CN113027875A - 一种旋转式流量脉动发生装置 - Google Patents

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李玩幽
简洁
王东华
率志君
郭宜斌
姜晨醒
张相元
孟长霖
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Abstract

本发明的目的在于提供一种旋转式流量脉动发生装置，包括管段、过流挡板、电机、壳体，传动轴连接第一皮带轮，电机的电机轴连接第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带相连，过流挡板安装在传动轴外部并与传动轴相固定，过流挡板外侧安装壳体，壳体固定在管段上，管段沿着其径向设置一径向开口，过流挡板伸入至此径向开口中，壳体与底座相固定，底座固定在地面上。本发明的过流挡板在转动过程中没有完全挡住管路的过流面积，可以产生连续的流量脉动，通过调整电机转速、过流挡板尺寸及流量调节阀的开度可以实现调节流量波动频率和幅值的功能，本发明的流量脉动装置具有动平衡特性优良、轴向力小、结构紧凑、管道接口方便安装。

Description

一种旋转式流量脉动发生装置
技术领域
本发明涉及的是一种泵、阀等流体机械声学结构试验装置，具体地说是泵、阀等流体机械声学结构的动态特性试验。
背景技术
管路***包括泵、阀、管路等元件，各元件协同工作确保整套设备安全稳定以及高效经济运行。管路***的运行工作点是由泵的扬程性能曲线以及管路阻抗特性曲线(包括阀门和管线)共同决定的。在***进行流量调节时，泵性能曲线和管路特性曲线形状和位置发生变化，导致***的工作点改变，当泵、管路特性曲线由于迟滞响应匹配不合理时，***内产生流量脉动，造成***失稳。管路***的流量调节方法主要分为节流调节和变速调节两种，节流调节通过改变阀门开度对流量进行调节，阀门开度的变化造成管路***的阻抗特性改变，当严重偏离额定工况时管路***的效率降低，泵、阀出现流量、压力大幅波动等异常振动现象；变速调节通过改变转速进行流量调节，由于转速调节的不稳定导致负载波动和转速波动，这些不稳定因素诱发***出现流量和压力波动。无论是变速调节还是节流调节，***处于偏离设计点的工况，泵性能与管路阻抗特性匹配不合理，造成负载波动，导致***工作在波动流量的工况，诱发管路***产生复杂的耦合振荡，出现振动过大的现象，影响管路***的安全性和可靠性。军用产品的管路***，对振动噪声指标的要求更加苛刻，需要管路***在工况调节的过程中也满足低振动噪声的要求。
为了研究管路***在流量调节过程中由于流量波动造成的振动特性，需要在样机试验阶段进行流量波动恶劣工况的试验，验证设备的可靠性和振动噪声特性，但是在样机试验阶段场地条件的限制，难以搭建实际尺寸的管路***，无法构建实际运行中的振荡***。为了更好模拟实际的流量振荡，样机***主动添加流量脉动发生器，能输出不同频率和幅值的波动流量。目前常用的机械流量脉动发生装置有柱塞式流量脉动发生器和轮盘式流量脉动发生器两种，申请号分别为200810232217.X和201110253476.2的专利，柱塞式流量脉动发生器利用电机驱动转盘，实现柱塞在缸筒内的往复运动，由于柱塞等往复运动部件动平衡特性差，其背景振动噪声较大，导致该装置无法稳定的产生较高频率的脉动流量。轮盘式流量脉动发生器适用与管路直径较小的管路***，轮盘上采用与过流管路等直径的通孔，通过轮盘转动实现1000Hz以内的流量脉动，消除了柱塞式流量脉动的动平衡差的缺点。但是轮盘上通孔排列密，尺寸小，造成其流量脉动幅值小，轴向力大，无法满足管路***连续的大流量脉动的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供满足管路***需求的连续大流量的流量脉动，验证管路***在动态运行工况可靠性的一种旋转式流量脉动发生装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种旋转式流量脉动发生装置，其特征是：包括管段、过流挡板、电机、壳体，传动轴连接第一皮带轮，电机的电机轴连接第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带相连，过流挡板安装在传动轴外部并与传动轴相固定，过流挡板外侧安装壳体，壳体固定在管段上，管段沿着其径向设置一径向开口，过流挡板伸入至此径向开口中，壳体与底座相固定，底座固定在地面上。
本发明还可以包括：
1、过流挡板的外圈设置叶片，叶片与叶片之间圆滑过渡，叶片的叶顶部分位于管段内部时，对应于管段的最小过流面积，叶片的叶根部分位于管段内部时，对应于管段的最大过流面积，过流挡板在电机带动下围绕传动轴转动，实现周期性的改变管段的过流面积。
2、所述的传动轴上每隔10°设置一个标记。
本发明的优势在于：本发明的过流挡板在转动过程中没有完全挡住管路的过流面积，可以产生连续的流量脉动，通过调整电机转速、过流挡板尺寸及流量调节阀的开度可以实现调节流量波动频率和幅值的功能，本发明的流量脉动装置具有动平衡特性优良、轴向力小、结构紧凑、管道接口方便安装。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为过流挡板局部示意图；
图4为过流挡板旋转一圈管段过流面积的变化图；
图5为流量脉动装置试验布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-5，本发明提供一种频率和幅值可调的旋转式流量脉动激发装置，包括管段1、过流挡板2、壳体3、轴4、皮带轮5、皮带6、电机7和底座8。过流挡板2横***管段1，传动轴4通过销钉连接过流挡板2，安装在过流挡板2外侧的壳体3起到密封作用，传动轴4和电机7之间通过皮带6和皮带轮5连接，保障电机7和传动轴4转速同步，整套装置都固定在底座8上，底座8跟地面通过地脚螺栓连接。当电机7带着传动轴4和过流挡板2转动时，管段1的过流面积周期性变化，产生流量周期性的波动，通过调节电机7转速即可调整流量波动频率，流量波动幅值的改变可以通过更换不同尺寸的过流挡板2和调整***的流量调节阀的开度来实现，以此达到管路***中流量波动频率和幅值的调节。
选取管径和长度适当的管道，沿着所取管道径向切开一定宽度的切口；
保证切口处密封的前提下，沿着管道径向切口***适当厚度的过流挡板，过流挡板上均布四片相同的叶片，叶片顶部对应管道最小过流面积，叶片根部对应最大过流面积，过流挡板通过圆柱销连接传动轴，传动轴的轴线与管道轴线留有一定距离，过流挡板围绕传动轴转动，实现周期性的改变管道的过流面积；
传动轴和电机利用皮带连接，在电机的带动下过流挡板转动，挡板上的叶片周期性的改变管道的过流面积，当叶片顶部扫过管道时(管道过流面积最小)，管道流量最小，但管道仍留有一定过流面积保证流体的连续流动，当叶片根部扫过管道时(管道过流面积最大)，管道流量最大，过流挡板周期性的改变管道过流面积，产生连续的流量脉动；
流量波动幅值的改变通过更换不同型线的过流挡板及微调流量调节阀开度来实现，波动频率的改变通过改变电机转速来实现。
参照图1流量脉动装置主视剖面图和图2流量脉动装置左视图，其中管段1沿着径向有一开口，过流挡板2放入管段1的径向开口中，同时过流挡板2套在轴4上，利用电机7、皮带轮5和皮带6带动过流挡板2转动，壳体3焊接在管段1上，为流量脉动装置提供密封和支撑，壳体3通过螺栓连接底座8，底座8直接通过地脚螺栓固定在地面上。
为了防止流量波动的波动量从过流挡板2与管段1和壳体3的间隙泄露，造成流量波动量损失，过流挡板2和壳体3与管段1的配合尺寸选取较小，保证在该部位的流动阻力较大，降低流量波动量的损失。
在管段1和过流挡板2之间的选取的配合尺寸，起到了降低流量波动损失的作用，同时将高压流体引流到壳体3中，平衡了过流挡板前后的压差，减小了轴4所受的轴向力。
参考图3过流挡板2局部示意图，过流挡板2有4个叶片，叶片的顶部对应了管段1最小的过流面积，叶片根部对应管段1最大过流面积，流量和过流面积的关系式如下：
Figure BDA0002955560530000041
式中，Q为流量，m3/h，Cd为流量系数，A(x)为过流面积，mm2，ρ为液压介质密度，Kg/m3，ΔP为管段进出口压差，MPa。由公式一可知，流量随着过流面积成正相关，流量脉动装置处于最小过流面积对应最小流量，最大过流面积对应最大流量。
参考图4过流挡板2旋转一圈管道过流面积的变化图，当过流挡板2转过一圈，四个叶片相继扫过管段1，管段1的过流面积出现4次周期性的波峰和波谷，根据公式一流量也出现4次周期性的波峰波谷。
参考图5是流量脉动装置试验布置示意图，流量脉动装置安装在泵和流量调节阀之间，管路***通过流量调节阀调整***的总流量。由于电机转速较快，一般的流量计很难捕捉频率高、幅值大的流量脉动，本发明采用准稳态测量流量波动幅值的方法，操作过程如下：在轴3上每隔10°做一个标记，当管路***的流量调节阀开度固定后，通过手动旋转轴4，每10°记录一次稳态流量，得到过流挡板2旋转一周的流量波动量，以此近似不同频率的流量波动幅值。
流量波动幅值的调节可以通过调节流量调节阀的开度和更换不同叶片型线的过流挡板来实现，对于流量波动频率的调节可以通过调整电机转速来实现。

Claims (3)

1.一种旋转式流量脉动发生装置，其特征是：包括管段、过流挡板、电机、壳体，传动轴连接第一皮带轮，电机的电机轴连接第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带相连，过流挡板安装在传动轴外部并与传动轴相固定，过流挡板外侧安装壳体，壳体固定在管段上，管段沿着其径向设置一径向开口，过流挡板伸入至此径向开口中，壳体与底座相固定，底座固定在地面上。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式流量脉动发生装置，其特征是：过流挡板的外圈设置叶片，叶片与叶片之间圆滑过渡，叶片的叶顶部分位于管段内部时，对应于管段的最小过流面积，叶片的叶根部分位于管段内部时，对应于管段的最大过流面积，过流挡板在电机带动下围绕传动轴转动，实现周期性的改变管段的过流面积。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转式流量脉动发生装置，其特征是：所述的传动轴上每隔10°设置一个标记。
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