CN105823581B - 一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明水泵技术领域，具体公开了一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法。本系统包括无线压电薄膜传感器、信号接收装置、数据采集和监控系统、计算机；具体工作过程为：无线压电薄膜传感器贴在泵叶轮叶片工作面和叶片背面，每个无线压电薄膜传感器上布置N个压力探测器，并将测量的压力信号转换为数字信号，再由无线信号发出装置发送到信号接收装置，进而将数字信号传输到数据采集和监控系统；所有数字信号采集完毕之后，传输到计算机进行压力信号分析。本发明对叶轮叶片的损坏较小，不仅能解决现有的测量方法适用性低、安装复杂等问题，还具有精度高、抗干扰性能好等优点。
Description
技术领域
本发明属于水泵技术领域，特指涉及一种无线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。但是由于叶片的位置、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，压力传感器过大等原因，适用面比较狭窄。无线压力传感器及压力数据采集方法【申请号：201210484178.9；公布号：CN103837270A】，介绍了一种无线压力传感器及其数据采集方法，但是其体积较大，不适用于叶片表面的压力测量。
为此，本发明提出了一种测量泵叶轮叶片表面压力的普遍性方法，采用无线传感器进行压力测量，旨在解决目前测量叶片表面压力的适用性问题，以及对叶片和泵轴打孔带来的强度下降等问题，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，本发明采用无线压电薄膜传感器，还具有安装方便等优点。
发明内容
针对上述现有测量方法存在的问题，本发明旨在提供一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统及方法。
为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统，包括无线压电薄膜传感器、信号传输塞、信号接收装置、数据采集和监测系统、计算机；
所述无线压电薄膜传感器贴在泵叶轮叶片工作面与叶片背面上；所述无线压电薄膜传感器由压力探测器和无线信号发出装置组成；
所述信号传输塞安装在泵体靠近叶轮前盖板处；不能安装在高压区域；
所述无线信号发出装置发出的数字信号，由泵体上的信号传输塞传输到泵体外；
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。
所述压力探测器用来采集叶轮叶片上压力的变化并将测得的压力信号转换为数字信号。
叶轮叶片工作面和叶片背面分别贴有M个无线压电薄膜传感器，其中，M＝[(D2-dh)/80+3/4]，式中，D2为叶轮出口直径，dh为叶轮轮毂直径。
每个无线压电薄膜传感器上均匀分布N个压力探测器，其中，N＝[(b2+10)/15]，式中，b2为叶轮出口宽度。
所述信号传输塞材料为有机玻璃，直径为16mm，采用四个螺钉与泵体相连接，并用密封垫进行密封。
一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的方法，包括如下步骤：
S1：贴在泵叶轮叶片工作面与叶片背面上的无线压电薄膜传感器上的压力探测器采集压力信号，并将压力信号转化成数字信号，发送到无线信号发出装置；再通过泵体上的信号传输塞将信号传输到泵体外；
S2：信号接收装置接收无线信号发出装置发出的数字信号，并将数字信号传输到数据采集和监测系统中；所有数字信号采集完毕之后，传输到计算机进行分析。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中无线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)本发明将无线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。
(3)本发明涉及的无线压电薄膜传感器可以实现测点的自由布置，对叶片的损坏较小，可以保证叶轮叶片的强度。
(4)本发明无线压电薄膜传感器的布置方式具有普遍性，不仅适用于离心泵，还适用于轴流泵与混流泵，且不受泵装置大小的限制。
(5)本发明涉及的泵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，可以动态测量泵全工况下叶轮叶片表面压力。
附图说明
图1为本发明的测试装置示意图
图2为本发明的无线压电薄膜传感器结构示意图
图3为信号传输塞在泵主体上的安装位置示意图；
图4为图3中A处的局部放大图；
图5为本发明的无线压电薄膜传感器在叶轮上的安装示意图，A-叶轮的工作面示意图；B-叶轮的背面示意图；
附图标记说明：
1-信号接收装置、2-数据采集和监测系统、3-计算机、4-压力探测器、5-无线压电薄膜传感器、6-无线信号发出装置、7-信号传输塞、8-叶片工作面、9-叶轮、10-叶片背面。
具体实施方式
实施例：
一台比转数为165的离心泵，其主要参数为：叶轮出口宽度b2＝37mm，叶轮出口直径D2＝278mm，叶轮轮毂直径dh＝37mm。
如附图2所示，无线压电薄膜传感器5由压力探测器4和无线信号发出装置6组成。压力探测器4均匀分布在无线压电薄膜传感器5上，根据公式N＝[(b2+10)/15]可计算出N＝3；无线信号发出装置6位于压力探测器4的下方，在接收到数据采集和监测系统2发来的指令后，负责将数字信号发出。
如图5所示，叶轮叶片工作面8与叶片背面10上分别均匀布置M组无线压电薄膜传感器5，根据公式M＝[(D2-dh)/80+3/4]，计算出M＝4。
如附图3所示，所述信号传输塞7安装在泵体靠近叶轮前盖板处，局部放大图见图4；不能安装在高压区域，信号传输塞7材料为有机玻璃，直径设置为16mm，采用四个螺钉与泵体相连接，并用密封垫进行密封。
如附图5所示，将无线压电薄膜传感器5与叶轮叶片工作面8与叶片背面10用强力胶黏贴，保证黏贴的紧密型。
将叶轮9与泵体、泵轴进行装配。安装完成后，装置启动，当泵工作时，通过泵叶轮叶片表面的无线压电薄膜传感器5的压力探测器4测量泵叶片表面的压力，并将压力信号转换为数字信号，通过无线压力发出装置8将数字信号发出，通过信号传输塞7传输到泵体外，信号接收装置1接收到数字信号后将其传输到数据采集和监测系统2中，待所有数据采集完成后传输到计算机3进行分析。
Claims (5)
1.一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于：包括无线压电薄膜传感器(5)、信号传输塞(7)、信号接收装置(1)、数据采集和监测系统(2)、计算机(3)；
所述无线压电薄膜传感器(5)贴在泵叶轮叶片工作面(8)与叶片背面(10)上；所述无线压电薄膜传感器(5)由压力探测器(4)和无线信号发出装置(6)组成；叶轮叶片工作面(8)和叶片背面(10)分别贴有M个无线压电薄膜传感器(5)，其中，式中，D2为叶轮出口直径，dh为叶轮轮毂直径；
所述信号传输塞(7)安装在泵体靠近叶轮前盖板处；
所述无线信号发出装置(6)发出的数字信号，由泵体上的信号传输塞(7)传输到泵体外；
信号接收装置(1)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。
2.根据权利要求1所述的一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于：所述压力探测器(4)用来采集叶轮叶片上压力的变化并将测得的压力信号转换为数字信号。
3.根据权利要求1所述的一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于：
每个无线压电薄膜传感器(5)上均匀分布N个压力探测器(4)，其中，式中，b2为叶轮出口宽度。
4.根据权利要求1所述的一种无线测量泵叶轮叶片表面压力的系统，其特征在于：所述信号传输塞(7)材料为有机玻璃，直径为16mm，采用四个螺钉与泵体相连接，并用密封垫进行密封。
5.一种利用权利要求1～4任一项所述的系统无线测量泵叶轮叶片表面压力的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：贴在泵叶轮叶片工作面(8)与叶片背面(10)上的无线压电薄膜传感器(5)上的压力探测器(4)采集压力信号，并将压力信号转化成数字信号，发送到无线信号发出装置(6)；再通过泵体上的信号传输塞(7)将信号传输到泵体外；
S2：信号接收装置(1)接收无线信号发出装置(6)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中(2)；所有数字信号采集完毕之后，传输到计算机(3)进行分析。
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