CN111238704A - 一种测量可逆式模型机组功率损失的方法及其使用的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量可逆式模型机组功率损失的方法及其使用的装置，包括连接可逆式机组的测功力臂、负荷传感器、标定装置以及底座，负荷传感器上设穿过负荷传感器受力孔的顶针杆，并连接底座；标定装置为两组，包括连接杆和连接螺杆，连接杆通过活动件可转动地设于底座上，连接杆的两端分别设砝码盘和连接螺杆，连接螺杆分别位于测功力臂的两个不同力矩方向上，并通过测功力臂、顶针杆的端部作用于负荷传感器上，适用于顺时针或逆时针运行可逆式机组时的功率损失的测量，很好地适应了可逆式机组输出功率损失的特点及位置要求，具有双向原位标定传感器和测功的功能，相比单向测功方式可靠性更高，结构简单，安装、操作、维护更为方便。

Description

一种测量可逆式模型机组功率损失的方法及其使用的装置

技术领域

本发明属于发动机检测领域，具体的说，一种测量可逆式模型机组功率损失的方法及其使用的装置。

背景技术

在现有水力发动机检测领域中，对机组功率损失的测量通常是基于水力机械模型研发过程中通用的效率补偿的方法，其目的是将因模型装置中产生的摩擦而损失的功率测量出来，属于流体机械水力测试范畴。常规的混流式水轮机只作水轮机单向运行，模型机组研发时也只需要单方向测量功率损失即可。而可逆式水力机械，如抽水蓄能水泵水轮机机组投运后，机组经常在水轮机和水泵两种模式下运行，且切换频率较大，两种模式下，机组有着不同的旋转方向，这就要求此类机组的模型研发中两种运行模式下都要求测量功率损失，且旋转方向相反测得功率损失的正负也相反。

常规混流式功率损失的单向测量是通过测功力臂结合钢丝拉负荷传感器的方法实现的，即在测功力臂的输出端用一根坚固的钢丝延垂直测功力臂的方向拉负荷传感器，使负荷传感器产生相应信号。而这种方法目前被广泛应用于混流式机械水力研发过程中，包括可逆式水泵水轮机机组的研发。当这种可逆式机组运行在水轮机模式时，功率损失的测量方式和常规混流一致，而运行在水泵模式时，由于钢丝的柔软特性，不能反向传力，这时的测功必须另寻解决方案。一种方案是调换传感器安装和测功方向，调换后必须重新标定传感器，得到反向的工作系数，这样就增加了调换传感器这一工序，从而增加了时间和人工成本，传感器使用统一性较差；另一种方案则采用在传感器与测功力臂的另一侧预加砝码以抵消反向力矩，进行反向测功，这种方案虽然也可以实现两种运行模式下传感器的统一性，但有如下缺点：1、安装过于复杂；2、不便于检查传感器的零点状态；3、不便于检查测功臂的灵敏度。而且这两种方案都会用到柔软的钢丝，但钢丝使用时间过长或者负荷过大时容易发生疲劳断裂，继而引起传感器受损。例如，现有专利文献CN107687950A（一种负荷传感器动态性能的简便检测方法及装置，2018.02.13）公开了一种能快速、简便的检测负荷传感器动态性能的检测方法及装置，该装置在测功器两侧分别装上矫正臂和制动臂，通过在矫正臂的砝码盘上添加不同重量的砝码，发动机停止状态下，可对测力机构进行静态校正，发动机匀速运转时，可用于判断测力机构中拉压力传感器的动态性能。

随着我国近几年抽水蓄能项目开发进度的加快，机组容量、运行水头越来越高，用户对机组能要求也越来越高，在紧张的研发周期内拿出性能优秀的产品对制造厂来说是一个巨大的挑战，紧锣密鼓的研发对水力测试也提出了很高地要求。由于现有的测量方法在实际使用过程中的效果并不理想，为此，本发明应运而生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量可逆式模型机组功率损失的方法，由负荷传感器与两组标定装置组成双向测功机构，很好地适应了可逆式机组输出功率损失的特点及位置要求，具有双向原位标定传感器和测功的功能，相比单向测功方式可靠性更高，结构简单，安装、操作、维护更为方便。

本发明的另一目的在于提供一种测量可逆式模型机组功率损失的方法使用的装置，装置结构简单，安装、操作、维护方便，并且能够双向标定负荷传感器，双向测量机组的功率损失。

本发明通过下述技术方案实现：一种测量可逆式模型机组功率损失的方法，包括连接可逆式机组的测功力臂、负荷传感器、标定装置以及底座，负荷传感器的一端设穿过负荷传感器受力孔的顶针杆，负荷传感器的另一端连接底座；标定装置为两组，包括连接杆和连接螺杆，连接杆通过活动件可转动地设于底座上，连接杆一端设砝码盘，连接杆另一端通过连接螺杆连接测功力臂，所述连接螺杆分别位于测功力臂的两个不同力矩方向上，并通过测功力臂、顶针杆的端部作用于负荷传感器上，

其测量方法包括：顺时针或逆时针运行可逆式机组，通过测功力臂分别对负荷传感器产生正向负荷或负向负荷，利用负荷传感器将正向负荷或负向负荷转换为正电压信号或负电压信号，并进行处理，获得可逆式机组相反方向运行时的功率损失的测量。

在测量前对标定装置进行校验，包括：使可逆式机组静止，分别在两组标定装置的砝码盘上添加砝码，对负荷传感器产生正向负荷或负向负荷，利用负荷传感器将正向负荷或负向负荷转换为正电压信号或负电压信号，并进行处理。

根据上述一种测量可逆式模型机组功率损失的方法使用的装置。

所述测功力臂套设于顶针杆的外侧，连接螺杆设于测功力臂的外侧。

所述负荷传感器上设传感器支架，并通过传感器支架与底座连接。

所述活动件为固定设于底座上的轴承部件，连接杆的中部套设于轴承部件上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明提供了一种由负荷传感器及两组标定装置配合实现的双向测功技术，可适用于可逆式机组在分别作为水轮机模式或水泵模式运行时产生的方向相反的功率损失进行通用测量的目的。

（2）本发明取消了现有测功力臂与负荷传感器之间采用钢丝的连接方式，为增强测试的可靠性，重新设计了测功力臂和顶针杆作为负荷传递载体，顶针杆插入负荷传感器的受力孔内，其两端分别作用于测功力臂上，可将测功力臂输出的两个相反力矩分别传递至负荷传感器，不仅使其具有双向作用负荷响应的特性，还更有利于负荷传感器的保护，减小负荷传感器损坏的风险。

（3）本发明通过两组标定装置与负荷传感器配合组成传感器标定装置，由现有单侧布置方式更改为对称布置，可使可逆式机组在两种模式之间实现快速切换，不需要再调换负荷传感器和测功方向，减少了测试工序，节省了研发时间，相对原有装置实现了双向、灵活的标定功能。

（4）本发明中，两组标定装置和负荷传感器均设于底座上，标定装置对称设于负荷传感器及测功力臂的两侧，其连接螺杆则分别位于测功力臂的两个不同力矩方向上，以满足测功力臂输出力矩的特点及位置要求。

（5）本发明可在测功力臂与负荷传感器的顶针杆之间保留空隙，以便于检测部件灵敏度。

（6）本发明在原有单向测功装置的基础上，增加了标定装置的使用，实际使用时，可利用原有装置零件进行改进，一定程度上可提高资源利用率，降低设备成本。

（7）本发明可利用负荷传感器的信号放大器输出正负两级电压信号，配合计算机的测试软件进行信息处理，测试软件具有记录正/负电压信号的功能，通过信息处理，实现可逆式机组相反方向运行时的功率损失的测量。

（8）本发明涉及的测试软件在原有单向装置的基础上增加了采集反向信号的功能，可在一个标定行程内记录负荷传感器在两个方向上的输出信号，即在可逆式机组两种运行模式下数据采集系统采用同一个负荷传感器工作系数，增强了系统的统一性。

附图说明

图1为本发明装置的俯视图。

图2为本发明装置的左视图。

图3为本发明装置的前视图。

图4为本发明机组顺时针旋转时的测量示意图。

图5为本发明机组逆时针旋转时的测量示意图。

其中，1—测功力臂，2—负荷传感器，3—底座，4—顶针杆，5—连接杆，6—连接螺杆，7—活动件，8—砝码盘，9—传感器支架，10—主轴，11—功率损失输出装置，12—砝码。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例涉及一种测量可逆式模型机组功率损失的装置。

本实施例可实现双向测功技术，适用于对可逆式机组分别在水轮机模式和水泵模式运行时，所产生的方向相反的功率损失的测量工作，较现有单向测功装置而言，提出了双向的标定装置，不仅实现了可逆式机组在两种模式之间的快速切换，还避免了调换负荷传感器2的测功方向，为减少测试工序做出贡献。同时，本实施例还取消了负荷传感器2与测功力臂1之间的钢丝连接，采用顶针杆4的结构不仅确保了负荷传感器2的可靠性，顶针杆4的双向作用与负荷传感器2具备的双向负荷响应特性相配合，实现负荷传感器2的双向测功。

参见图1至图3所示结构可以知道，本实施例涉及的测量装置主要采用负荷传感器2、可双向标定的标定装置以及底座3组成，负荷传感器2和标定装置均固定在底座3上，两者相配合以实现对可逆式机组的功率损失进行测量，测功力臂1可作为功率损失输出的一种传递零件，实际使用时，将测功力臂1的两端分别与可逆式机组和负荷传感器2进行连接。

在一个可能的实施例中，按图1至图3所示结构，将负荷传感器2的上端连接测功力臂1，负荷传感器2的下端设传感器支架9，使负荷传感器2通过传感器支架9与底座3连接。负荷传感器2与测功力臂1的连接方式可参见图1及图2，连接测功力臂1的负荷传感器2的端部设有负荷传感器受力孔，测功力臂1套设于负荷传感器受力孔的外侧，在该负荷传感器2的端部设穿过负荷传感器受力孔的顶针杆4，选择具有双向作用负荷响应特性的负荷传感器2，使穿过负荷传感器受力孔的顶针杆4的两端分别作用在测功力臂1上。实际使用时，可使顶针杆4与测功力臂1之间保留空隙，以便于检测部件的灵敏度。标定装置设置为两组，如图3结构所示，两组标定装置对称设置在负荷传感器2的两侧，其结构包括连接杆5和连接螺杆6，连接杆5通过活动件7可转动地设于底座3上，连接杆5一端设砝码盘8，连接杆5另一端通过连接螺杆6连接测功力臂1，两组标定装置的连接螺杆6分别连接测功力臂1的外侧，且分别位于测功力臂1的两个不同力矩方向上，并通过测功力臂1、顶针杆4的端部作用于负荷传感器2上。

在另一个可能的实施例中，可将活动件7设置为固定设于底座3上的轴承部件，例如刀口轴承等，使连接杆5的中部套设于刀口轴承上，实现连接件的转动。

实施例2：

本实施例涉及一种测量可逆式模型机组功率损失的方法。

采用实施例1所述装置进行测量，其测量方法如下：

当可逆式机组静止时，如图1所示，主轴10不旋转，功率损失输出装置11将输出零力矩，此时在正向（即左侧）砝码盘8上增加砝码12时，砝码12重力通过连接件、连接螺杆6、测功力臂1和顶针杆4传递到负荷传感器2上，产生正向负荷，此时负荷传感器2输出正电压信号，信号传递到电压两极放大器作信号放大后经信号调理仪进入数据采集卡，再由计算机传感器标定和数据采集系统进行后处理。去掉正向砝码12，在负向（即右侧）砝码盘8上增加砝码12时，砝码12重力也会以同样方式传递到负荷传感器2上，产生反向负荷，此时负荷传感器2输出负电压信号，信号也以上述方式传递到计算机传感器标定和数据采集系统进行后处理。

当可逆式机组作水轮机模式运行时，如图4所示，主轴10为顺时针正向旋转，功率损失输出装置11将输出正向力矩，并通过测功力臂1和顶针杆4传递到负荷传感器2上，此时传感器输出正电压信号，信号传递到电压两极放大器作信号放大后经信号调理仪进入数据采集卡，再由计算机传感器标定和数据采集系统进行后处理。而当机组作水泵模式运行时，如图5所示，主轴10为逆时针反向旋转，功率损失输出装置11将输出反向力矩，并通过测功力臂1和顶针杆4传递到负荷传感器2上，此时传感器输出负电压信号，信号再经过上述路径处理后进入计算机传感器标定和数据采集系统进行后处理。

两种模式转换时，只需按正常程序将可逆式机组转速（即主轴10旋转方向）调换即可，此时功率损失输出装置11输出的力矩方向也会调换，本实施例涉及的双向测功装置会自动识别力矩方向从而测量相应模式下的功率损失，即可实现对机组分别作水轮机模式和水泵模式运行时产生的方向相反的功率损失通用测量的目的，减少了测试工序，节省了研发时间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种测量可逆式模型机组功率损失的方法，其特征在于：包括连接可逆式机组的测功力臂（1）、负荷传感器（2）、标定装置以及底座（3），负荷传感器（2）的一端设穿过负荷传感器受力孔的顶针杆（4），负荷传感器（2）的另一端连接底座（3）；标定装置为两组，包括连接杆（5）和连接螺杆（6），连接杆（5）通过活动件（7）可转动地设于底座（3）上，连接杆（5）一端设砝码盘（8），连接杆（5）另一端通过连接螺杆（6）连接测功力臂（1），所述连接螺杆（6）分别位于测功力臂（1）的两个不同力矩方向上，并通过测功力臂（1）、顶针杆（4）的端部作用于负荷传感器（2）上，

其测量方法包括：顺时针或逆时针运行可逆式机组，通过测功力臂（1）分别对负荷传感器（2）产生正向负荷或负向负荷，利用负荷传感器（2）将正向负荷或负向负荷转换为正电压信号或负电压信号，并进行处理，获得可逆式机组相反方向运行时的功率损失的测量。

2.根据权利要求1所述的一种测量可逆式模型机组功率损失的方法，其特征在于：在测量前对标定装置进行校验，包括：使可逆式机组静止，分别在两组标定装置的砝码盘（8）上添加砝码，对负荷传感器（2）产生正向负荷或负向负荷，利用负荷传感器（2）将正向负荷或负向负荷转换为正电压信号或负电压信号，并进行处理。

3.根据权利要求1所述一种测量可逆式模型机组功率损失的方法使用的装置。

4.根据权利要求3所述的一种测量可逆式模型机组功率损失的方法使用的装置，其特征在于：所述测功力臂（1）套设于顶针杆（4）的外侧，连接螺杆（6）设于测功力臂（1）的外侧。

5.根据权利要求3所述的一种测量可逆式模型机组功率损失的方法使用的装置，其特征在于：所述负荷传感器（2）上设传感器支架（9），并通过传感器支架（9）与底座（3）连接。

6.根据权利要求3所述的一种测量可逆式模型机组功率损失的方法使用的装置，其特征在于：所述活动件（7）为固定设于底座（3）上的轴承部件，连接杆（5）的中部套设于轴承部件上。

Images