CN109115459B - 一种水洞实验用翼型角度调节测力装置及测力方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了水利工程技术领域内的一种水洞实验用翼型角度调节测力装置及测力方法，包括可转动的测力传动轴，测力传动轴的一端与翼型一体化设置，测力传动轴的另一端固连测力天平的一端，测力天平的另一端连接有驱动测力传动轴转动的角度调节器，在左右方向上，相对翼型设置的水洞的一端连接透明的密封板一端，密封板的另一端设有透明盘，透明盘内连接有密封机构，密封机构与测力传动轴连接；本发明拆卸方便，提高调节效率。

Description

一种水洞实验用翼型角度调节测力装置及测力方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别涉及一种水洞实验用翼型角度调节测力装置及测力方法。

背景技术

翼型是水利机械结构的基本单元，在轴流泵中，不同翼型的几何形状会影响叶轮内部流场的特性。翼型几何形状设计不合理会引起叶片表面压力的骤变，三维流动不稳定，从而导致泵装置的振动、噪声甚至损坏。叶轮在高速转动时还会引起汽蚀现象的发生，显著降低水泵的水力性能，并造成疲劳损伤，因此研究翼型不同几何形状下的力载荷的变化，对于了解水力机械瞬态过程流动机理及动力特性，提高水泵水力性能具有重要意义。

传统的水洞调节需要人工反复拆装，既耗时又耗力，而且翼型角度的调节不精确，影响了实验数据的准确性。现有技术中，公开了专利名称为“一种水洞实验用水翼叶顶间隙和攻角调节系统”的中国发明专利，申请日为2014年10月28日，授权公告日为2016年09月28日，授权公告号为CN 104280208 B，其包括水洞观察段、 固定板、定位螺母、支撑杆、定位块、水翼连接杆、攻角调节螺母以及弹性密封结构，水翼连接杆表面一端无螺纹，一端有螺纹，定位块两端部和中心部均开有通孔，2个支撑杆穿过定位块陵端不通孔通过定位螺母进行定位，水翼连接杆光滑端穿过水洞观察段固定面中心位置凸台通孔与水翼连接，通过弹性密封套与水洞观察段固定面中心位置凸台密封，螺纹端穿过定位块中心部通孔通过2个攻角调节螺母固定在定位块上，角度调节时，转动水翼连接杆，攻角调节螺母的转动角度即为水翼攻角的变化量，通过叶顶间隙和支撑杆的螺距计算出转动角度，无法实现小角度的调节，调节角度精度不高，仅仅通过弹性密封套进行密封，密封性不好，水洞容易往外泄漏，静摩擦力大，大大降低测试精度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术中拆装麻烦、调节效率低及测试精度低的技术问题，提供一种水洞实验用翼型角度调节测力装置及测力方法，本发明拆装方便，调节方便，效率高，测试精度高。

本发明的目的是这样实现的：一种水洞实验用翼型角度调节测力装置，包括可转动的测力传动轴，所述测力传动轴的一端与翼型一体化设置，测力传动轴的另一端固连测力天平的一端，所述测力天平的另一端连接有驱动测力传动轴转动的角度调节器，在左右方向上，相对翼型设置的水洞的一端连接透明的密封板一端，所述密封板的另一端设有透明盘，所述透明盘内连接有密封机构，所述密封机构与测力传动轴连接。

为了提高水洞与水洞外的测力传动轴的密封效果，所述密封机构包括密封静环，所述密封静环的外侧与透明盘的内壁过盈配合，密封静环与测力传动轴过盈配合连接，远离透明盘的密封静环的一端内连接有密封配合柱一，测力传动轴上还过盈配合连接有密封动环，所述密封动环的一端内连接有密封配合柱二，密封配合柱二紧密贴合在密封配合柱一上，所述密封动环的外侧开有安装槽，密封动环经安装槽连接有弹簧，密封静环和密封动环均由弹性材料制成。

为了进一步水洞与水洞外的测力传动轴的密封效果，所述密封机构还包括止推环，所述测力传动轴与止推环螺纹连接，所述止推环将密封动环压紧在密封静环上。

为了进一步提高翼型角度调节的方便性和精确度，所述角度调节器为分度盘，分度盘上排布三个用于夹持测力天平的卡爪。

为了进一步提高测力天平与测力传动轴连接的可靠性，所述测力传动轴的另一端固连有固定盘，所述测力天平与固定盘连接。

作为本发明的进一步改进，所述测力天平包括传感器面板，所述固定盘与传感器面板的一端连接，所述传感器面板的另一端连接测力传感器的感应端，所述测力传感器的固定端连接有固定面板，分度盘的三个卡爪将固定面板夹持住。

使用角度调节测力装置进行测力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预调分度盘的位置：先在分度盘的底座下安装四个垫铁，调节垫铁使分度盘的高度和水平度大致调节至合适的位置；

（2）测试轴的安装：使用一根轴径与测力传动轴的轴径相同且能贯穿密封板的测试轴，将密封机构、固定盘和测力天平依次安装到测试轴上，分度盘夹持住测力天平；

（3）测试轴位置的精调：使用千分尺分别卡住固定盘和测试轴的外表面，摇动分度盘的分度摇手让测试轴旋转一周，使用游标卡尺测试测试轴的左右上下方的透明盘与固定盘之间的四个距离值，若千分尺上显示的最大值和最小值大于三丝，或者四个距离值中的最大值和最小值之差大于0.05mm，则调整垫铁，摇动分度盘的分度摇手让测试轴接着旋转一周，直至千分尺上显示的最大值和最小值不超过三丝且四个距离值中的最大值和最小值之差不超过0.05mm时，此时测试轴为水平状态且测试轴与水洞垂直；

（4）测力装置的安装：取下测试轴，将测力传动轴安装于实验台上，将密封机构穿过测力传动轴，使用连接螺钉将固定盘与测力传动轴固连在一起，使用连接螺栓将固定盘与传感器面板连接在一起，分度盘的三个卡爪将固定面板卡持住，密封静环穿过测力传动轴压入透明盘内，密封动环穿过测力传动轴使密封配合柱二贴合在密封配合柱一上，止推环穿过测力传动轴，旋转止推环使密封配合柱二紧密贴合在密封配合柱一上，使水洞之外的测力传动轴与水洞之间完全密封，测力装置安装完毕；

（5）测力：水流通过翼型时，水流对翼型产生升阻力和扭力，产生的升阻力和扭力作用于测力传动轴，测力传动轴将受力情况传递给测力传感器，测力传感器测出受力值，记录此时的受力值及翼型的角度； 摇动分度盘的分度摇手，使翼型转动至设定的下一个测试角度，测力传感器测出对应角度下的受力值，记录受力值和对应的翼型角度；

（6）循环执行步骤（5），使翼型转动一周，通过测力装置测试出的升阻力特性优化翼型的几何形状。

本发明中的角度调节测力装置拆装方便，调节角度时，只需转动分度盘的分度摇手就可实现翼型的角度调节，调节方便，调节效率高；通过密封机构的设置，密封静环压在透明盘上，当密封动环紧贴在密封静环上时，在弹簧的作用下，密封配合柱一和密封配合柱二紧紧贴合在一起，密封效果好，另外旋转止推环可进一步给密封动环向密封静环施加预紧力，进一步提高密封效果，提高测试精度；测试方法中对测力传动轴位置的精确调节，保证测力传动轴保持水平，同时保证测力传动轴垂直于水洞，进一步提高测力精度；角度调节的精确度高，调节翼型角度的精度高，使实验数据的准确性大大提高；解决了现有技术中拆装麻烦、调节效率低下及测试精度低的技术难题；可应用于调节翼型角度和测试水流作用于翼型的升阻力特性的工作中。

附图说明

图1为本发明的侧视图。

图2为本发明中分度盘的结构图。

图3为本发明中密封机构的结构示意图。

图4为本发明中测力天平的侧视图。

图5为本发明中固定盘的主视图。

其中，1固定盘，2测力传动轴，3密封机构，301密封配合柱一，302密封静环，303密封配合柱二，304密封动环，305止推环，306弹簧，4水洞，5翼型，6密封板，7透明盘，8测力天平，801传感器面板，802测力传感器，803固定面板，9分度盘，901分度摇手，902卡爪，10连接螺钉，11连接孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1～图5所示的一种水洞实验用翼型角度调节测力装置，包括可转动的测力传动轴2，测力传动轴2的一端与翼型5一体化设置，测力传动轴2的另一端固连测力天平8的一端，测力天平8的另一端连接有驱动测力传动轴2转动的角度调节器，在左右方向上，相对翼型5设置的水洞4的一端连接透明的密封板6一端，密封板6的另一端设有透明盘7，透明盘7内连接有密封机构3，密封机构3与测力传动轴2连接。

为了提高水洞4与水洞4外的测力传动轴2的密封效果，密封机构3包括密封静环302，密封静环302的外侧与透明盘7的内壁过盈配合，密封静环302与测力传动轴2过盈配合连接，远离透明盘7的密封静环302的一端内连接有密封配合柱一301，测力传动轴2上还过盈配合连接有密封动环304，密封动环304的一端内连接有密封配合柱二303，密封配合柱二303紧密贴合在密封配合柱一301上，密封动环304的外侧开有安装槽，密封动环304经安装槽连接有弹簧306，密封静环302和密封动环304均由弹性材料制成。

为了进一步水洞4与水洞4外的测力传动轴2的密封效果，密封机构3还包括止推环305，测力传动轴2与止推环305螺纹连接，止推环305将密封动环304压紧在密封静环302上。

为了进一步提高翼型5角度调节的方便性和精确度，测力传动轴2的另一端固连有固定盘1，测力天平8包括传感器面板801，固定盘1与传感器面板801的一端连接，传感器面板801的另一端连接测力传感器802的感应端，测力传感器802的固定端连接有固定面板803；角度调节器为分度盘9，分度盘9上排布三个用于夹持固定面板803的卡爪902；其中，分度盘9的分度精度为±60″，则翼型5的角度调节精度为±60″。

其中，测力传动轴2和固定盘1上排布有至少两个相对应的定位孔，连接螺钉10依次经过固定盘1和测力传动轴2的定位孔将固定盘1和测力传感器802连接在一起；定位盘上排布有四个连接孔11。

使用角度调节测力装置进行测力的方法，包括以下步骤：

（1）预调分度盘9的位置：先在分度盘9的底座下安装四个垫铁，调节垫铁使分度盘9的高度和水平度大致调节至合适的位置；

（2）测试轴的安装：使用一根轴径与测力传动轴2的轴径相同且能贯穿密封板6的测试轴，将密封机构3、固定盘1和测力天平8依次安装到测试轴上，分度盘9夹持住测力天平8；

（3）测试轴位置的精调：使用千分尺分别卡住固定盘1和测试轴的外表面，摇动分度盘9的分度摇手901让测试轴旋转一周，使用游标卡尺测试测试轴的左右上下方的透明盘7与固定盘1之间的四个距离值，若千分尺上显示的最大值和最小值大于三丝，或者四个距离值中的最大值和最小值之差大于0.05mm，则调整垫铁，摇动分度盘9的分度摇手901让测试轴接着旋转一周，直至千分尺上显示的最大值和最小值不超过三丝且四个距离值中的最大值和最小值之差不超过0.05mm时，此时测试轴为水平状态且测试轴与水洞4垂直（即测试轴与透明盘7垂直，密封板6和透明板均竖直放置）；

（4）测力装置的安装：取下测试轴，将测力传动轴2安装于实验台上，将密封机构3穿过测力传动轴2，使用连接螺钉10将固定盘1与测力传动轴2固连在一起，使用连接螺栓穿过固定盘1上的连接孔11将固定盘1与传感器面板801连接在一起，分度盘9的三个卡爪902将固定面板803卡持住，密封静环302穿过测力传动轴2压入透明盘7内，密封动环304穿过测力传动轴2使密封配合柱二303贴合在密封配合柱一301上，止推环305穿过测力传动轴2，旋转止推环305使密封配合柱二303紧密贴合在密封配合柱一301上，使水洞4之外的测力传动轴2与水洞4之间完全密封，测力装置安装完毕；

（5）测力：水流通过翼型5时，水流对翼型5产生升阻力和扭力，产生的升阻力和扭力作用于测力传动轴2，测力传动轴2将受力情况传递给测力传感器802，测力传感器802测出受力值，记录此时的受力值及翼型5的角度； 摇动分度盘9的分度摇手901，使翼型5转动至设定的下一个测试角度，测力传感器802测出对应角度下的受力值，记录受力值和对应的翼型5角度；

（6）循环执行步骤（5），使翼型5转动一周，通过测力装置测试出的升阻力特性优化翼型5的几何形状。

本发明中的角度调节测力装置拆装方便，调节角度时，只需转动分度盘9的分度摇手901就可实现翼型5的角度调节，调节方便，调节效率高；实验时，水流从实验装置的左侧流入水洞4内，水流从实验装置的右侧流出，水流作用于翼型5的有升阻力和扭力，水洞4与密封板6之间充满具有一定压力的水流，通过密封机构3的设置，密封静环302压在透明盘7上，当密封动环304紧贴在密封静环302上时，在弹簧306的作用下，密封配合柱一301和密封配合柱二303紧紧贴合在一起，密封效果好，另外旋转止推环305可进一步给密封动环304向密封静环302施加预紧力，进一步提高密封效果，提高测试精度；测试方法中对测力传动轴2位置的精确调节，保证测力传动轴2保持水平，同时保证测力传动轴2垂直于水洞4，进一步提高测力精度；角度调节的精确度高，调节翼型5角度的精度高，使实验数据的准确性大大提高；解决了现有技术中拆装麻烦、调节效率低下及测试精度低的技术难题；可应用于调节翼型5角度和测试水流作用于翼型5的升阻力特性的工作中。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.使用水洞实验用翼型角度调节测力装置进行测力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预调分度盘的位置：先在分度盘的底座下安装四个垫铁，调节垫铁使分度盘的高度和水平度大致调节至合适的位置；

（2）测试轴的安装：使用一根轴径与测力传动轴的轴径相同且能贯穿密封板的测试轴，将密封机构、固定盘和测力天平依次安装到测试轴上，分度盘夹持住测力天平；

（3）测试轴位置的精调：使用千分尺分别卡住固定盘和测试轴的外表面，摇动分度盘的分度摇手让测试轴旋转一周，使用游标卡尺测试测试轴的左右上下方的透明盘与固定盘之间的四个距离值，若千分尺上显示的最大值和最小值大于三丝，或者四个距离值中的最大值和最小值之差大于0.05mm，则调整垫铁，摇动分度盘的分度摇手让测试轴接着旋转一周，直至千分尺上显示的最大值和最小值不超过三丝且四个距离值中的最大值和最小值之差不超过0.05mm时，此时测试轴为水平状态且测试轴与水洞垂直；

（4）测力装置的安装：取下测试轴，将测力传动轴安装于实验台上，将密封机构穿过测力传动轴，使用连接螺钉将固定盘与测力传动轴固连在一起，使用连接螺栓将固定盘与传感器面板连接在一起，分度盘的三个卡爪将固定面板卡持住，密封静环穿过测力传动轴压入透明盘内，密封动环穿过测力传动轴使密封配合柱二贴合在密封配合柱一上，止推环穿过测力传动轴，旋转止推环使密封配合柱二紧密贴合在密封配合柱一上，使水洞之外的测力传动轴与水洞之间完全密封，测力装置安装完毕；

（5）测力：水流通过翼型时，水流对翼型产生升阻力和扭力，产生的升阻力和扭力作用于测力传动轴，测力传动轴将受力情况传递给测力传感器，测力传感器测出受力值，记录此时的受力值及翼型的角度； 摇动分度盘的分度摇手，使翼型转动至设定的下一个测试角度，测力传感器测出对应角度下的受力值，记录受力值和对应的翼型角度；

（6）循环执行步骤（5），使翼型转动一周，通过测力装置测试出的升阻力特性优化翼型的几何形状；

其中，水洞实验用翼型角度调节测力装置包括可转动的测力传动轴，所述测力传动轴的一端与翼型一体化设置，测力传动轴的另一端固连测力天平的一端，所述测力天平的另一端连接有驱动测力传动轴转动的角度调节器，在左右方向上，相对翼型设置的水洞的一端连接透明的密封板一端，所述密封板的另一端设有透明盘，所述透明盘内连接有密封机构，所述密封机构与测力传动轴连接；所述密封机构包括密封静环，所述密封静环的外侧与透明盘的内壁过盈配合，密封静环与测力传动轴过盈配合连接，远离透明盘的密封静环的一端内连接有密封配合柱一，测力传动轴上还过盈配合连接有密封动环，所述密封动环的一端内连接有密封配合柱二，密封配合柱二紧密贴合在密封配合柱一上，所述密封动环的外侧开有安装槽，密封动环经安装槽连接有弹簧，密封静环和密封动环均由弹性材料制成。

2.根据权利要求1所述的测力的方法，其特征在于，所述密封机构还包括止推环，所述测力传动轴与止推环螺纹连接，所述止推环将密封动环压紧在密封静环上。

3.根据权利要求1或2所述的测力的方法，其特征在于：所述角度调节器为分度盘，分度盘上排布三个用于夹持测力天平的卡爪。

4.根据权利要求3所述的测力的方法，其特征在于：所述测力传动轴的另一端固连有固定盘，所述测力天平与固定盘连接。

5.根据权利要求3所述的测力的方法，其特征在于：所述测力天平包括传感器面板，所述固定盘与传感器面板的一端连接，所述传感器面板的另一端连接测力传感器的感应端，所述测力传感器的固定端连接有固定面板，分度盘的三个卡爪将固定面板夹持住。

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