CN209459852U - 一种水环境动静叶相互作用振动测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水环境动静叶相互作用振动测试装置，属于能源动力领域。该测试装置包括固定框架、水槽、调速电机、传动轴、叶轮、导叶、导电滑环等；所述的叶轮通过键与传动轴连接，并分别通过螺母和轴肩在传动轴上进行上、下轴向定位，导叶安装于导叶固定板上，其进口流道与叶轮出口位置一致，叶轮、导叶、传动轴构成动静叶相互作用结构；所述调速电机置于整个结构上方，输出轴倒置通过刚性联轴器与传动轴连接。导电滑环将与叶轮同步旋转的加速度传感器信号传输到静止导线，输出到电荷放大器。本实用新型通过真实水环境下旋转叶轮和静止导叶结构实现动静叶相互作用，与工程实际中的流动状况相符合，具有通用性好，易于安装，观测方便等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于能源动力领域，涉及一种水环境动静叶相互作用振动测试装置。
背景技术
在许多叶轮机械中，由于存在动静叶片间的相互作用，对叶轮和导叶的振动产生影响，长时间工作可能导致叶片的疲劳断裂，影响叶轮机械的使用寿命。研究这种动静叶相互作用条件下的结构振动对叶轮机械的安全高效稳定运行具有重要意义。实验研究仍然是对叶轮机械结构振动进行研究的必不可少的手段，它具有数值模拟所不具备的直观性和准确性。现阶段主要采用的实验装置通过测试主轴和泵壳外侧的振动情况来判断整机的稳定性。这类实验装置通常都是在叶轮机械外部进行测试，没有对旋转叶轮和导叶的振动开展研究。由于这类实验装置需要搭建整个叶轮机械循环回路，成本较大，而且不便于更换叶轮和导叶结构。因此，如何准确地测量动静叶相互作用下的叶片振动对研究叶轮机械的高效稳定运行具有重要的理论和实用价值。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种水环境动静叶相互作用振动测试装置，实现了水环境下旋转叶轮的振动测试。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种水环境动静叶相互作用振动测试装置，包括固定框架、水槽、调速电机、传动轴、叶轮、导叶、导电滑环；所述的固定框架置于水槽中，固定框架上、下分别安装有电机固定板和导叶固定板，所述调速电机安装于电机固定板上，输出轴向下通过刚性联轴器与传动轴连接，所述的叶轮通过键与传动轴连接，并分别通过螺母和轴肩在传动轴上进行上、下轴向定位，导叶安装于导叶固定板上，其进口流道与叶轮出口位置一致，且二者连接处使用密封环密封防止叶轮出口液体不经过导叶直接流向水槽内部；在传动轴上设置有导电滑环，所述导电滑环的静止信号线与旋转信号线一一对应，下端旋转信号线用于连接设置于传动轴和叶轮上的加速度传感器，上端静止信号线用于连接电荷放大器输出信号，导电滑环将与叶轮同步旋转的加速度传感器信号传输到静止导线，输出到电荷放大器。
上述技术方案中，进一步的，所述的电机固定板和导叶固定板中心上下一致，并确保传动轴安装竖直。
进一步的，所述的传动轴的轴肩以上轴径小于叶轮孔径，便于叶轮从传动轴上方取出更换，并在传动轴上设有螺纹用于安装螺母对叶轮进行轴向定位，防止叶轮在旋转中上下晃动。
进一步的，该装置还包括固定架、带座轴承；固定架设于电机固定板下方，带座轴承安装于固定架上，传动轴安装于带座轴承内。
进一步的，所述的叶轮和导叶采用奥氏体不锈钢。
进一步的，所述的水槽采用亚克力透明板。
进一步的，所述的固定框架采用铝型材，使用角铁固定，底部安有蹄脚。
进一步的，所述的调速电机、电机固定板和固定架可通过同一组螺栓连接，整体可以从上方拆除，便于对内部叶轮和导叶进行更换。
本实用新型的有益效果是：
1.相比于传统的叶轮机械振动测试方案，本实用新型能够直接对叶片表面的振动进行测试。整个系统属于一种开式结构，相比搭建闭环水系统，成本较低，方便测试人员观察和调试。
2.本装置更换叶轮和导叶方便。可进行不同叶片数和不同结构的振动对比，为叶轮机械优化设计提供实验基础，同时也可以添加流场测试设备，对动静叶相互作用的流动特性进行分析研究。
3.不安装导叶，本装置也可测量水环境下的旋转叶轮结构共振频率，能够用于研究科式力和附加水质量对旋转结构共振频率的影响情况。
附图说明
图1为水环境动静叶相互作用振动测试装置的总体结构示意图；
图2为传动轴结构示意图；
图3为电机固定板结构示意图；
图4为固定架结构示意图；
图5为一典型叶轮结构示意图；
图6为一典型导叶结构示意图；
图7为导叶固定板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细阐述：
本装置安装在有水源的隔振平台上，如图1所示，一种具体的装置实例包括固定框架2、水槽12、调速电机3、传动轴8、叶轮9、导叶10、导电滑环7；还包括固定架5、带座轴承6；所述的固定框架2置于水槽12中，固定框架2 上、下分别安装有电机固定板1和导叶固定板11，所述调速电机3安装于电机固定板1上，固定架5设于电机固定板1下方，带座轴承6安装于固定架5上，调速电机输出轴向下通过刚性联轴器4与传动轴8连接，传动轴8安装于带座轴承6内。所述的叶轮9通过键与传动轴8连接，传动轴下部设置，上部轴径小于叶轮孔径，并设有螺纹，通过螺母和轴肩对叶轮进行上、下轴向定位，防止传动轴8在旋转过程中产生上下振动影响测试结果，导叶10安装于导叶固定板11上，其进口流道与叶轮9出口位置一致，且二者连接处使用密封环密封；在传动轴8 上设置有导电滑环7，所述导电滑环7的静止信号线与旋转信号线一一对应，下端旋转信号线用于连接设置于传动轴8和叶轮9上的防水微型加速度传感器，上端静止信号线用于连接电荷放大器输出信号。
本装置中，传动轴8通过键带动叶轮9进行旋转，在叶轮上方采用螺母紧固进行轴向定位，其中需要注意的是键的长度小于叶轮9的高度，螺纹采用M20*1 型号。叶轮9采用封闭式带有上下盖板设计，叶片数目和三维扭曲程度可以根据实际情况对象来调节，中间长孔与传动轴8间隙配合，键槽与传动轴8上的键配合。导叶10同样采用封闭式带有上下盖板设计，进口使用密封环设计防止叶轮 9出口液体不经过导叶10直接流向水槽12内部，导叶10下部台阶开有四个安装孔与导叶固定板11上对应孔位通过螺栓连接。
电机固定板1四周可以开有固定安装孔，通过T型螺栓与固定框架2连接。中心较大通孔与调速电机3轴末端圆形凸台配合，保证电机与电机固定板1中心一致，四周通孔与电机3安装孔和固定架5安装孔配合，三者使用同一组螺栓连接，可以整体拆卸，方便更换内部零件。
固定架5采用中空设计来减轻重量，上侧安装孔位与电机固定板1配合，下侧开有带座轴承6的四个安装孔，和导电滑环7固定两个直槽口，为了增强结构稳定性，内部边角可以采用倒角设计避免局部应力过大。
所述的叶轮9和导叶10其材质为奥氏体不锈钢。所述的水槽12的材质为亚克力透明板。所述的固定框架2的材料为铝型材，使用角铁固定，底部安有蹄脚。
基于本实用新型的装置，可以实现：
①通过控制调速电机3的转速，可以测试不同转速条件下叶轮9和导叶10 之间动静叶相互作用叶片上不同位置的振动幅度和频率。
②通过更换叶轮9和导叶10，可以测试相同转速条件下不同叶轮和导叶结构叶片上不同位置的振动幅度和频率，为结构优化提供实验基础。
③不安装导叶10，可以测试水环境下旋转叶轮的共振频率，与数值仿真结果相对比，为研究科式力和附加水质量对结构共振频率的影响提供实验基础。
综上所述，本实用新型建立水环境下的动静叶相互作用的结构，并使用该结构对叶轮和导叶上的振动进行测量。本实用新型可根据实验需要更换叶轮和导叶，可用于对比分析不同叶片数，不同设计结构产生的叶片振动情况。除此之外，本装置也可对水环境下旋转体的共振频率进行测量，用于研究科式力和附加水质量对结构共振频率的影响。本实用新型具有通用性好，易于实现，使用方面的特点。
Claims (8)
1.一种水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，包括固定框架(2)、水槽(12)、调速电机(3)、传动轴(8)、叶轮(9)、导叶(10)、导电滑环(7)；所述的固定框架(2)置于水槽(12)中，固定框架(2)上、下分别安装有电机固定板(1)和导叶固定板(11)，所述调速电机(3)安装于电机固定板(1)上，输出轴向下通过刚性联轴器(4)与传动轴(8)连接，所述的叶轮(9)通过键与传动轴(8)连接，并分别通过螺母和轴肩在传动轴(8)上进行上、下轴向定位，导叶(10)安装于导叶固定板(11)上，其进口流道与叶轮(9)出口位置一致，且二者连接处使用密封环密封；在传动轴(8)上设置有导电滑环(7)，所述导电滑环(7)的静止信号线与旋转信号线一一对应，下端旋转信号线用于连接设置于传动轴(8)和叶轮(9)上的加速度传感器，上端静止信号线用于连接电荷放大器输出信号。
2.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，所述的电机固定板(1)和导叶固定板(11)中心上下一致，并确保传动轴(8)安装竖直。
3.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，所述的传动轴(8)的轴肩以上轴径小于叶轮(9)孔径，并在传动轴上设有螺纹用于安装螺母对叶轮进行轴向定位。
4.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，该装置还包括固定架(5)、带座轴承(6)；固定架(5)设于电机固定板(1)下方，带座轴承(6)安装于固定架(5)上，传动轴(8)安装于带座轴承(6)内。
5.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，所述的叶轮(9)和导叶(10)采用奥氏体不锈钢。
6.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，所述的水槽(12)采用亚克力透明板。
7.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，所述的固定框架(2)采用铝型材，使用角铁固定，底部安有蹄脚。
8.根据权利要求1所述的水环境动静叶相互作用振动测试装置，其特征在于，所述的调速电机(3)、电机固定板(1)和固定架(5)可通过同一组螺栓连接。
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