CN104655336B - 一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构。测力机锥形通孔与泵内轴锥度一致，利用紧固螺钉进行紧固连接；测力机外罩I的圆柱外轴与叶轮轮毂内孔用螺栓紧固连接；测力机四根挠度方柱上贴有24片应变片，形成6个全桥惠斯通电桥；轴承固定在外轴上，外轴与内轴通过轴承连接，皮带轮带动外轴转动，叶轮和测力机也同步转动。在转动过程中，测力机的4根挠性方柱会产生弯曲、扭转等变形，贴在方柱上的24片应变片也会产生相同的变形，通过相应软件可以得出所需的物理量。

Description

一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构

技术领域

本发明涉及到一种用于动态激振力测量的混流泵及其测力方法，主要用于喷水推进结构中推进泵叶轮动态激振力的测量。

背景技术

应变式测力计是由一个或者多个能在受力后产生形变的弹性体，和能感应这个形变量的电阻应变片组成的电桥电路(如惠斯登电桥)，以及能把电阻应变片固定粘贴在弹性体上并能传导应变量的粘合剂和保护电子电路的密封胶等三大部分组成的测力传感器。在受到外力作用之后，粘贴在弹性体的应变片随之产生的形变引起电阻的变化，使得组成的惠斯登电桥失去平衡输出一个与外力成线性正比变化的电信号。

喷水推进结构是近年来急速发展起来的一种推进方式，利用喷水推进装置中推进泵喷出的高速水流的反作用力推动水中载体前进，用于推进结构中的泵型大部分是导叶式混流泵，因其性能介于轴流泵和离心泵之间，流量和扬程适中，高效范围广，不易气蚀，启动容易。目前，用于测力计通常采用的是电阻应变片的电测法。

经检索，目前国内对泵的轴向力和扭矩的测量有很多，如公开号为CN201302499的屏蔽泵轴向推力测量装置，该专利包括传力机构和测力机构，该传力机构将受到的轴向推力转换成便于测量的衡定力，并通过与其连接的杠杆原理的测力机构测量出来。但是该专利只测量了轴向力，对力矩、径向力扭矩并未进行测量，但是整个装置只有一根旋转轴，外力带动轴转动时会有额外的附加作用力作用在轴上，使得测量产生误差。公开号CN104034465A的调距浆单片浆叶转业力矩测量装置中的测力机构，该专利使用的是一个沿浆毂中心平放的悬臂应变梁来实现转叶力矩的测量，但是由于测力机构不是和被测桨叶直接相连，因而无法直接将转叶所受到的力和力矩直接传递到测力机构上，影响了测量的精度。

发明内容

解决上述问题，本专利提出了一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构。采用双轴系统，2对轴承，皮带轮带动外轴转动，通过两对轴承的传动带动内轴和与内轴固定连接在一起的测力机和叶轮转动，皮带轮转动产生的外力加载在导叶体上，内轴不受干扰，避免了一般电机直接与轴相连对旋转部件产生的外力干扰，能够确保叶轮上的动态激振力测量的精度和可靠性。24片应变片组成6个全桥的惠斯通电桥，可以用来测量叶轮X方向力Fx，Y向力Fy，X方向的力矩Mx，Y方向的力矩My，轴向力Fax，扭矩T六个分量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构，其特征在于：包括导流帽、内轴、外轴和测力机，所述测力机包括测力机外罩I的圆柱外轴、测力机内锥孔，所述测力机外罩I的圆柱外轴与所述导流帽通过紧固螺钉固定连接，所述内轴与所述测力机内锥孔过盈配合。

进一步的，所述测力机还包括，测力机外罩I，测力机外罩II和挠性方柱，所述挠性方柱有4根，每根上设有6个应变片，形成6个全桥惠斯通电路。

进一步的，所述测力机外罩I和测力机外罩II通过静密封密封连接。

进一步的，所述内轴与所述测力机内锥孔之间设有密封圈。

进一步的，所述测力机外壳由铝制造。

进一步的，贴在四根挠性方柱上的应变片涂有防水的树脂粘合剂进行密封保护。

本发明的有益之处，采用双轴系统，2对轴承，皮带轮带动外轴转动，通过两对轴承的传动带动与内轴固定连接在一起的测力机和叶轮转动，避免了一般电机直接与轴相连对旋转部件产生的外力干扰，能够确保叶轮上的动态激振力测量的精度和可靠性，测力机外壳起到第一重密封保护作用，避免测力机贴有应变片的四根挠度方柱受到飞溅液体产生的波动载荷，并分离掉在外罩上旋转流体产生的力。有良好的抗干扰能力，能够确保叶轮上的动态激振力测量的精度和可靠性，为设计提供依据，完善叶轮产品的结构设计，提高使用寿命，提高经济效益。

附图说明

图1为喷水推进泵整体结构示意图；

图2为喷水推进泵局部结构示意图；

图3为测力机和外罩装配示意图；

图4为测力机结构示意图。

图中：1为出口段，2为导叶外壳，3为叶轮外壳，4为导叶体，5为叶轮，6为导流帽，7为紧固螺钉，8为测力机外罩I，9为测力机外罩II，10为测力机，11为轴承，12为外轴，13为静密封，14为紧固螺钉，15为轴承，16为内轴，17为垫圈，18为密封圈，19为紧固螺钉，20为测力机外罩I的圆柱外轴，21为挠性方柱，22为测力机内锥孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做详细的说明。

如图1所示，测力机锥形孔22与内轴16锥度一致，形成过盈配合，用密封圈18密封，并用紧固螺钉14紧固连接。

如图2所示，测力机外罩圆柱外轴20与叶轮5轮毂配合，用螺钉7紧固连接，皮带轮带动外轴12转动，通过两对轴承11和15的传动，带动与内轴16固定连接在一起的测力机10和叶轮5转动，避免了一般电机直接与轴相连对旋转部件产生的外力干扰，能够确保叶轮上的动态激振力测量的精度和可靠性。

如图3所示，测力机挠度方柱21上粘有应变片，当测力机随内轴一起旋转时，挠度方柱21会发生弯曲、拉伸、扭转变化，应变片组成的6个全桥惠斯通电桥电路会测得叶轮的6个分量，X方向力Fx，Y向力Fy，X方向的力矩Mx，Y方向的力矩My，轴向力Fax，扭矩T。

测力机锥形通孔与泵内轴配合连接，利用螺栓进行紧固连接；测力机外罩1的圆柱轴与叶轮轮毂内孔配合连接并用螺栓紧固连接；测力机的中心轴线与叶轮、内轴的中心轴线重合。

所述结构采用双轴系统，2对轴承，皮带轮带动外轴转动，通过两对轴承的传动带动内轴旋转，带动内轴相连的测力机装置一同旋转，与测力机紧固连接的叶轮一同转动，皮带轮转动产生的外力加载在导叶体上，内轴不受干扰，避免了一般电机直接与轴相连对旋转部件产生的外力干扰。

所述测力机有四根挠度方柱，在方柱面上贴有24片应变片，形成6个全桥惠斯通电桥，用于测量叶轮X方向力Fx，Y向力Fy，X方向的力矩Mx，Y方向的力矩My，轴向力Fax，扭矩T六个分量。

所述测力机外壳由铝制造，质量轻，起到第一重密封保护作用，避免测力机贴有应变片的四根挠度方柱受到飞溅液体产生的波动载荷，并分离掉在外罩上旋转流体产生的力。

所述测力机贴在四根方柱上的应变片涂有防水的树脂粘合剂进行密封保护，防止应变片被破坏。

所述测力机外罩有内套设计，作为第二重密封保护，其内配备有电芯片和电路板，避免漏水腐坏电路，破坏电路。

所述测力机线路通过内轴通孔引出与外部接收信号装置相连接。

皮带轮与泵的外轴相连接，外轴和导叶体之间装有一对轴承，外轴和内轴之间装有另一对轴承，测力机外罩的突出圆柱轴与叶轮轮毂配合连接。当皮带轮转动时，带动外轴一同旋转，通过外轴和内轴之间的轴承带动内轴一同旋转，由上述所知，内轴和测力机和叶轮紧固连接成一个整体，当皮带轮转动时，叶轮和测力机也同步转动。在转动过程中，测力机的4根挠性方柱会产生弯曲、扭转等变形，贴在方柱上的24片应变片也会产生相同的变形，通过专门的分析软件可以得出所需测量的力。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构，其特征在于：包括导流帽(6)、内轴(16)、外轴(12)和测力机，所述测力机包括测力机外罩I的圆柱外轴(20)、测力机内锥孔(22)，所述测力机外罩I的圆柱外轴(20)与所述导流帽(6)通过紧固螺钉(7)固定连接，所述内轴(16)与所述测力机内锥孔(22)过盈配合，所述测力机还包括，测力机外罩I(8)，测力机外罩II(9)和挠性方柱(21)，所述挠性方柱(21)有4根，每根上设有6个应变片，形成6个全桥惠斯通电路。

2.根据权利要求1所述的一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构，其特征在于，所述测力机外罩I(8)和测力机外罩II(9)通过静密封(13)密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构，其特征在于，所述内轴(16)与所述测力机内锥孔(22)之间设有密封圈(18)。

4.根据权利要求1所述的一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构，其特征在于，所述测力机外壳由铝制造。

5.根据权利要求2所述的一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构，其特征在于，贴在四根挠性方柱(21)上的应变片涂有防水的树脂粘合剂进行密封保护。