[发明专利]泵类产品叶轮多维力一体化测量系统及其测量方法

说明书

本发明涉及一种泵类产品叶轮多维力一体化测量系统及其测量方法，包括导电滑环及测量装置，测量装置安装在泵主轴靠近叶轮侧，导电滑环安装在测量装置左侧；压电式三向力传感器均匀分布在以泵主轴的中心为圆心的圆周上，左法兰连接盘与泵主轴通过螺栓连接，同时与左盖板固接；左盖板右侧带有凸台与压电式三向力传感器的左端面贴合，压电式三向力传感器的右端面与右盖板左侧的凸台贴合，左盖板、压电式三向力传感器及右盖板三者之间通过预紧螺栓连接；右盖板与右法兰连接盘通过右盖板连接螺栓连接，同时右法兰连接盘与泵主轴连接。本发明可实现泵类产品全工况下叶轮所受动态轴向力、径向力及扭矩的实时测量，测力量程宽，灵敏度高，动态特性好。

技术领域

本发明属于工业泵类产品机械量精密测试领域，具体地说是一种泵类产品叶轮多维力一体化测量系统及其测量方法。

背景技术

目前，获取泵类产品叶轮的受力大小主要有三种方法：经验公式法、仿真模拟法、试验法。国内外针对泵装置所受的轴向力计算公式有几十种，彼此间计算结果相差很大，选取一种适合所需的经验公式人为差异因素影响很大。仿真模拟计算方法在一定程度上方便快捷、可节省试验成本，但是在定义边界条件时受到温度、压力及流量等因素制约，仿真结果只能反映某些特殊工况点下的受力信息，无法获知全工况下的受力信息。因此，通常采用试验法对泵装置叶轮产生的多维力(即轴向力、径向力及扭矩)实时测量。

以往针对泵产品叶轮所受的轴向力及径向力的测量采用基于应变式的测量方法，即以电阻应变片作为力敏元件，通过设计测力弹性元件结构，然后将应变片粘贴在弹性元件上进行测量。该方法具有结构简单、体积小、稳定性好等优点。由于其采用弹性元件受力发生形变使应变片电阻值发生变化的原理进行受力测量，通常在几十到两万微应变时应变片电阻值才能发生变化，所以应变式测力弹性元件的灵敏度越高则刚度越低。因此，基于应变式的测量装置静态性能好，一般适用于额定稳态流场下的受力测量，不适宜动态全工况下受力测量。

压电式测量装置通常是基于压电材料的压电效应原理进行测量的，具有很高的灵敏度和刚度，测力量程宽，线性度及重复性高，动态特性好，适于测量泵类产品叶轮所受的动态多维力。传统的叶轮轴向力和径向力的测量方法通常是分别测量的，即根据泵装置内部空间结构分别设计轴向力弹性元件和径向力弹性元件。然而，扭矩则是通过安装在电机输出轴与泵主轴之间的扭矩仪测量的，所得到的扭矩测量结果包含了泵装置内推力轴承的机械摩擦损失。另外，径向力弹性元件容易受到泵主轴自身重力的影响，其测量结果通常是泵主轴自身重力与径向力的合力。

轴向力、径向力及扭矩是泵装置外特性试验中的重要参数，若轴向推力过大，则轴向力就全部由推力盘与滑动轴承的轴向端面来承担，严重时使叶轮与泵壳或定子部件碰撞或摩擦，造成轴承磨损量加大，使用寿命急速降低；径向力使泵轴受到交变载荷作用会产生定向挠度并使轴封间隙不均匀，过大的径向力导致轴封间隙过大将造成泵装置泄漏。因此，精确测量叶轮的动态多维力直接影响着泵装置工作的可靠性和安全性，设计一种能够准确测量泵装置动态轴向力、径向力及扭矩的测量装置是工业发展中的迫切需要。

发明内容

为了克服传统应变式测力弹性元件无法实现动态多维力同时测量的不足，本发明的目的在于提供一种泵类产品叶轮多维力一体化测量系统及其测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：