一种测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法
【专利摘要】本发明属于水泵技术领域，公开了一种测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法。本系统包括压电薄膜传感器、信号发出装置、信号接收装置、数据采集和监控系统、计算机；本发明的过程为：压电薄膜传感器贴在泵叶轮叶片工作面和叶轮叶片背面上，其引线通过叶轮后盖板的导线槽引入泵轴的径向孔，进而引入泵轴的轴向孔；在轴向孔的右侧靠近联轴器一侧安装信号发出装置；信号发出装置将压力信号转换成数字信号并进行无线传输，由信号接收装置进行信号接收，进而将数字信号传输到数据采集和监控系统；所有信号采集完毕之后，传输到计算机分析。本发明不仅能解决现有的方法适用性低、精度低等问题，还具有安装方便、灵活等优点。
【专利说明】
一种测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于水栗技术领域，特指涉及一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统及方法。
【背景技术】
[0002]栗作为一种通用机械，主要用于把原动机的机械能转换为液体的能量，其种类繁多，在国民经济各部门以及航天船舶等高科技领域都应用广泛。栗在非设计工况下运行时，普遍存在压力脉动等不稳定问题，从而引起振动和噪声，严重时会使栗组的结构振动加剧，有时还会引起共振。因此，必须采取一定的措施来预测及减小栗的振动，提高其运行稳定性。目前，采用试验测量的方法来分析栗内的压力脉动情况是最关键可靠的方法。但是由于叶片的旋转、形状等原因，测量叶片表面压力的方法目前还不成熟。如中国专利文献记载的一种旋转状态下的压力测量方法【申请号:201210262085.1 ；公布号:CN102798496A】介绍了一种旋转状态下压力的测量方法，但是压力传感器布置在贯穿两侧面的安装孔内，不适用于叶片表面的压力测量；一种离心栗叶片表面非定常压力测试装置【申请号:201510418997.7;公布号:CN104990661A】，介绍了一种通过在叶片上打孔，将压力传感器布置在叶片内部来测试离心栗叶片表面压力的方法，但是由于叶片一般较薄，压力传感器过大以及压力传感器的引线在旋转时容易缠绕等原因，适用面比较狭窄。
【发明内容】
[0003]针对上述现有测量方法存在的问题，本发明提出了一种可以测量栗叶轮叶片表面压力的系统和普遍性方法，旨在解决目前测量叶片表面压力的问题，提出适用于离心栗、轴流栗和混流栗的通用性叶轮叶片表面压力的测量方法。为了实现上述目的，采用如下技术方案:
[0004]—种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，包括压电薄膜传感器、信号发出装置、信号接收装置、数据采集和监控系统、计算机，其中，在叶轮叶片工作面与叶轮叶片背面均贴有压电薄膜传感器，压电薄膜传感器通过引线与信号发出装置连接;所述信号发出装置安装在栗轴轴向孔的右侧靠近联轴器一侧；
[0005]所述信号接收装置与数据采集和监控系统连接;数据采集和监控系统与计算机连接；
[0006]所述信号发出装置与信号接收装置之间通过无线传输信号。
[0007]所述叶轮叶片工作面和叶轮叶片背面分别贴有M个压电薄膜传感器;其中，压电薄膜传感器的数量M可根据公式M= [ (D2-dh)/80+3/4]计算得到，式中b2为叶轮出口宽度，D2为叶轮出口直径；
[0008]每个压电薄膜传感器上均匀分布N个测点，测点的数量N由公式N= [ (b2+10) /15 ]计算得到，式中，dh为叶轮轮毂直径。
[0009]所述压电薄膜传感器上均匀分布的N个测点，每个测点所测得的的压力信号通过一根引线引出，N个测点的引线汇集为一条，从压电薄膜传感器中引出。
[0010]叶轮后盖板上有导线槽，导线槽位于靠近叶轮叶片进口边处，并沿轴向打通;导线槽轴向宽度为3mm，径向宽度为3.5mm，导线槽与叶轮本身的键槽的角度为180°，能够避免其对叶轮后盖板强度的削弱。
[0011]栗轴上有径向孔与轴向孔，径向孔和轴向孔的直径均为cUzd/lO，其中d为栗轴直径;轴向孔通过左侧径向孔与叶轮后盖板导线槽相连；
[0012]所述压电薄膜传感器的引线依次通过叶轮后盖板、导线槽、径向孔、轴向孔与信号发出装置连接。
[0013]进一步地，所述压电薄膜传感器的引线沿叶轮叶片与叶轮后盖板的交线布置，沿叶轮后盖板的导线槽引向栗轴的径向孔，通过径向孔引向轴向孔，进而引到轴向孔右侧的信号发出装置。
[0014]一种测量栗叶轮叶片表面压力的方法，包括如下步骤:
[0015](I)贴在叶轮叶片工作面和叶轮叶片背面的压电薄膜传感器测量栗叶轮叶片表面的压力，通过引线传输到信号发出装置；
[0016](2)所述信号接收装置通过其外部触发器接收由信号发出装置发出的无线信号，并将信号传输到数据采集和监测系统，所有测点的压力信号测量完毕以后，将信号传输到计算机进行分析。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018](I)本发明中压电薄膜传感器的布置方式及无线信号收发方式，解决了栗轴旋转带来的测量叶轮叶片表面压力难的问题，可避免因布置引线产生的引线缠绕问题，以及打孔造成的轴强度下降等问题，实现了栗旋转时叶轮叶片表面压力的测量。
[0019](2)本发明将压电薄膜传感器贴在叶轮叶片表面上，适用性较广，不仅可以用于圆柱叶片的表面压力测量，还可用于扭曲型叶片的表面压力测量。
[0020](3)本发明涉及的压电薄膜传感器可以实现测点的自由布置，对叶轮叶片的损坏较小，可以保证叶轮叶片的强度。
[0021](4)本发明压电薄膜传感器的布置方式对于栗具有普遍性，不仅适用于离心栗，还适用于轴流栗与混流栗，且不受栗装置大小的限制。
[0022](5)本发明涉及的栗叶轮叶片表面压力测量方法，具有精度高、分辨率高以及抗干扰性能好等优点，可以动态测量栗全工况下叶轮叶片表面压力。
[0023](6)本发明将信号发出装置布置在轴靠近电机的一侧，比无线传感器的接收信号强，精度高。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的测试装置示意图；
[0025]图2为本发明中压电薄膜传感器在叶轮上的安装示意图，A-叶轮背面示意图;B-叶轮工作面示意图；
[0026]图3为图2中A处的局部放大图；
[0027]图4为栗轴的径向孔与轴向孔布置示意图；
[0028]附图标记说明:
[0029]1-信号接收装置、2-数据采集和监控系统、3-计算机、4-叶轮叶片、5-压电薄膜传感器、6-引线、7-叶轮、8-叶轮前盖板、9-叶轮后盖板、10-叶轮叶片背面、11-叶轮出口边、12-叶轮叶片工作面、13-叶轮进口边、14-导线槽、15-左侧径向孔、16-栗轴、17-轴向孔、18-
信号发出装置。
【具体实施方式】
[0030]实施例:
[0031 ] 一台比转数为165的离心栗，其主要参数为:叶轮出口宽度b2 = 37mm，叶轮出口直径D2 = 27 8mm，叶轮轮毂直径dh = 37mm，栗轴直径d = 25mm。
[0032]如附图1所示，所述栗装置叶轮叶片的压力振动信号由压电薄膜传感器5的测点测得后，通过引线6传输到信号发出装置18，信号发出装置18将压力信号转换为数字信号进行无线传输，信号接收装置I通过其外部触发器接收由信号发出装置18发出的数字信号，并将数字信号传输到数据采集和监测系统2，所有测点的压力信号测量完毕以后，将数字信号传输到计算机3进行分析。
[0033]如附图2所示，所述叶轮叶片工作面12与叶轮叶片背面10上分别均匀贴M组压电薄膜传感器5，每个压电薄膜传感器5上均匀分布N个测点，根据公式M= [(D2-dh)/80+3/4]、N=[<^2+10)/15]以及实验栗的参数，可计算出~=3，]?=4。
[0034]如附图3所示，所述叶轮后盖板9上有轴向宽度为3mm、径向宽度为3.5mm的导线槽14，导线槽14延伸至与栗轴16的连接处。
[0035]如附图4所示，所述栗轴16上设有径向孔15和轴向孔17，轴向孔17通过径向孔15与导线槽14相连，根据计算公式CU = CVlO以及栗叶轮的参数可得，径向孔15和轴向孔17的直径均为2.5mm。
[0036]如附图2所示，所述压电薄膜传感器5固定在叶轮叶片工作面12与叶轮叶片背面10上，所述压电薄膜传感器5的引线6依次通过叶轮后盖板9、导线槽14、径向孔15与轴向孔17右侧的信号发出装置18相连接。
[0037]如附图2所示，将压电薄膜传感器5与叶轮叶片工作面12与叶轮叶片背面10用强力胶黏贴，保证黏贴的紧密型。如附图2所示，将穿过叶轮后盖板9的压电薄膜传感器引线6装入栗轴16，引线6—端与压电薄膜传感器5相连，另一端信号发出装置18相连。将叶轮7与栗体、栗轴16进行装配。安装完成后，装置启动，当栗工作时，通过叶轮叶片表面的压力薄膜传感器5测量栗叶轮叶片表面的压力，通过引线6传输到信号发出装置18;信号接收装置I通过其外部触发器接收由信号发出装置18发出的无线信号;并将接收到的数字信号传输到数据采集和监测系统2;所有测点的压力信号测量完毕以后，将这些数字信号传输到计算机3进行分析。
【主权项】
1.一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于，包括压电薄膜传感器(5)、信号发出装置(18)、信号接收装置(1)、数据采集和监控系统(2)、计算机(3)，其特征在于: 在叶轮叶片工作面(12)与叶轮叶片背面(10)均贴有压电薄膜传感器(5)，压电薄膜传感器(5)通过引线(6)与信号发出装置(18)连接;所述信号发出装置(18)安装在栗轴轴向孔(17)的右侧靠近联轴器一侧； 所述信号接收装置(I)与数据采集和监控系统(2)连接;数据采集和监控系统(2)与计算机(3)连接； 所述信号发出装置(18)与信号接收装置(I)之间通过无线传输信号。2.根据权利要求1所述一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于，所述叶轮叶片工作面(12)和叶轮叶片背面(10)分别贴有M个所述压电薄膜传感器(5)，其中，压电薄膜传感器(5)的数量M可根据公式M=[(D2-dh)/80+3/4]计算得到，式中，D2为叶轮出口直径，dh为叶轮轮毂直径。3.根据权利要求1所述一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于，所述每个压电薄膜传感器(5)上均匀分布N个测点，其中，测点的数量N由公式N=[(b2+10)/15]计算得至IJ，式中，b2为叶轮出口宽度。4.根据权利要求3所述一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于，所述压电薄膜传感器(5)上均匀分布的N个测点，每个测点所测得的压力信号通过一根引线(6)引出，N个测点的引线汇集为一条，从压电薄膜传感器(5)中引出。5.根据权利要求1所述的一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于， 叶轮后盖板(9)上开有导线槽(14)，导线槽(14)与叶轮本身的键槽之间的角度为180°;导线槽(14)位于靠近叶轮叶片进口边(13)处，并沿轴向打通； 栗轴(16)上有径向孔(15)和轴向孔(17)，轴向孔(17)通过左侧径向孔(15)与叶轮后盖板导线槽(14)相连； 所述压电薄膜传感器(5)的引线(6)依次通过叶轮后盖板(9)、导线槽(14)、径向孔(15)、轴向孔(17)与信号发出装置(18)连接。6.根据权利要求5所述的一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于， 所述压电薄膜传感器(5)的引线(6)沿叶轮叶片(4)与叶轮后盖板(9)的交线布置，沿叶轮后盖板(9)的导线槽(14)引向栗轴的径向孔(15)，通过径向孔(15)引向轴向孔(17)，进而弓丨到轴向孔右侧的信号发出装置(18)。7.根据权利要求5所述的一种测量栗叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于， 所述导线槽(14)的轴向宽度为3mm、径向宽度为3.5mm; 所述栗轴的径向孔(15)与轴向孔(17)的直径均为dfd/lO，其中d为栗轴直径。8.一种测量栗叶轮叶片表面压力的方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)贴在叶轮叶片工作面(12)和叶轮叶片背面(10)的压电薄膜传感器(5)测量栗叶轮叶片表面的压力，通过引线(6)传输到信号发出装置(18); (2)所述信号接收装置(I)通过其外部触发器接收由信号发出装置(18)发出的无线信号，并将信号传输到数据采集和监测系统(2)，所有测点的压力信号测量完毕以后，将信号传输到计算机(3)进行分析。
【文档编号】F04D15/00GK106015029SQ201610313026
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】谈明高, 何相慧, 刘厚林, 王凯, 吴贤芳
【申请人】江苏大学