一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102393268A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102393268A(43)申请公布日2012.03.28(21)申请号201110358782.2(22)申请日2011.11.14(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市御道街29号(72)发明人夏晨黄国平吉爱红王金童毛建国(74)专利代理机构南京君陶专利商标代理有限公司32215代理人沈根水(51)Int.Cl.G01L3/00(2006.01)G01L3/24(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置(57)摘要本发明是一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置，结构包括转轴、A光栅盘、B光栅盘、光源、光敏元件和信号放大数据采集系统，其中A光栅盘、B光栅盘对称布置并固接在转轴上，A光栅盘、B光栅盘周向对应位置的一组栅槽构成一条光路，光源发出的光线通过该光路被光敏元件接收，转化为周期性占空比信号输出给信号放大数据采集系统，由信号放大数据采集系统将放大的信号传输给PC机进行数据处理、显示、保存。优点：能实现精确测量10～20万转/分的超高速转轴扭矩，测量精度不低于1％。可将光强信号与转轴扭转角表示为线性关系，通过测量光强信号获得转轴扭转角，并根据扭转角与扭矩的线性关系，得到转轴扭矩，实现高速转轴的功率测量。CN1023968ACCNN110239326802393276A权利要求书1/1页1.一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置，其特征是包括转轴、A光栅盘、B光栅盘、光源、光敏元件和信号放大数据采集系统，其中A光栅盘、B光栅盘对称布置并固定连接在转轴上，A光栅盘、B光栅盘周向对应位置的一组栅槽构成一条光路，光源发出的光线通过该光路被光敏元件接收，转化为周期性占空比信号输出给信号放大数据采集系统，由信号放大数据采集系统将放大的信号传输给PC机进行数据处理、显示、保存；当转轴接受扭矩作用时产生扭转变形，A光栅盘、B光栅盘栅槽重合部分变小，光路宽度变窄，光敏元件接受到的光强信号减弱，占空比信号减小，占空比信号与扭矩负载存在线性关系，通过扭矩负载标定试验确定这一线性关系，即实现高速转轴的扭矩精确测量。2.根据权利要求1所述的一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置，其特征是转轴为典型的台阶轴结构，转轴最粗处为3个凸台，凸台间细轴段与转轴两侧叶轮安装段为转轴直径最小处，该轴径根据转轴扭矩强度确定，凸台直径为转轴最小轴径的1.5～1.6倍，左右两侧凸台用以安装固定光栅盘，中间凸台与光栅盘保持搭接状态；转轴呈中间细两头粗，凸台间细轴段用以减小材料抗扭刚度，增加转轴扭转角；左右两侧外段细轴段分别安放压气机及涡轮转子，细轴段与粗轴段的台阶面为轴肩位置，安放轴承。3.根据权利要求1所述的一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置，其特征是光栅盘主体为圆筒结构，其内径与转轴凸台直径一致，外径为内径的1.8倍，在布置栅槽的一头将光栅盘外径增大为内径的2.6倍，为受测叶轮直径的0.5～0.6倍，以确保高速旋转过程中光栅盘强度，在外缘处周向开8个均布的栅槽，槽底导圆，内孔与转轴中间凸台搭接，不需固定；另一头预留销钉孔，通过销钉将光栅盘与转轴左右两侧凸台固定连接为一体，两光栅盘对称放置，两光栅盘分别与转轴两侧凸台连接。2CCNN110239326802393276A说明书1/4页一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置技术领域[0001]本发明涉及的是一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置，可精确测量叶轮功率。背景技术[0002]叶轮机械在国民经济尤其是整个重工业体系中占有十分重要的地位。其主要分支之一——燃气轮机——已广泛用于航空、电站、舰船、导弹、坦克、重载机车等高端领域的核心动力以及冶金、勘探、化工、土木等一般工业领域的主要或辅助动力，燃气轮机的生产水平已成为衡量一个国家工业整体实力的最重要标志之一。近年来，随着微细加工、精密加工工艺的发展，微小型叶轮机械获得了快速发展，广泛应用于微型涡轮喷气发动机、微型燃气发电机、车用涡轮增压器等领域，叶轮尺寸减小为厘米量级，而转速则超过了10万转/分，转轴扭矩＜20N·m。以南京航空航天大学研制的微型涡轮发动机12厘米直径原理样机为例，转速12.5万转/分，转轴扭矩6.7N·m，轴肩跨度70mm，转轴最大扭角0.131°。超高速叶轮功率的精确测量对估算叶轮效率、衡量叶轮性能非常关键，但目前的测功设备最高测试转速仅能达到3～4万转/分，不能满足超高转速功率的测量需求。发明内容[0003]本发明提出的是一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷。[0004]本发明的技术解决方案：其结构包括转轴、A光栅盘、