泵裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置及方法
【專利摘要】一種泵裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置,包括左法蘭盤、上蓋、底座和右法蘭盤,上蓋與底座相互連接之后設(shè)置在左法蘭盤與右法蘭盤之間，在上蓋與底座之間設(shè)置有壓電石英晶組，左法蘭盤、上蓋、底座和右法蘭盤剛性連接，成為一個整體結(jié)構(gòu)，該整體結(jié)構(gòu)與泵裝置主軸同步旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)特性好、靈敏度高，解決了泵裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力的測量難題，為進一步了解泵裝置葉輪的實際徑向受力狀態(tài)，提高泵裝置設(shè)計的安全性和可靠性提供參考依據(jù)。
【專利說明】
泵裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明涉及一種栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置及方法，屬于與栗類流體機 械葉輪內(nèi)部水力徑向載荷測量相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在石油化工、國防軍工、核電等領(lǐng)域，栗類流體機械工作的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重 要。流體機械葉輪工作時，由于栗殼的結(jié)構(gòu)及葉輪內(nèi)部復(fù)雜流場導(dǎo)致葉輪產(chǎn)生徑向力，該徑 向力使栗軸受到交變應(yīng)力作用，從而產(chǎn)生定向的撓度，直接影響到栗軸的工作穩(wěn)定性。同 時，由于徑向力的作用會使軸封間隙變得不均勻，嚴重時將導(dǎo)致栗裝置泄漏。因此，在栗裝 置設(shè)計時針對葉輪產(chǎn)生的徑向力進行考慮是十分必要的。
[0003] 目前，研究栗裝置葉輪的徑向力大小主要采用經(jīng)驗公式、數(shù)值仿真、實驗測量等方 法。經(jīng)驗公式雖然計算結(jié)果比較可靠，但是針對具體栗的預(yù)測準確度仍然有待提高。葉輪在 基于額定工況下受力的仿真分析方法得到了很好的應(yīng)用，但是對于復(fù)雜流場下如栗裝置的 啟停、小流量及變工況下的瞬態(tài)作用力為葉輪的非定常流場計算帶來相當大的難度。
[0004] 以往針對栗裝置葉輪所受徑向力的測量采用基于應(yīng)變式的測量方法，即以應(yīng)變片 作為力敏元件，將應(yīng)變片粘貼在測試彈性元件上進行測量。由于流體慣性和瞬時加速度對 葉輪的瞬態(tài)沖擊作用，栗裝置的啟動、小流量等過程中葉輪內(nèi)部流場表現(xiàn)出強烈的非定常 性和瞬態(tài)效應(yīng)。同時，葉輪受到工作介質(zhì)中汽蝕、流激振蕩，以及由于葉輪與導(dǎo)葉的動靜干 涉而引起的壓力脈動等高頻沖擊載荷作用。因此，采用彈性元件受力發(fā)生形變測量原理，無 法滿足高剛度、高靈敏度、高頻響的測試需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 發(fā)明目的：
[0006] 本發(fā)明提供了一種栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置及方法，其目的是解決以 往所存在的問題。
[0007] 技術(shù)方案：
[0008] -種栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，包括左法蘭盤、上蓋、底座和右法蘭 盤，上蓋與底座相互連接之后設(shè)置在左法蘭盤與右法蘭盤之間，其特征在于:在上蓋與底座 之間設(shè)置有壓電石英晶組，左法蘭盤、上蓋、底座和右法蘭盤剛性連接，成為一個整體結(jié)構(gòu)， 該整體結(jié)構(gòu)與栗裝置主軸同步旋轉(zhuǎn)。
[0009] 壓電石英晶組為yx切型壓電石英晶組，其利用了石英晶體的剪切效應(yīng)，每個壓電 石英晶組由兩個壓電石英晶體構(gòu)成。
[0010] 上蓋上設(shè)置有帶有凹槽的圓形凸臺，壓電石英晶組嵌入凹槽內(nèi)，凹槽的深度為壓 電石英晶組的厚度，使得壓電石英晶組裸露的表面與凸臺表面持平并與底座貼合。
[0011] 上蓋與底座之間采用預(yù)緊螺栓緊固連接，同時預(yù)緊螺栓穿過上蓋的薄壁圓筒和壓 電石英晶組的通孔;薄壁圓筒的軸向長度與凹槽深度相同，因此壓電石英晶組處于相對密 閉的空間中，防止受到污染而帶來測量誤差。
[0012] 凹槽的中心與預(yù)緊螺栓穿過的預(yù)緊螺栓孔的中心重合，薄壁圓筒設(shè)置在在凹槽的 中心位置，在左法蘭盤及右法蘭盤與主軸安裝的面設(shè)置有與主軸相配合并用于保證栗主軸 與測量裝置同軸度的外凹止口，在左法蘭盤及右法蘭盤與上蓋與底座連接的面設(shè)置有用于 卡住上蓋與底座進而保證左法蘭盤、上蓋、底座和右法蘭盤同軸度的內(nèi)凹止口。
[0013] 該壓電石英晶組共設(shè)置四個;每個壓電石英晶組由兩片同旋向石英晶體的yx切型 石英晶片并聯(lián)而成，四個壓電石英晶組采用最大靈敏度方向相互垂直的布置方式。
[0014] 左法蘭盤、上蓋、底座、右法蘭盤和壓電石英晶組形成測量裝置，該測量裝置為中 心對稱結(jié)構(gòu)，外部整體呈現(xiàn)圓盤形狀，其外型設(shè)計尺寸能隨栗主軸的尺寸而改變;上蓋的朝 向壓電石英晶組的表面的圓周邊緣沿軸向向壓電石英晶組方向延伸形成上蓋邊緣凸臺，用 來設(shè)置壓電石英晶組的凸臺設(shè)置在上蓋邊緣凸臺圍攏的范圍內(nèi)且該凸臺以上蓋圓心為中 心均勻分布，在凸臺和的側(cè)壁的徑向方向上分別設(shè)計有穿線孔，兩個凸臺之間留有布線空 間，從而四個壓電石英晶組的信號線通過穿線孔向外引出。
[0015] 該測量裝置還包括光電轉(zhuǎn)速編碼器;所述測量裝置外環(huán)設(shè)有標記線，以該標記線 作為測量裝置靜態(tài)標定時〇°初始位置，然后將測量裝置旋轉(zhuǎn)一定階梯角度進行圓周360°靜 態(tài)標定，建立〇°到360°范圍內(nèi)各角度與四個壓電石英晶組的輸出信號關(guān)系，標記線與光電 轉(zhuǎn)速編碼器配合使用，該該標記線經(jīng)過光電轉(zhuǎn)速編碼器時，記錄光電轉(zhuǎn)速編碼器的信號變 化。
[0016] 利用上述的栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置所實施的栗裝置葉輪動態(tài)圓周 矢量力測量方法，其特征在于:將測量裝置安裝在栗裝置兩根斷主軸之間，通過外凹止口定 位保證測量裝置與主軸的同軸度，通過外六角螺栓將左法蘭盤、上蓋、底座和右法蘭盤剛性 連接，使測量裝置在軸向、徑向無相對位移；當被測的栗裝置葉輪工作時，葉輪受到水力徑 向載荷作用，此時測量裝置內(nèi)部壓電石英晶組由于受到該徑向作用力而產(chǎn)生電荷，通過信 號線傳輸至電荷放大器，經(jīng)過信號放大后傳送到數(shù)據(jù)采集模塊中，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換后得 到待測的徑向力大??；同時，光電編碼器信號也被傳送到數(shù)據(jù)采集模塊中，通過數(shù)值計算， 得到徑向力的方向。
[0017]栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力的計算方法如式(1)所示：
(1)
[001 9] 式（1)中，Sr為徑向力值的大小，Si、S2、S3、S4分別為石英晶組U、L2、L 3、L4的輸出信 號，0為瞬時時刻徑向力與石英晶組所在平面坐標系X軸之間的夾角；
[0020]測量裝置的外環(huán)設(shè)計一條標記線，標記線為石英晶組所在平面坐標系x軸夾角0° 方向，采用光電轉(zhuǎn)速編碼器確定栗裝置主軸旋轉(zhuǎn)過程中X軸瞬時時刻位置，從而計算出葉輪 徑向力相對于栗裝置的空間矢量力。
[0021]優(yōu)點及效果：為了研究葉輪全工況下徑向力的特性，提高栗裝置設(shè)計的可靠性和 安全性，本文提出了一種栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置及方法，
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為：
[0023] 1.本發(fā)明的測量方法通過左右法蘭盤、上蓋與底座四部分實現(xiàn)高剛度連接，利用 導(dǎo)電滑環(huán)將測量裝置的徑向力信號向外輸出。測量裝置通過左右法蘭盤將栗裝置的左右兩 根斷軸定位并實現(xiàn)剛性連接。因此，測量裝置、左右兩根斷軸構(gòu)成一體。
[0024] 2 .本發(fā)明的測量裝置外環(huán)設(shè)計有一條標記線，栗裝置工作時，采用光電轉(zhuǎn)速編碼 器采集該標記線通過光電轉(zhuǎn)速編碼器信號狀態(tài)，從而得到徑向力信號與測量裝置旋轉(zhuǎn)角度 之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0025] 3.本發(fā)明的測量裝置利用了壓電石英晶體的剪切效應(yīng)，內(nèi)部由四個yx切型壓電石 英晶組構(gòu)成，每個壓電石英晶組由兩片同旋向石英晶體的yx晶片并聯(lián)而成。
[0026] 4.本發(fā)明的測量裝置測力量程寬，靈敏度高，動態(tài)特性好，非線性誤差和重復(fù)性誤 差小，解決了葉輪圓周矢量力測量的難題。
[0027] 綜上所述，本發(fā)明的壓電石英晶組信號通過導(dǎo)電滑環(huán)向外引出，接入電荷放大器 和數(shù)據(jù)采集模塊。葉輪的徑向力大小直接由測量裝置測量，通過理論計算分析及光電轉(zhuǎn)速 編碼器輔助信號得到徑向力的方向。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)特性好、靈敏度高，解決了栗裝 置葉輪動態(tài)圓周矢量力的測量難題，為進一步了解栗裝置葉輪的實際徑向受力狀態(tài)，提高 栗裝置設(shè)計的安全性和可靠性提供參考依據(jù)。
【附圖說明】
[0028]圖1表不一個整體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029] 圖2為內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0030] 其中：1為左法蘭盤，2為上蓋，3為底座，4為右法蘭盤，5為光電轉(zhuǎn)速編碼器，A為通 孔，B為外凹止口，C預(yù)緊螺栓孔，D為把緊螺栓孔，E為預(yù)緊螺栓，F(xiàn)為凹槽，G為凸臺，H為通孔， I為外六角螺栓，J為六角螺母，K為通孔，L為石英晶組，M為螺紋孔，N為薄壁圓筒，0為壓電石 英晶組通孔，P為凸臺，Q為內(nèi)凹止口。
【具體實施方式】：
[0031] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明：
[0032] 本發(fā)明提出的是一種栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，包括左法蘭盤1、上蓋 2、底座3和右法蘭盤4,上蓋2與底座3通過預(yù)緊螺栓E相互連接之后設(shè)置在左法蘭盤1與右法 蘭盤4之間，其特征在于:在上蓋2與底座3之間設(shè)置有壓電石英晶組L，其中，左右法蘭盤形 狀相同、結(jié)構(gòu)鏡像對稱，設(shè)計有通孔A、外凹止口 B和內(nèi)凹止口 Q、把緊螺栓孔D;上蓋2、底座3 分別設(shè)有預(yù)緊螺栓孔C和螺紋孔M，左法蘭盤1、上蓋2、底座3和右法蘭盤4通過外六角螺栓I 剛性連接，成為一個整體結(jié)構(gòu)，該整體結(jié)構(gòu)與栗裝置主軸同步旋轉(zhuǎn)。
[0033] 壓電石英晶組L為yx切型壓電石英晶組，其利用了石英晶體的剪切效應(yīng)，每個壓電 石英晶組L由兩個壓電石英晶片構(gòu)成，四個壓電石英晶組之間采用最大靈敏度方向相互垂 直的布置方式。
[0034] 壓電石英晶組L采用兩片yx切型壓電石英晶片組成，yx切型石英晶片的厚度方向 與石英晶體的y軸平行，晶片面與y軸垂直。該切型方式利用了石英晶體的剪切效應(yīng)，即葉輪 在圓周徑向方向上受到作用力時，根據(jù)壓電效應(yīng)原理，石英晶組的表面產(chǎn)生電荷，而葉輪的 軸向受力不會影響到徑向的測量結(jié)果。
[0035] 上蓋2上設(shè)置有帶有凹槽F的凸臺G，壓電石英晶組L嵌入凹槽F內(nèi)，凹槽的深度為石 英晶組的厚度，使得壓電石英晶組L裸露的表面與凸臺G表面持平并與底座3貼合。
[0036] 上蓋2與底座3之間采用預(yù)緊螺栓E緊固連接，同時預(yù)緊螺栓穿過上蓋的薄壁圓筒N 和壓電石英晶組L的通孔0;薄壁圓筒的軸向長度與凹槽F深度相同。
[0037] 凹槽F的中心與預(yù)緊螺栓穿過的預(yù)緊螺栓孔C的中心重合，薄壁圓筒N設(shè)置在凹槽F 的中心位置，在左法蘭盤1及右法蘭盤4與主軸安裝的面設(shè)置有與主軸相配合并用于保證栗 主軸與測量裝置同軸度的外凹止口B，在左法蘭盤1及右法蘭盤4與上蓋2與底座3連接的面 設(shè)置有用于卡住上蓋2與底座3進而保證左法蘭盤1、上蓋2、底座3和右法蘭盤4同軸度的內(nèi) 凹止口 Q。
[0038] 該壓電石英晶組L共設(shè)置四個;每個壓電石英晶組L由兩片同旋向石英晶體的yx切 型晶片并聯(lián)而成。
[0039] 左法蘭盤1、上蓋2、底座3、右法蘭盤4和壓電石英晶組L形成測量裝置，該測量裝置 為中心對稱結(jié)構(gòu)，外部整體呈現(xiàn)圓盤形狀，其外型設(shè)計尺寸可以隨栗主軸的尺寸而改變;上 蓋2的朝向壓電石英晶組L的表面的圓周邊緣沿軸向向壓電石英晶組L方向延伸形成上蓋邊 緣凸臺P，用來設(shè)置壓電石英晶組L的凸臺G設(shè)置在上蓋邊緣凸臺P圍攏的范圍內(nèi)且該凸臺G 以上蓋圓心為中心均勻分布。
[0040] 該測量裝置還包括光電轉(zhuǎn)速編碼器5;所述測量裝置外環(huán)設(shè)有標記線6,該標記線 為測量裝置靜態(tài)標定時四個壓電石英晶組所在平面坐標系的 x軸方向作為測量裝置徑向力 輸出的〇°初始位置;該標記線6與光電轉(zhuǎn)速編碼器5配合使用，該標記線6經(jīng)過光電轉(zhuǎn)速編碼 器5時，記錄光電轉(zhuǎn)速編碼器的信號變化。
[0041] 所述的外六角螺栓數(shù)量為八個，以測量裝置中心為圓心均勻分布。測量裝置內(nèi)部 設(shè)有四個yx切型壓電石英晶組L，利用了石英晶體的剪切效應(yīng)，每個石英晶組L采用最大靈 敏度方向相互垂直的布置方式，壓電石英晶組設(shè)計有通孔〇,穿過薄壁圓筒N，上蓋的圓形凸 臺G、凹槽F、底座的平面、壓電石英晶組的上下表面完全貼合。
[0042] 所述上蓋圓周邊緣凸臺P和圓形凸臺G分別開有穿線孔，各所述壓電石英晶組的輸 出信號線由該穿線孔向外引出。
[0043] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明的葉輪圓周矢量力測量采用在栗裝置的主軸上安裝測量 裝置的方法來實現(xiàn)，栗裝置的主軸采用斷軸方式設(shè)計，其中一根軸兩端分別連接左法蘭盤1 與驅(qū)動電機，另一根軸兩端分別連接右法蘭盤4與栗裝置的葉輪。左右法蘭盤的兩端分別設(shè) 計為止口連接方式用于保證栗主軸與測量裝置同軸度。左法蘭盤1、上蓋2、底座3,右法蘭盤 4與主軸剛性連接構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu)，栗裝置工作時，該整體結(jié)構(gòu)與葉輪同步旋轉(zhuǎn)。
[0044] 圓形凸臺G邊緣的徑向方向設(shè)計有穿線孔。底座3設(shè)計為平面圓盤結(jié)構(gòu)，均勻分布 有四個螺紋孔M，上蓋2與底座3裝配時，預(yù)緊螺栓孔C與螺紋孔M-一對應(yīng)。
[0045] 四個壓電石英晶組L設(shè)計為中心通孔結(jié)構(gòu)，封裝時，將石英晶組L的中心通孔套在 薄壁圓筒N上，并將壓電石英晶組的最大靈敏度方向相互垂直放置。將石英晶組的信號線從 圓形凸臺G的穿線孔引出，經(jīng)過上蓋2的凸臺P向外引出，通過在校準臺上可以完成對測量裝 置的靜態(tài)標定，得到圓周徑向力施加載荷的大小和方向與四個壓電石英晶組輸出信號之間 的線性關(guān)系。上蓋2的凸臺P、凸臺G與底座3的端面平面的平行度為0.01，粗糙度為0.4。四個 壓電石英晶組所在凹槽F平面的平面度為0.02。薄壁圓筒N、壓電石英晶組L的端面在同一水 平面，通過預(yù)緊螺栓￡ 1-4實現(xiàn)與底座3平面緊密連接。
[0046] 栗裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量方法，其將測量裝置安裝在栗裝置兩根斷主軸之 間，通過外凹止口 B定位保證測量裝置與主軸的同軸度，通過外六角螺栓I將左法蘭盤1、上 蓋2、底座3和右法蘭盤4剛性連接，使測量裝置在軸向、徑向無相對位移；當被測的栗裝置葉 輪工作時，葉輪受到水力徑向載荷作用，從而測量裝置內(nèi)部壓電石英晶組受到徑向作用力 而產(chǎn)生電荷，通過信號線傳輸至電荷放大器，經(jīng)過信號放大后傳送到數(shù)據(jù)采集模塊中，經(jīng)過 放大、A/D轉(zhuǎn)換后得到待測的徑向力大??；同時，光電編碼器信號也被傳送到數(shù)據(jù)采集模塊 中，通過數(shù)值計算，得到徑向力的方向。
[0047] 栗裝置動態(tài)圓周矢量力的計算方法如式(1)所示。
(1)
[0049] 式（1)中，Sr為徑向力值的大小，Si、S2、S3、S4分別為石英晶組U、L 2、L3、L4的輸出信 號，0為瞬時時刻徑向力與壓電石英晶組所在平面坐標系X軸之間的夾角。
[0050] 測量裝置的外環(huán)設(shè)計一條標記線，該標記線所在位置如圖1所示，標記線為壓電石 英晶組所在平面坐標系x軸方向0°位置，采用光電轉(zhuǎn)速編碼器確定栗裝置主軸旋轉(zhuǎn)過程中x 軸瞬時時刻位置，從而計算出葉輪徑向力相對于栗裝置的空間矢量力。
[0051] 測量裝置的輸出信號與安裝在栗裝置主軸上的導(dǎo)電滑環(huán)內(nèi)環(huán)連接，導(dǎo)電滑環(huán)的外 環(huán)與栗裝置外殼固定連接，外環(huán)輸出信號經(jīng)電荷放大器放大后傳送到數(shù)據(jù)采集模塊中，將 該數(shù)據(jù)采集模塊連接到計算機，在與數(shù)據(jù)采集模塊對應(yīng)的軟件中進行葉輪徑向力的實時顯 示、分析、處理和保存。
[0052] 本發(fā)明采用壓電石英晶組作為力敏元件，通過左右法蘭盤、上蓋和底座組成栗裝 置葉輪動態(tài)矢量力測試系統(tǒng)，該方法結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，解決了目前栗裝置葉輪動態(tài)圓周 矢量力的測量難題，為進一步了解栗裝置葉輪的實際徑向受力狀態(tài)，提高栗裝置設(shè)計的安 全性和可靠性提供參考依據(jù)。
【主權(quán)項】
1. 一種累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，包括左法蘭盤（I)、上蓋（2)、底座（3)和 右法蘭盤(4)，上蓋(2)與底座(3)相互連接之后設(shè)置在左法蘭盤（1)與右法蘭盤(4)之間，其 特征在于:在上蓋(2)與底座(3)之間設(shè)置有壓電石英晶組化），左法蘭盤（1)、上蓋(2)、底座 (3)和右法蘭盤(4)剛性連接，成為一個整體結(jié)構(gòu)，該整體結(jié)構(gòu)與累裝置主軸同步旋轉(zhuǎn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于:壓電石英 晶組化)為yx切型壓電石英晶組，其利用了石英晶體的剪切效應(yīng)，每個壓電石英晶組化）由 兩個壓電石英晶體構(gòu)成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于:上蓋(2) 上設(shè)置有帶有凹槽(F)的圓形凸臺（G)，壓電石英晶組化)嵌入凹槽(F)內(nèi)，凹槽的深度為壓 電石英晶組的厚度，使得壓電石英晶組化)裸露的表面與凸臺（G)表面持平并與底座(3)貝占 合。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于:上蓋(2) 與底座(3)之間采用預(yù)緊螺栓化)緊固連接，同時預(yù)緊螺栓穿過上蓋的薄壁圓筒(N)和壓電 石英晶組化)的通孔(O);薄壁圓筒的軸向長度與凹槽(F)深度相同，因此壓電石英晶組化） 處于相對密閉的空間中，防止受到污染而帶來測量誤差。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于：凹槽(F) 的中屯、與預(yù)緊螺栓穿過的預(yù)緊螺栓孔(C)的中屯、重合，薄壁圓筒(N)設(shè)置在在凹槽(F)的中 屯、位置，在左法蘭盤（1)及右法蘭盤(4)與主軸安裝的面設(shè)置有與主軸相配合并用于保證累 主軸與測量裝置同軸度的外凹止口（B)，在左法蘭盤（1)及右法蘭盤(4)與上蓋（2)與底座 (3)連接的面設(shè)置有用于卡住上蓋(2)與底座（3)進而保證左法蘭盤（1)、上蓋(2)、底座（3) 和右法蘭盤(4)同軸度的內(nèi)凹止口（Q)。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于:該壓電石 英晶組化)共設(shè)置四個;每個壓電石英晶組化）由兩片同旋向石英晶體的yx切型石英晶片并 聯(lián)而成，四個壓電石英晶組采用最大靈敏度方向相互垂直的布置方式。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于:左法蘭盤 (1)、上蓋(2)、底座(3)、右法蘭盤(4)和壓電石英晶組化)形成測量裝置，該測量裝置為中屯、 對稱結(jié)構(gòu)，外部整體呈現(xiàn)圓盤形狀，其外型設(shè)計尺寸能隨累主軸的尺寸而改變;上蓋(2)的 朝向壓電石英晶組化）的表面的圓周邊緣沿軸向向壓電石英晶組化)方向延伸形成上蓋邊 緣凸臺（P)，用來設(shè)置壓電石英晶組化)的凸臺（G)設(shè)置在上蓋邊緣凸臺（P)圍猶的范圍內(nèi)且 該凸臺（G) W上蓋圓屯、為中屯、均勻分布，在凸臺（G)和(P)的側(cè)壁的徑向方向上分別設(shè)計有 穿線孔，兩個凸臺之間留有布線空間，從而四個壓電石英晶組的信號線通過穿線孔向外引 出。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置，其特征在于:該測量裝 置還包括光電轉(zhuǎn)速編碼器(5);所述測量裝置外環(huán)設(shè)有標記線(6)，W該標記線(6)作為測量 裝置靜態(tài)標定時0°初始位置，然后將測量裝置旋轉(zhuǎn)一定階梯角度進行圓周360°靜態(tài)標定， 建立0°到360°范圍內(nèi)各角度與四個壓電石英晶組的輸出信號關(guān)系，標記線(6)與光電轉(zhuǎn)速 編碼器(5)配合使用，該該標記線(6)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)速編碼器(5)時，記錄光電轉(zhuǎn)速編碼器的信 號變化。9. 利用權(quán)利要求8所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量裝置所實施的累裝置葉輪動 態(tài)圓周矢量力測量方法，其特征在于:將測量裝置安裝在累裝置兩根斷主軸之間，通過外凹 止口（B)定位保證測量裝置與主軸的同軸度，通過外六角螺栓(I)將左法蘭盤（1)、上蓋(2)、 底座(3)和右法蘭盤(4)剛性連接，使測量裝置在軸向、徑向無相對位移；當被測的累裝置葉 輪工作時，葉輪受到水力徑向載荷作用，此時測量裝置內(nèi)部壓電石英晶組由于受到該徑向 作用力而產(chǎn)生電荷，通過信號線傳輸至電荷放大器，經(jīng)過信號放大后傳送到數(shù)據(jù)采集模塊 中，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換后得到待測的徑向力大??；同時，光電編碼器信號也被傳送到數(shù)據(jù)采 集模塊中，通過數(shù)值計算，得到徑向力的方向。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的累裝置葉輪動態(tài)圓周矢量力測量方法，其特征在于:累裝置 葉輪動態(tài)圓周矢量力的計算方法如式(1)所示：(1) 式（1)中，5,為徑向力值的大小，51、52、53、54分別為石英晶組1^1、12、13、14的輸出信號，白 為瞬時時刻徑向力與石英晶組所在平面坐標系X軸之間的夾角； 測量裝置的外環(huán)設(shè)計一條標記線，標記線為石英晶組所在平面坐標系X軸夾角0°方向， 采用光電轉(zhuǎn)速編碼器確定累裝置主軸旋轉(zhuǎn)過程中X軸瞬時時刻位置，從而計算出葉輪徑向 力相對于累裝置的空間矢量力。
【文檔編號】G01L9/08GK105910750SQ201610222518
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】高翼飛, 王世杰, 項中天, 劉慧芳
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)