[发明专利]一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构

说明书

本发明提供了一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，包括叶轮、叶轮室、导叶、导叶室、泵轴、应变片和Alford力测量系统，所述叶轮包括轮毂、导水锥和3～5个叶片，叶片沿轮毂轴向均匀分布，应变片设置于叶片的轮缘处，叶片和轮毂上开设有相连的通孔，应变片的连接线穿过通孔与设在轮毂内的Alford力测量系统相连，信号采集装置设置在叶轮室上，并与计算机电连接；本发明在不改变混流泵流道结构和不影响真实流动状态情况下，实现了Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的测量，可以更加准确、更加全面的掌握叶轮叶片轮缘处的流体流动状态。

技术领域

本发明涉及流体机械(泵)内部流动技术领域，尤其涉及一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构。

背景技术

Alford效应是1965年Alford在研究轴流式透平旋转机械时率先发现的，该效应是由于叶轮的偏心运转使得叶顶间隙沿圆周方向分布不均并导致各叶片所受负载不等和周向压力分布不均，由此产生了一种垂直于叶轮偏心方向的横向流体激振力，即著名的“Alford力”，而叶片的叶顶间隙的泄漏流则是产生这种流体激振力的根源。

大型混流泵已经是农田灌溉、城市给排水、电力工业、核能发电、舰船推进、导弹发射及南水北调等重大战略工程中的核心动力装备。由于混流泵叶轮在铸造和加工时不可避免的存在质量不平衡，其在运行时容易引起叶轮的偏心涡动旋转，导致混流泵叶顶间隙周向分布不均，从而使得叶顶间隙激振力沿周向分布也不一致，诱使叶轮发生自激振动，严重时导致叶轮与壳体发生碰摩或咬死，导致混流泵运行失稳，威胁机组的运行安全。

为了研究Alford力对大型混流泵运行稳定性和性能的影响，需要对Alford力进行精确的测量，但截止目前，一种能够有效测量Alford效应下轮缘激振力的装置和方法还未见相关报道。

申请号为2015100258111，名称为“一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构”的专利通过在测力机四根挠度方柱上贴有24片应变片，形成6个惠斯通电桥来测量喷水推进泵的叶片动态激振力，但该方法测量了叶轮无偏心时作用在整个叶轮上的流体激振力，并不能反映Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的大小。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，包括叶轮、叶轮室、导叶、导叶室、泵轴、应变片和Alford力测量系统；

所述叶轮设于叶轮室内，叶轮包括轮毂、导水锥和多个叶片，所述叶片设置在轮毂的外表面，并沿周向均匀分布，所述导水锥与轮毂的前端固定连接，所述叶片的内部从叶片轮缘到叶片根部开设有第一圆形通孔，第一圆形通孔的孔径小于其加工位置处叶片的最小厚度，所述轮毂与叶片的连接处从外部到内部设有第二圆形通孔，所述第二圆形通孔沿圆周方向均匀分布，并与对应第一圆形通孔相通，所述第一圆形通孔和第二圆形通孔的孔径相同；

所述应变片紧贴于叶片的轮缘处，应变片的截面形状和所述叶片的轮缘处的截面形状相同，所述应变片的连接线穿过第一圆形通孔和第二圆形通孔与Alford力测量系统连接；

所述Alford力测量系统包括直流电源、单片机和无线信号发射装置，Alford力测量系统密封设于轮毂内；

所述导水锥的中心轴线上设有两级阶梯圆通孔，第二密封盖安装在两级阶梯圆通孔内，第二密封盖的顶部设有一圆弧形凸起，使其与导水锥均匀过渡；

所述叶轮室外壳体上设有一圆形凸台，所述圆形凸台中心设有第三圆形通孔，所述第三圆形通孔通过第三密封盖进行密封，所述第三密封盖的上方设有无线信号接收器，用于接收Alford力测量系统发出的无线信号，所述无线信号接收器和计算机电连接；