[发明专利]一种旋转驱动轴激振力及叶轮激振力的测量方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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；

本发明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，本发明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。