CN110657941B - 一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，在推进器本体内设置测量轴，并在测量轴内设置推力扭矩传感器，测量轴带动推进器本体上的叶片旋转的同时受到推进器本体的推力及扭矩作用，并发生弹性形变，推力扭矩传感器检测测量轴的变形量并将其转化成电信号，实现了无轴泵喷推进器本体的性能数据收集；本发明将测量轴与推进器本体集成在一起，可避免导管推力测量支架对导管绕流的影响，不会破坏导管外壁形状，也不存在多传感器测力时相互之间的干扰。

Description

一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种水动力性能试验装置，尤其涉及一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置。

背景技术

无轴泵喷推进器是一种能够广泛应用于鱼雷、潜艇等水下航行体的推进器，其具有高效率、抗空化、低噪声、结构紧凑等众多优点，战略意义显著，是目前推进器领域研究的重点和热点。

无轴泵喷推进器将转子与叶轮集成于一体，由集成电机直接驱动转子并带动叶轮旋转产生推力，取消了传动轴系，因此无轴泵喷推进器在运行时不会产生由传动轴系引起的振动噪声，但同时对无轴泵喷推进器水动力性能试验推力和扭矩的测量造成了不便。

传统推进器水动力性能试验中，将动力仪与驱动轴系连接，以测量驱动轴系传递出的推力和扭矩数据，因此无轴泵喷推进器无法直接采用传统的测量方法对其推力和扭矩进行测量；另外，进行传统推进器水动力性能试验的动力仪其量程和结构通常只适用于直径在200mm以内的推进器缩比模型，无法用于大尺度无轴泵喷推进器的水动力性能试验。

因此，亟需一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置来解决现有的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，能够准确有效地测量无轴泵喷推进器在系泊或者有来流等工况下的推力和扭矩，并可用于大尺度无轴泵喷推进器、机械式泵喷、导管桨等推进器的水动力性能测试。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，包括推进器本体、贯穿并安装于所述推进器本体上的测量轴和安装在所述测量轴内部的推力扭矩传感器；所述测量轴在受到所述推进器本体的推力及扭矩作用下发生弹性形变，所述推力扭矩传感器检测变形量并将其转化成电信号，进而实现所述推进器本体的性能数据收集。

进一步的，所述测量轴为一端设置有中心孔的多段阶梯转轴，所述推力扭矩传感器固定设置在所述中心孔内。

更进一步的，所述推进器本体包括设置在所述测量轴的中间位置且与所述测量轴固定连接的叶轮组件，所述叶轮组件与所述测量轴同步转动。

所述推进器本体还包括分别设置在所述叶轮组件两侧并转动安装在所述测量轴上的后导管组件和前导管组件。

所述后导管组件处于靠近所述中心孔的一侧，且与所述前导管组件彼此互相固定连接。

所述后导管组件其径向方向通过水润滑轴承安装在所述测量轴上，轴向上允许在所述测量轴上窜动。

所述前导管组件通过深沟球轴承及轴向定位件在径向和轴向方向上安装在所述测量轴上。

所述前导管组件上背离所述叶轮组件的一侧固定安装有前导流罩，所述前导流罩的前端为半圆球形。

在所述后导管组件上背离所述叶轮组件的一侧固定安装有薄壁圆柱形的后导流罩。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明所述的无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，在推进器本体内设置测量轴，并在测量轴内设置推力扭矩传感器，通过测量轴带动推进器本体上的叶片旋转的同时受到推进器本体的推力及扭矩作用继而发生弹性形变，推力扭矩传感器检测到测量轴的变形量并将其转化成电信号，实现了无轴泵喷推进器本体的性能数据收集；

2)本发明将测量轴与推进器本体集成在一起，可避免导管推力测量支架对导管绕流的影响，不会破坏导管外壁形状，也不存在多传感器测力时相互之间的干扰；

3)本发明经过简单的改造，也可以用于机械式泵喷、导管桨等推进器的水动力性能测试；

4)本发明与锥形齿轮和立式电机结合在一起，可以通过L型传动结构进行水动力测试，解决卧式水平布置电机在试验水池中不易安装的问题；

5)本发明配以一些检测仪器，还能测量推进器的振动、噪声、脉动压力等其它关注的试验数据。

附图说明

图1为本发明的三维示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明中测量轴的结构图；

图4为图2的局部放大视图。

图中：1、推进器本体；2、测量轴；22、中心孔；23、推力扭矩传感器；11、后导管组件；111、后导管；112、后轮毂；113、支撑件；12、前导管组件；121、前轮毂；122、前导叶；123、前导管；13、叶轮组件；131、叶轮轮毂；132、叶片；133、转子；14、前导流罩；15、后导流罩；16、深沟球轴承；17、水润滑轴承；18、润滑脂填充腔。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1至图4所示，一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，包括推进器本体1、贯穿并安装于所述推进器本体1上的测量轴2和固定安装在所述测量轴2内部的推力扭矩传感器23；

所述测量轴2为多段阶梯转轴。

所述测量轴2的一端设置有中心孔22；

所述推力扭矩传感器23设置在所述中心孔22中，所述中心孔22外部用套管进行防水封装。

所述测量轴2设置有所述中心孔22的一端与动力仪(图中未示出)固定连接的；所述动力仪通过驱动所述测量轴2将旋转动力传递给所述推进器叶轮组件131；所述叶轮组件13接收旋转动力并将由旋转产生的推力及扭矩传递给所述测量轴2，所述测量轴2在受到所述推进器本体1的推力及扭矩作用下发生弹性形变，所述推力扭矩传感器23检测变形量并将其转化成电信号，进而实现所述推进器本体1的性能数据采集。

由于所述推力扭矩传感器23处于旋转状态，所以在所述推力扭矩传感器23上安装有导电滑环，通过导电滑环及导线实现所述推力扭矩传感器23与外部信号收集装置之间的电连接。

所述外部信号收集处理装置，将电信号转换成推力及扭矩信息。

所述推进器本体1包括：设置在所述测量轴2的中间位置且与所述测量轴2固定连接的叶轮组件13，所述叶轮组件13与所述测量轴2同步转动。

所述叶轮组件13包括叶轮轮毂131、叶片132和转子133；

所述叶轮轮毂131以键连接的形式固定安装在所述测量轴2上；

若干个所述叶片132的一端周向固定在所述叶轮轮毂131的外圆周面上；

所述转子133为圆环状，套装在若干个所述叶片132的另一端，并与若干个所述叶片132固定连接。

当所述动力仪驱动所述测量轴2旋转时，所述叶轮组件13与所述测量轴2同步转动，所述叶轮组件13上的所述叶片132产生的轴向推力和受到的扭矩传递到所述测量轴2上。

所述推进器本体1还包括：分别设置在所述叶轮组件13两侧并转动安装在所述测量轴2上的后导管组件11和前导管组件12，所述后导管组件11和所述前导管组件12彼此互相连接；所述后导管组件11处于靠近所述中心孔22的一侧，其径向方向通过水润滑轴承17固定在所述测量轴2上，轴向上在所述测量轴2上窜动；所述前导管组件12通过深沟球轴承16及轴向定位件在径向和轴向方向上安装在所述测量轴2上。

当所述叶轮组件13与所述测量轴2同步转动时，所述叶片132划动水流形成推力，由于所述后导管组件11和所述前导管组件12固定连接，所述后导管组件11和所述前导管组件12受到的水流推力均通过所述深沟球轴承16传递到所述测量轴2上。

所述后导管组件11包括：支撑件113、后轮毂112、后导管111；

所述后轮毂112径向通过所述水润滑轴承17转动安装在所述测量轴2上，轴向窜动；

所述支撑件113为长条状，若干个所述支撑件113的一端周向固定在所述后轮毂112的外圆周面上；

所述后导管111为空心圆锥筒，套装在若干个所述支撑件113的另一端，并与若干个所述支撑件113固定连接。

当所述测量轴2转动时，所述后导管组件11由所述水润滑轴承17作用而保持静止状态。

所述前导管组件12与所述后导管组件11结构相似，所述前导管组件12包括前轮毂121、前导叶122和前导管123；

所述前轮毂121径向通过一对间隔布置的所述深沟球轴承16安装在所述测量轴2上，其轴向通过所述轴向定位件定位，保证所述前轮毂121与所述测量轴2相对位置不变；

所述前导叶122为长条状，若干个所述前导叶122的一端周向固定在所述前轮毂121的外圆周面上；

所述前导管123为直径比所述后导管111大的空心圆锥筒，套装在若干个所述前导叶122的一端，并与若干个所述前导叶122固定连接。

所述前导管123与所述后导管111的端面固定连接。

当所述测量轴2转动时，所述前导管组件12由所述深沟球轴承16作用而保持静止状态。

两个所述深沟球轴承16之间用轴套进行轴向限位，所述深沟球轴承16与前轮毂121内表面之间形成一个封闭的润滑脂填充腔18，里面充满锂基润滑脂，所述前轮毂121外表面及端部开有直达所述润滑脂填充腔18的通孔，润滑脂由通孔注入所述润滑脂填充腔18，保证所述深沟球轴承16的充分润滑。

为了避免所述测量轴2受到水流冲击，所述前导管组件12上背离所述叶轮组件13的一侧固定安装有前导流罩14；所述前导流罩14的前端为半圆球形，对水流起分流作用。

另外，在所述后导管组件11上背离所述叶轮组件13的一侧固定安装有薄壁圆柱形的后导流罩15，起导流及保护所述测量轴2的作用。

具体使用时，所述动力仪驱动所述测量轴2转动，所述测量轴2带动所述叶片132转动，所述叶片132转动时划动水流形成的推力和扭矩传递到所述测量轴2上，同时所述后导管组件11和所述前导管组件12受到的水流推力均通过所述深沟球轴承16传递到所述测量轴2上，所述测量轴2在受到推力及扭矩作用下，会在轴向及径向方向产生弹性形变，所述推力扭矩传感器23分别检测所述测量轴2的轴向及径向变形量并将其转化成电信号，通过导电滑环及导线将电信号传递给所述外部信号收集处理装置，所述外部信号收集处理装置将电信号转换成推力及扭矩信息。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (4)

1.一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，其特征在于，包括推进器本体(1)、贯穿并安装于所述推进器本体(1)上的测量轴(2)和固定安装在所述测量轴(2)内部的推力扭矩传感器(23)；

所述推进器本体(1)包括设置在所述测量轴(2)的中间位置且与所述测量轴(2)固定连接的叶轮组件(13)以及分别设置在所述叶轮组件(13)两侧并转动安装在所述测量轴(2)上的后导管组件(11)和前导管组件(12)，所述叶轮组件(13)与所述测量轴(2)同步转动；所述后导管组件(11)和所述前导管组件(12)彼此互相连接；

所述测量轴(2)设置有中心孔(22)的一端与动力仪固定连接的，所述动力仪通过驱动所述测量轴(2)将旋转动力传递给所述叶轮组件(13)，所述叶轮组件(13)接收旋转动力并将由旋转产生的推力及扭矩传递给所述测量轴(2)；

所述后导管组件(11)处于靠近所述中心孔(22)的一侧，其径向方向通过轴承固定在所述测量轴(2)上；所述前导管组件(12)通过轴承及轴向定位件在径向和轴向方向上安装在所述测量轴(2)上；

测试时，所述动力仪驱动所述测量轴(2)转动，所述测量轴(2)带动叶片(132)转动，所述后导管组件(11)与所述前导管组件(12)均保持静止状态，所述叶片(132)转动时划动水流形成的推力和扭矩传递到所述测量轴(2)上，同时所述后导管组件(11)和所述前导管组件(12)受到的水流推力均通过轴承传递到所述测量轴(2)上，所述测量轴(2)在受到推力及扭矩作用下，在轴向及径向方向产生弹性形变，推力扭矩传感器(23)分别检测所述测量轴(2)的轴向及径向变形量并将其转化成电信号，通过导电滑环及导线将电信号传递给外部信号收集处理装置，所述外部信号收集处理装置将电信号转换成推力及扭矩信息，进而实现所述推进器本体(1)的性能数据采集。

2.根据权利要求1所述的一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，其特征在于，所述测量轴(2)为一端设置有中心孔(22)的多段阶梯转轴，所述推力扭矩传感器(23)固定设置在所述中心孔(22)内。

3.根据权利要求1所述的一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，其特征在于，所述前导管组件(12)上背离所述叶轮组件(13)的一侧固定安装有前导流罩(14)，所述前导流罩(14)的前端为半圆球形。

4.根据权利要求1所述的一种无轴泵喷推进器水动力性能测试装置，其特征在于，在所述后导管组件(11)上背离所述叶轮组件(13)的一侧固定安装有薄壁圆柱形的后导流罩(15)。

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