 所述栗軸的徑向孔(15)與軸向孔(17)的直徑均為dfd/lO，其中d為栗軸直徑。8.一種測量栗葉輪葉片表面壓力的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)貼在葉輪葉片工作面(12)和葉輪葉片背面(10)的壓電薄膜傳感器(5)測量栗葉輪葉片表面的壓力，通過引線(6)傳輸到信號發出裝置(18); (2)所述信號接收裝置(I)通過其外部觸發器接收由信號發出裝置(18)發出的無線信號，并將信號傳輸到數據采集和監測系統(2)，所有測點的壓力信號測量完畢以后，將信號傳輸到計算機(3)進行分析。
【文檔編號】F04D15/00GK106015029SQ201610313026
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】談明高, 何相慧, 劉厚林, 王凱, 吳賢芳
【申請人】江蘇大學