[发明专利]一种测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于水泵技术领域，特指涉及一种测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法。

背景技术

泵作为一种通用机械，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。泵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，严重时会使泵组的结构振动加剧，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泵的振动，提高其运行稳定性。目前，采用试验测量的方法来分析泵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；一种离心泵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泵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

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泵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，提出适用于离心泵、轴流泵和混流泵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：

一种测量泵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泵轴轴向孔的右侧靠近联轴器一侧；

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；

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。

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-d_h)/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；

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，d_h为叶轮轮毂直径。

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。

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。

泵轴上有径向孔与轴向孔，径向孔和轴向孔的直径均为d₁＝d/10，其中d为泵轴直径；轴向孔通过左侧径向孔与叶轮后盖板导线槽相连；

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。

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泵轴的径向孔，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。

一种测量泵叶轮叶片表面压力的方法，包括如下步骤：

(1)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泵叶轮叶片表面的压力，通过引线传输到信号发出装置；

(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。

本发明的有益效果是：

(1)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，解决了泵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，实现了泵旋转时叶轮叶片表面压力的测量。

(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。