一种旋转驱动轴激振力及叶轮激振力的测量方法技术

本发明专利技术涉及一种旋转驱动轴激振力及叶轮激振力的测量方法，属于监测技术领域。测量方法包括激振力径向分量的测量步骤，具体包括：(1)利用旋转驱动轴驱使叶轮按照预设转速转动，采集布设在旋转驱动轴上的第一应变桥与第二应变桥的应变响应，每个应变桥的两片应变片在旋转驱动轴上的布设位置关于旋转驱动轴的轴线中心对称布置；(2)基于预先标定获得应变桥的应变响应与其所对应方向上的激振力分量之间的综合比例系数，计算激振力在对应方向上的分量，对应方向为对应应变桥的两个应变片的中心连线的延伸方向。通过在转轴上设置应变桥，以间接地对叶轮所受激振力的分量进行测量，实现对径向分量的测量，可广泛应用于水泵叶轮等测试领域。

A method for measuring the exciting force of rotating drive shaft and impeller

【技术实现步骤摘要】
一种旋转驱动轴激振力及叶轮激振力的测量方法
本专利技术涉及旋转驱动轴及叶轮工作过程的受力状态的监测方法，具体地说，涉及一种旋转驱动轴激振力的测量方法及基于该测量方法对水下叶轮在旋转过程中所受激振力的测量方法。
技术介绍
在螺旋桨、水泵等由叶轮充当主要执行部件的叶轮设备中，叶轮在执行推进动作的过程中，其自身的动不平衡以及旋转过程中与水或空气等介质的耦合作用，使叶轮在运转过程中受力异常复杂，不仅易引起振动和噪声，且会对设备的稳定性产生影响。因此，需对叶轮在旋转过程中所受的激振力进行测量，尤其是径向上的激振力分量的测量。例如，公告号为CN201302499Y的专利文献中公开了一种屏蔽泵轴向推力测量装置。但是，该专利文献紧能对为单向力的轴向分量进行测量，而无法对处于旋转状态中的叶轮的径向激振力分量进行测量，由于径向力作为轴刚度、耐磨环间隙及轴承载荷的重要确定参数，若无法对其进行测量，则难以完整地表征该叶轮在水下的激振力。此外，与工作状态为处于不断转动的叶轮一样，旋转驱动轴在驱使其他旋转件旋转的过程中，会受到受力情况异常复杂的激振力，其在旋转过程中所受到的激振力的测量也存在上述径向分量难以测量的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种至少能够对叶轮激振力的径向分量进行监测的测量方法；本专利技术的再一目的是提供一种至少能够对旋转驱动轴激振力的径向分量进行监测的测量方法。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的叶轮激振力的测量方法包括轴向分量测量步骤与径向分量测量步骤，径向分量测量步骤包括：检测步骤，通过旋转驱动轴驱使叶轮按照预设转速转动，叶轮没入水中，采集布设在旋转驱动轴上且均为半桥结构的第一应变桥与第二应变桥的应变响应，每个应变桥的两片应变片在旋转驱动轴上的布设位置关于旋转驱动轴的轴线中心对称布置，第一应变桥与第二应变桥的应变片共转轴横截面且位置不重合地布置；计算步骤，基于预先标定获得应变桥的应变响应与其所对应方向上的激振力分量之间的综合比例系数，计算激振力在对应方向上的分量，对应方向为对应应变桥的两个应变片的中心连线的延伸方向。通过在用于驱使叶轮旋转以推进的旋转驱动轴上布置两个共轴横截面布置的应变桥，以对转轴的形变状态进行监测，从而间接地对叶轮所受激振力的径向分量进行测量，以解决了现有技术中不易对叶轮所受激振力的径向分量的测量问题。具体的方案为轴向分量测量步骤包括以下步骤：检测步骤，在采集第一应变桥与第二应变桥的应变响应的同时，采集布设在旋转驱动轴上且为全桥结构的第三应变桥的应变响应，第三应变桥的两片应变片在旋转驱动轴上的布设位置关于轴线中心对称布置；计算步骤，基于预先标定获得第三应变桥的应变响应与激振力分量之间的综合比例系数，计算激振力在轴向上的分量。基于为全桥结构的第三应变桥对激振力的轴向分量进行测量，可以径向分量的测量数据采用同套信号传输线路及数据采集设备，以减少测量成本。进一步的方案为，在旋转驱动轴上套装有导电滑环，导电滑环的外环为静环，应变桥与导电滑环的动环的接线端子间通过信号线传输应变响应，静环接线端子向外输出动环接线端子所接收到的应变响应。更具体的方案为预先标定获得应变桥的应变响应与其所对应方向上的激振力分量之间的综合比例系数的步骤包括：对旋转驱动轴施加一组大小不同的单向力并采集单向力所对应应变桥的应变响应，单向力仅沿旋转驱动轴的第一径向、第二径向或轴向布置，再驱使旋转驱动轴旋转180度并采集一次，线性拟合获取应变响应与单向力之间的比例系数，前后两次所拟合出的比例系数的均值作为该应变桥的应变响应与对应激振力分量之间的综合比例系数。利用对应应变桥所预定测量方向上的正反方向两组测量数据，所拟合出的两个比例系数作为标定结果，有效地提高了计算结果的准确性。进一步的方案为在获取径向分量所对应的比例系数的步骤包括：(1)使旋转驱动轴的轴向沿水平方向布置，驱使旋转驱动轴旋转至第一径向与第二径向中的一者沿铅垂方向布置，依序将多个质量递增的砝码悬挂在旋转驱动轴的叶轮安装位置上并采集一者所对应的应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征一者上的径向分量，经线性拟合获取应变响应与该径向分量之间的比例放大系数；(2)使旋转驱动轴的轴向沿水平方向布置，驱使旋转驱动轴旋转180度至一者沿反向布置，将步骤(1)中所用砝码依序悬挂在叶轮安装位置上并采集一者所对应的应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征一者上的径向分力，经线性拟合获取应变响应与该径向分力之间的比例放大系数。利用砝码模拟力在径向分量，简单而便于在实验室中实现。进一步的方案为在获取轴向分量所对应的比例系数的步骤包括：(1)使旋转驱动轴的轴向沿铅垂向布置，通过位于轴端部正上方的滑轮与绳索的配合，而依序地将多个质量递增的砝码悬挂在绳索的另一端，以对旋转驱动轴形成轴向拉伸力，并采集第三应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征轴向分量，经线性拟合获取应变响应与该轴向分量之间的比例放大系数；(2)使旋转驱动轴的轴向沿铅垂向布置，依序地将多个质量递增的砝码悬挂在轴端部上，以对旋转驱动轴形成轴向压缩力，并采集第三应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征轴向分量，经线性拟合获取应变响应与该轴向分量之间的比例放大系数。利用砝码模拟力在径向分量，简单而便于在实验室中实现。优选的方案为第一应变桥由相对布置的第一应变片与第三应变片相邻布置地和两个固定电阻电连接成，第二应变桥由相对布置的第二应变片与第四应变片相邻布置地和两个固定电阻电连接成；第三应变桥由相对布置的第五应变片与第六应变片相间隔布置地和两个固定电阻电连接成。更优选的方案为第一径向与第二径向相正交；第一应变片至第四应变片依序环绕旋转驱动轴的中心轴线等圆心夹角且共同一轴横截面布置，第五应变片与第六应变片对应地位于第二应变片与第四应变片背离叶轮安装位置的正后侧。另一个优选的方案为用于计算应变响应与对应激振力分量之间的比例系数的前后两次所拟合出的比例系数需满足以下条件：|K1-K2|/K1≤1％或者|K1-K2|/K2≤1％，K1为第一次采集数据所拟合出的比例系数，K2为第二次采集数据所拟合出的比例系数。再一个优选的方案为在测试过程中，利用箱壁上设有转轴安装孔的试验水箱为叶轮提供水环境，且旋转驱动轴的轴向在测试过程中大致沿水平方向布置；安装轴部与转轴安装孔间为可转动地水密连接，以将旋转驱动轴划分成依序布置的箱外轴部、安装轴部、箱内轴部及位于试验水箱内且用于安装待测试叶轮的轴端部，应变桥均布设在箱内轴部上；在应变桥与数据采集设备之间搭设用于传输应变响应的信号传输路线。更优选的方案为信号传输线路包括至少部分线段水密地埋设在安装轴部内而穿过转轴安装孔的信号传输线，及套装在箱外轴部上的导电滑环；应变桥通过信号传输线向导电滑环的动环输出应变响应；导电滑环的静环通过信号线向采集设备输出信号。基于导电滑环，能有效地解决了旋转中信号传输的问题。进一步的方案为安装轴部上设有沿其轴向布置并延伸至箱内轴部上的线槽，信号传输线埋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叶轮激振力的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括轴向分量测量步骤与径向分量测量步骤，所述径向分量测量步骤包括：/n检测步骤，通过旋转驱动轴驱使叶轮按照预设转速转动，所述叶轮没入水中，采集布设在所述旋转驱动轴上且均为半桥结构的第一应变桥与第二应变桥的应变响应，每个应变桥的两片应变片在所述旋转驱动轴上的布设位置关于所述旋转驱动轴的轴线中心对称布置，所述第一应变桥与所述第二应变桥的应变片共转轴横截面且位置不重合地布置；/n计算步骤，基于预先标定获得应变桥的应变响应与其所对应方向上的激振力分量之间的综合比例系数，计算所述激振力在所述对应方向上的分量，所述对应方向为对应应变桥的两个应变片的中心连线的延伸方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种叶轮激振力的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括轴向分量测量步骤与径向分量测量步骤，所述径向分量测量步骤包括：
检测步骤，通过旋转驱动轴驱使叶轮按照预设转速转动，所述叶轮没入水中，采集布设在所述旋转驱动轴上且均为半桥结构的第一应变桥与第二应变桥的应变响应，每个应变桥的两片应变片在所述旋转驱动轴上的布设位置关于所述旋转驱动轴的轴线中心对称布置，所述第一应变桥与所述第二应变桥的应变片共转轴横截面且位置不重合地布置；
计算步骤，基于预先标定获得应变桥的应变响应与其所对应方向上的激振力分量之间的综合比例系数，计算所述激振力在所述对应方向上的分量，所述对应方向为对应应变桥的两个应变片的中心连线的延伸方向。


2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述轴向分量测量步骤包括以下步骤：
检测步骤，在采集所述第一应变桥与所述第二应变桥的应变响应的同时，采集布设在所述旋转驱动轴上且为全桥结构的第三应变桥的应变响应，所述第三应变桥的两片应变片在所述旋转驱动轴上的布设位置关于所述轴线中心对称布置；
计算步骤，基于预先标定获得所述第三应变桥的应变响应与激振力分量之间的综合比例系数，计算所述激振力在轴向上的分量。


3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，预先标定获得应变桥的应变响应与其所对应方向上的激振力分量之间的综合比例系数的步骤包括：
对所述旋转驱动轴施加一组大小不同的单向力并采集所述单向力所对应应变桥的应变响应，所述单向力仅沿所述旋转驱动轴的第一径向、第二径向或轴向布置，再驱使所述旋转驱动轴旋转180度并采集一次，线性拟合获取应变响应与单向力之间的比例系数，前后两次所拟合出的比例系数的平均值作为该应变桥的应变响应与对应激振力分量之间的综合比例系数。


4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在获取径向分量所对应的比例系数的步骤包括：
(1)使所述旋转驱动轴的轴向沿水平方向布置，驱使所述旋转驱动轴旋转至所述第一径向与所述第二径向中的一者沿铅垂方向布置，依序将多个质量递增的砝码悬挂在所述旋转驱动轴的叶轮安装位置上并采集所述一者所对应的应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征所述一者上的径向分量，经线性拟合获取应变响应与该径向分量之间的比例放大系数；
(2)使所述旋转驱动轴的轴向沿水平方向布置，驱使所述旋转驱动轴旋转180度至所述一者沿反向布置，将步骤(1)中所用砝码依序悬挂在所述叶轮安装位置上并采集所述一者所对应的应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征所述一者上的径向分力，经线性拟合获取应变响应与该径向分力之间的比例放大系数。


5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在获取轴向分量所对应的比例系数的步骤包括：
(1)使所述旋转驱动轴的轴向沿铅垂向布置，通过位于所述旋转驱动轴的轴端部正上方的滑轮与绳索的配合，而依序地将多个质量递增的砝码悬挂在所述绳索的另一端，以对所述旋转驱动轴形成轴向拉伸力，并采集所述第三应变桥所输出的应变响应，以砝码重量表征所述轴向分量，经线性拟合获取应变响应与该轴向分量之间的比例放大系数；
(2)使所述旋转驱动轴的轴向沿铅垂向布置，依序地将多个质量递增的砝码悬挂在所述轴端部上，以对所述旋转驱动轴形成轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帅，徐中天，吴大转，曹琳琳，武鹏，黄滨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33