CN107100886A - 一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，包括叶轮、叶轮室、导叶、导叶室、泵轴、应变片和Alford力测量系统，所述叶轮包括轮毂、导水锥和3～5个叶片，叶片沿轮毂轴向均匀分布，应变片设置于叶片的轮缘处，叶片和轮毂上开设有相连的通孔，应变片的连接线穿过通孔与设在轮毂内的Alford力测量系统相连，信号采集装置设置在叶轮室上，并与计算机电连接；本发明在不改变混流泵流道结构和不影响真实流动状态情况下，实现了Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的测量，可以更加准确、更加全面的掌握叶轮叶片轮缘处的流体流动状态。

Description

一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构

技术领域

本发明涉及流体机械(泵)内部流动技术领域，尤其涉及一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构。

背景技术

Alford效应是1965年Alford在研究轴流式透平旋转机械时率先发现的，该效应是由于叶轮的偏心运转使得叶顶间隙沿圆周方向分布不均并导致各叶片所受负载不等和周向压力分布不均，由此产生了一种垂直于叶轮偏心方向的横向流体激振力，即著名的“Alford力”，而叶片的叶顶间隙的泄漏流则是产生这种流体激振力的根源。

大型混流泵已经是农田灌溉、城市给排水、电力工业、核能发电、舰船推进、导弹发射及南水北调等重大战略工程中的核心动力装备。由于混流泵叶轮在铸造和加工时不可避免的存在质量不平衡，其在运行时容易引起叶轮的偏心涡动旋转，导致混流泵叶顶间隙周向分布不均，从而使得叶顶间隙激振力沿周向分布也不一致，诱使叶轮发生自激振动，严重时导致叶轮与壳体发生碰摩或咬死，导致混流泵运行失稳，威胁机组的运行安全。

为了研究Alford力对大型混流泵运行稳定性和性能的影响，需要对Alford力进行精确的测量，但截止目前，一种能够有效测量Alford效应下轮缘激振力的装置和方法还未见相关报道。

申请号为2015100258111，名称为“一种可测量叶片动态激振力的喷水推进泵结构”的专利通过在测力机四根挠度方柱上贴有24片应变片，形成6个惠斯通电桥来测量喷水推进泵的叶片动态激振力，但该方法测量了叶轮无偏心时作用在整个叶轮上的流体激振力，并不能反映Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的大小。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，包括叶轮、叶轮室、导叶、导叶室、泵轴、应变片和Alford力测量系统；

所述叶轮设于叶轮室内，叶轮包括轮毂、导水锥和多个叶片，所述叶片设置在轮毂的外表面，并沿周向均匀分布，所述导水锥与轮毂的前端固定连接，所述叶片的内部从叶片轮缘到叶片根部开设有第一圆形通孔，第一圆形通孔的孔径小于其加工位置处叶片的最小厚度，所述轮毂与叶片的连接处从外部到内部设有第二圆形通孔，所述第二圆形通孔沿圆周方向均匀分布，并与对应第一圆形通孔相通，所述第一圆形通孔和第二圆形通孔的孔径相同；

所述应变片紧贴于叶片的轮缘处，应变片的截面形状和所述叶片的轮缘处的截面形状相同，所述应变片的连接线穿过第一圆形通孔和第二圆形通孔与Alford力测量系统连接；

所述Alford力测量系统包括直流电源、单片机和无线信号发射装置，Alford力测量系统密封设于轮毂内；

所述导水锥的中心轴线上设有两级阶梯圆通孔，第二密封盖安装在两级阶梯圆通孔内，第二密封盖的顶部设有一圆弧形凸起，使其与导水锥均匀过渡；

所述叶轮室外壳体上设有一圆形凸台，所述圆形凸台中心设有第三圆形通孔，所述第三圆形通孔通过第三密封盖进行密封，所述第三密封盖的上方设有无线信号接收器，用于接收Alford力测量系统发出的无线信号，所述无线信号接收器和计算机电连接；

所述叶轮室的端部与导叶室的端部连接，导叶位于导叶室内，并支撑在泵轴上，所述泵轴的端部插入在轮毂内。

优选地，所述轮毂的中心内部加工有两级阶梯圆孔，Alford力测量系统固定在轮毂两级阶梯圆孔的底部，两级阶梯圆孔内设有第一密封盖，第一密封盖将Alford力测量系统密封在两级阶梯圆孔内；

优选地，所述第一密封盖、第二密封盖、第三密封盖的材料均为不屏蔽无线信号的材质。

优选地，所述第一密封盖、第二密封盖、第三密封盖的材料均为有机玻璃。

优选地，所述第一密封盖、第二密封盖、第三密封盖外侧的拐角处均设有环形凹槽，并分别在第一密封盖、第二密封盖、第三密封盖的环形凹槽内设有第一O形橡胶密封圈、所述第三O形橡胶密封圈、所述第四O形橡胶密封圈。

优选地，所述叶片的数量为3～5个。

优选地，所述导水锥和轮毂贴合的端面上开设有环形凹槽，并设有第二O形橡胶密封圈。

本发明的有益效果：

本发明通过在叶片轮缘处设置应变片，同时在叶片和轮毂内部加工出圆形通孔，在不改变混流泵流道结构和不影响真实流动状态情况下，实现了Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的测量，可以更加准确、更加全面的掌握叶轮叶片轮缘处的流体流动状态。

附图说明

图1为本发明所述一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构的结构示意图。

图2为本发明所述叶片和所述叶片轮缘上应变片未贴合前的相对位置示意图。

图3为本发明所述轮毂的结构示意图。

图4为图1的A处放大示意图。

图5为本发明所述叶轮室结构示意图。

其中：

1.导叶；2.导叶室；3.第一螺栓；4.叶轮室；5.第三密封盖；6.应变片；7.叶片；8.轮毂；9.导水锥；10.第一密封盖；11.Alford力测量系统；12.泵轴；13.第二O形橡胶密封圈；14.第二密封盖；15.第三O形橡胶密封圈；16.第三螺栓；17.第二螺栓；18.第一O形橡胶密封圈；19.第四螺栓；20.第四O形橡胶密封圈；21.无线信号接收器；22.计算机；23.第一圆形通孔；24.圆形凸台；25.第三通孔；26.法兰盘；27.第二圆形通孔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，包括叶轮、叶轮室4、导叶1、导叶室2、泵轴12、应变片6和Alford力测量系统11。

如图3所示，所述叶轮设于叶轮室4内，并通过螺纹连接安装在泵轴12上，叶轮包括轮毂8、导水锥9和3～5个叶片7，所述叶片7设置在轮毂8的外表面，并沿周向均匀分布，所述叶片7的内部从叶片轮缘到叶片根部开设有第一圆形通孔23，第一圆形通孔23的孔径小于其加工位置处叶片7的最小厚度，所述轮毂8与叶片7的连接处从外部到内部设有第二圆形通孔27，所述第二圆形通孔27沿圆周方向均匀分布，并与对应第一圆形通孔23相通，所述第一圆形通孔23和第二圆形通孔27的孔径相同。

如图1和图2所示，所述应变片6紧贴于叶片7的轮缘处，应变片6的截面形状和所述叶片7的轮缘处的截面形状相同，所述应变片6的连接线穿过第一圆形通孔23和第二圆形通孔27与Alford力测量系统11连接。

所述Alford力测量系统11包括直流电源、单片机和无线信号发射装置。如图3所示，所述轮毂8的中心内部加工有两级阶梯圆孔，Alford力测量系统11固定在轮毂8两级阶梯圆孔的底部，两级阶梯圆孔内设有第一密封盖10，所述第一密封盖10通过至少4个第二螺栓17固定在所述两级阶梯圆孔内，第一密封盖10将Alford力测量系统11密封在两级阶梯圆孔内，所述第一密封盖10和所述两级阶梯圆孔贴合处安装有第一O形橡胶密封圈18。

所述导水锥9与轮毂8的前端通过螺纹连接，所述导水锥9的中心轴线上设有两级阶梯圆通孔，第二密封盖14通过至少4个第三螺栓16安装在两级阶梯圆通孔内，第二密封盖14和导水锥9中部的两级阶梯圆通孔贴合处安装有第三O形橡胶密封圈15，第二密封盖14的顶部设有一圆弧形凸起，使其与导水锥9均匀过渡。

如图4和图5所示，所述叶轮室4外壳体上设有一圆形凸台24，所述圆形凸台24中心设有第三圆形通孔25，所述第三圆形通孔25通过第三密封盖5进行密封，第三密封盖5通过至少4个第四螺栓19固定在所述叶轮室圆形凸台24上，第三密封盖5和所述圆形凸台24的所述通孔25贴合处安装有第四O形橡胶密封圈20。所述第三密封盖5的上方设有无线信号接收器21，用于接收Alford力测量系统11发出的无线信号，所述无线信号接收器21和计算机22电连接。

第一密封盖10、第二密封14盖、第三密封盖5的材料均为有机玻璃，用于将所述Alford力测量系统11获取的信号传输至信号接收装置。

所述叶轮室4与导叶室2相连接的一端设有法兰盘26，两个所述法兰盘26通过第一螺栓3连接，导叶1位于导叶室2内，并支撑在泵轴12上。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，包括叶轮、叶轮室(4)、导叶(1)、导叶室(2)、泵轴(12)、应变片(6)和Alford力测量系统(11)；

所述叶轮设于叶轮室(4)内，叶轮包括轮毂(8)、导水锥(9)和多个叶片(7)，所述叶片(7)设置在轮毂(8)的外表面，并沿周向均匀分布，所述导水锥(9)与轮毂(8)的前端固定连接，所述叶片(7)的内部从叶片轮缘到叶片根部开设有第一圆形通孔(23)，第一圆形通孔(23)的孔径小于其加工位置处叶片(7)的最小厚度，所述轮毂(8)与叶片(7)的连接处从外部到内部设有第二圆形通孔(27)，所述第二圆形通孔(27)沿圆周方向均匀分布，并与对应第一圆形通孔(23)相通，所述第一圆形通孔(23)和第二圆形通孔(27)的孔径相同；

所述应变片(6)紧贴于叶片(7)的轮缘处，应变片(6)的截面形状和所述叶片(7)的轮缘处的截面形状相同，所述应变片(6)的连接线穿过第一圆形通孔(23)和第二圆形通孔(27)与Alford力测量系统(11)连接；

所述Alford力测量系统(11)包括直流电源、单片机和无线信号发射装置，Alford力测量系统(11)密封设于轮毂(8)内；

所述导水锥(9)的中心轴线上设有两级阶梯圆通孔，第二密封盖(14)安装在两级阶梯圆通孔内，第二密封盖(14)的顶部设有一圆弧形凸起，使其与导水锥(9)均匀过渡；

所述叶轮室(4)外壳体上设有一圆形凸台(24)，所述圆形凸台(24)中心设有第三圆形通孔(25)，所述第三圆形通孔(25)通过第三密封盖(5)进行密封，所述第三密封盖(5)的上方设有无线信号接收器(21)，用于接收Alford力测量系统(11)发出的无线信号，所述无线信号接收器(21)和计算机(22)电连接；

所述叶轮室(4)的端部与导叶室(2)的端部连接，导叶(1)位于导叶室(2)内，并支撑在泵轴(12)上，所述泵轴(12)的端部插入在轮毂(8)内。

2.根据权利要求1所述的可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，所述轮毂(8)的中心内部加工有两级阶梯圆孔，Alford力测量系统(11)固定在轮毂(8)两级阶梯圆孔的底部，两级阶梯圆孔内设有第一密封盖(10)，第一密封盖(11)将Alford力测量系统(11)密封在两级阶梯圆孔内。

3.根据权利要求1所述的可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，所述第一密封盖(10)、第二密封盖(14)、第三密封盖(5)的材料均为不屏蔽无线信号的材质。

4.根据权利要求3所述的可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，所述第一密封盖(10)、第二密封盖(14)、第三密封盖(5)的材料均为有机玻璃。

5.根据权利要求2所述的可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，所述第一密封盖(10)、第二密封盖(14)、第三密封盖(5)外侧的拐角处均设有环形凹槽，并分别在第一密封盖(10)、第二密封盖(14)、第三密封盖(5)的环形凹槽内设有第一O形橡胶密封圈(18)、所述第三O形橡胶密封圈(15)、所述第四O形橡胶密封圈(20)。

6.根据权利要求1所述的可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，所述叶片(7)的数量为3～5个。

7.根据权利要求1所述的可测量Alford效应下混流泵叶片轮缘激振力的叶轮结构，其特征在于，所述导水锥(9)和轮毂(8)贴合的端面上开设有环形凹槽，并设有第二O形橡胶密封圈(13)。