CN104215441A - 一种立式转子动态径向加载机构及稳定性测试方案 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于某屏蔽泵立式转子试验台设计的立式转子动态径向加载机构及稳定性测试方案，包括壳体、支架和手轮，支架位于壳体内并可沿其内部移动，支架的一端设置有两个转轮并伸出壳体。壳体的另一端上一手轮依次通过螺纹传动件和螺栓伸进壳体内并与支架相连，转动手轮可使支架向主壳体的外侧移动。径向加载机构安装在一试验台外壳上，试验台外壳内安装有一通过联轴器与电机输出轴相连的转子，转轮紧贴联轴器；试验装置还包括数据采集记录仪以及与其相连的测力传感器和位移传感器，测力传感器用于测量螺纹传动件产生的径向力数据，位移传感器用于测量转子在转动过程中径向加载后，垂直于转子旋转轴线的平面内相互垂直的两个径向上的位移。

Description

一种立式转子动态径向加载机构及稳定性测试方案

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，尤其涉及屏蔽泵用试验台立式转子动态径向加载机构及稳定性测试方案。

背景技术

屏蔽泵是一种无密封泵，叶轮和转子被密封在定子外壳内，定子外壳采用的是静密封，并由一个绕组来提供旋转磁场并驱动转子。普通离心泵的驱动是通过联轴器将泵的叶轮轴与电动轴相连接，使叶轮与电动机一起旋转而工作。普通泵存在长期运转密封失效引起的液体泄漏的问题，而屏蔽泵的结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，故能做到完全无泄漏，因而可用于输送具有腐蚀性的、对人有害的（如剧毒，放射性）、易燃易爆及价格昂贵或其它特殊的液体。

核电站的主泵位于核岛心脏部位，用来将冷却水泵入蒸发器转换热能，是核电运转控制水循环的关键，属于核电站的一级设备。核反应堆主泵的有轴封泵、湿绕组泵，屏蔽泵。目前正在大力开发和研究的是屏蔽泵形式的主泵，在该类主泵的工作过程中，由于叶轮泵壳结构的非对称设计，被运送的液体在泵内非对称流动，非对称流动会通过叶轮对泵的主轴施加径向的反力，让立式转子有固定的旋转位置，进而提高转子稳定性，降低振动和噪声，然而却带来轴承磨损等问题。为了研究流体径向力对转子稳定性带来的影响，就需要在屏蔽泵立式转子试验台上设计一种机构来模拟流体产生的径向力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种立式转子动态径向加载机构，所述动态径向加载机构包括壳体、支架、螺纹传动件和手轮，其中，

所述壳体呈一端开口的盒状结构，所述支架位于所述壳体内且一端伸出所述壳体的开口，所述支架的伸出端上至少设置有一个转轮；

所述螺纹传动件从所述壳体的另一端伸进所述壳体内，并与所述壳体螺纹连接，所述螺纹传动件伸进所述壳体的一端与所述支架相连；所述手轮设置在所述螺纹传动件位于所述壳体外侧的一端上，转动所述手轮使得所述螺纹传动件转动并轴向推动所述支架沿所述主壳体的径向移动。

较佳地，所述支架的伸出端呈圆弧状，所述支架圆弧的两端上分别设置有所述转轮。

较佳地，所述转轮包括转轴、轴承和轴承外套，所述转轴设置在所述支架上且其中心轴垂直于所述支架的移动方向，所述轴承外套通过所述轴承套设在所述转轴上。

较佳地，所述转轴通过所述防松螺母固定在所述支架上。

较佳地，所述螺纹传动件位于所述壳体外侧的一端上设置有定位螺母。

较佳地，所述螺纹传动件通过螺栓连接所述支架，所述螺栓上设置有测力传感器，所述测力传感器还与一数据采集记录仪相连。

较佳地，所述数据采集记录仪还连接有两个用于测量转子在垂直于其旋转轴的平面内两个相互垂直的径向上位移的位移传感器。

较佳地，所述立式转子动态径向加载机构还包括试验台外壳、电机，所述电机支座通过电机支座安装到所述试验台外壳上，一转子位于试验台外壳内，所述电机的输出轴通过联轴器与所述转子相连；

所述径向加载机构安装在所述试验台外壳上，且垂直与所述转子的旋转轴线，所述转轮紧贴所述联轴器上。

本发明还提供了一种立式转子稳定性测试方案，采用如上所述的立式转子动态径向加载机构，具体步骤如下：

步骤1，启动所述电机，所述电机拖动所述转子转动；

步骤2，转动所述手轮，所述手轮带动所述螺纹传动件并轴向移动，所述螺纹传动件推动所述支架端部的转轮沿所述转子的径向运动，并使得所述转轮贴合在所述联轴器的表面上；

步骤3，立式转子试验装置还包括有测力传感器、位移传感器和数据采集记录仪，所述测力传感器测量所述螺纹传动件的轴线推力，所述位移传感器测量所述转子在垂直于其旋转轴的平面内两个相互垂直的径向上的位移，所述测力传感器和所述位移传感器将获得的数据传输给数据采集记录仪；

步骤4，根据所述位移传感器传输的数据分析转子旋转时的轴心位置及其动态变化规律；将所述测力传感器传输的数据与所述位移传感器传输的数据进行耦合分析，得到不同径向力状态下转子的旋转状态特性，并找到最优的转子径向力。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的一种立式转子动态径向加载机构、试验装置及稳定性测试方案，可以实现动态加载非对称径向力的功能，结合传感器和数据采集分析***，在线测试分析转子稳定性，为屏蔽泵转子水动力学设计与优化提供试验数据参考，有利于促进屏蔽泵转子设备改进；同时本发明结构简单，操作方便。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为立式转子动态径向加载机构的结构是一体图；

图2为立式转子动态径向加载机构的连接示意图；

图3为转子动态径向加载试验装置的结构示意图。

符号说明：

1-螺纹传动件             2-螺栓             3-固定螺母

4-弹簧垫片               5-手轮             6-定位螺母

7-测力传感器             8-端盖             9-支架

10-放松螺母              11-轴承外套        12-转轴

13-轴承                  14-联轴器          15-电机

16-输出轴                17-电机支座        18-转子

19-数据采集记录仪        20-位移传感器       21-试验台外壳。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图1-3，本发明提供了一种立式转子动态径向加载机构，适用于屏蔽泵转子的径向加载试验，当然本发明使用对象并不至局限于屏蔽泵转子，可通过适当的结构调整，使其适用于其他的旋转结构的径向加载，此处均不作限制。

具体的，该立式转子径向加载机构包括壳体、支架、螺纹传动件、手轮等；其中，壳体由主体和端盖8共同形成一端开口的盒状结构，手轮5通过固定螺母3固定连接到螺纹传动件1的一端上；螺纹传动件1的另一端上设置有螺纹，且螺纹传动件1的另一端穿过端盖8伸进壳体内，螺纹传动件1的另一端与端盖8之间螺纹连接，旋转手轮5带动螺纹传动件1转动同时实现轴向位移；在本实施例中，螺纹传动件1上还设置有定位螺母6，定位螺母6位于壳体的的外部靠近端盖8一侧，定位螺母6用于限定螺纹传动件1的轴向移动位移。支架9位于壳体内，并可沿壳体的内部移动，支架9的一端从壳体的开口伸出；螺纹传动件1伸进壳体的一端上还连接有一螺栓2，螺栓2的一端与螺纹传动件1固定连接，螺栓2的另一端连接到支架9上；螺纹传动件1带动螺栓2轴向移动，螺栓2又带动支架9轴向移动。

在本实施例中，支架9的另一端上设置有两个转轮。具体的，支架9的伸出端呈圆弧状，两个转轮分别安装在支架圆弧的两端上，且转轮关于支架9的中心线对称设置，提高接触稳定性；转轮包括有转轴12、轴承13、轴承外套11，转轴12垂直于支架9的上、下端面设置，且转轴12通过防松螺母10与支架9连接；轴承外套11通过轴承13套设在转轴12的外侧壁上，且使得轴承外套11可绕转轴的中轴线转动；轴承外套11的外侧壁部分伸出支架9，并与支架9的圆弧部分共同形成整个圆弧结构；当然转轮的设置有数目并不仅限于此，可根据具体情况进行选择，此处不作限制。

在本实施例中，该立式转子动态径向加载机构还包括数据采集记录仪19、测力传感器7和位移传感器20，测力传感器7和位移传感器20均与数据采集记录仪19相连。测力传感器7安装在螺栓2上，用于测量螺纹传动件1传递给螺栓2的推力，并将相关数据传输给数据采集记录仪19。在本实施例中包括有两个位移传感器20，两个位移传感器20相互垂直安装，两个位移传感器20分别用于测量转子转动过程中，在垂直于转子旋转轴的平面内两个相互垂直的径向上的位移，例如在垂直于转子旋转轴的一平面内，其上存在有若干经过转子旋转轴的径向，本发明中主要是测量其中两个相互垂直的径向上转子的位移；两个位移传感器20将相关数据传递给数据采集记录仪19，以便于后续用于对转子稳定性的分析。

参照图3，本发明提供的一种立式转子动态径向加载机构，还包括试验台外壳21、电机15和电机支座17，试验台外壳21安装在一试验台上，电机15通过电机支架17安装在试验台外壳21的上端；一转子安装于试验台外壳21内部，电机的输出轴16通过一联轴器14与转子同轴连接，从而可使得电机15带动转子转动。壳体安装到试验台外壳21上，且支架端部的转轮与联轴器14相对，转轮的轴线与转子的轴线平行，并使得支架的中心线、螺栓2的轴线、螺纹连接螺母的轴线位于同于直线上并垂直于转子的轴线。

以下结合附图1-3对立式转子动态径向加载机构的运行过程作进一步地详细说明：

静止时，试验台外壳21通过铅垂线竖直安装在一试验台上，电机支座17通过螺栓连接安装在试验台外壳21上，拖动电机15通过螺栓连接安装在电机支座17上，电机的输出轴16通过联轴器14与转子18实现安装连接，转子18安装在试验台外壳21内部，两个位移传感器20相互垂直安装在试验台外壳21上，径向加载机构安装在电机支座17上，与转子旋转轴线垂直，测力传感器7安装在螺栓2上，从各个传感器引出的数据线连接到数据采集记录仪19上。

测试时，启动拖动电机15，电机输出轴16通过联轴器14带动转子18旋转，顺时针转动手轮5，带动螺纹传动件1旋转，形成直线位移推动测力传感器7，进而通过测力传感器推动支架9带着两个转轮沿着轨道径向前进，并贴合到联轴器14的表面，作伴随转动。转子18在转动过程中，产生的振动由两个互相垂直安装的位移传感器20测量，加载的径向力大小由测力传感器7测量，全部测量数据由数据采集记录仪19来采集和记录。测量过程中，转子18一直处在旋转状态，因此本发明属于动态测量。测量完毕，逆时针转动手轮5可使转轮向远离联轴器14的方向运动，撤销径向力，然后关闭拖动电机15.

由位移传感器20得到的数据可用于分析转子18旋转时的轴心位置及其动态变化规律，由测力传感器7得到的数据可用于与位移数据进行耦合分析，得到不同径向力状态下转子的旋转动态特性，并找到最优径向力。

本发明提供的一种立式转子动态径向加载机构，能够实现动态加载，结合传感器和数据采集分析***，在线测试分析转子稳定性，为屏蔽泵转子等设备转子的水动力学设计与优化提供试验数据参考。

本发明还提供了一种立式转子稳定性测试方案，具体采用如上所述的立式转子试验装置，具体步骤如下：

第一步，启动电机，使得电机拖动转子转动；

第二步，转动手轮，手轮带动螺纹传动件轴向移动，螺纹传动件通过设置在螺栓上的一测力传感器以及螺栓带动支架端部的转轮沿转子的径向运动，并使得转轮贴合在联轴器的表面上；

第三步，测力传感器测量螺纹传动件的轴线推力，位移传感器测量转子轴向位移和径向位移，测力传感器和位移传感器将获得的数据传输给数据采集记录仪；

第四步，根据位移传感器传输的数据分析转子旋转时的轴心位置及其动态变化规律；将测力传感器传输的数据与位移传感器传输的数据进行耦合分析，得到不同径向力状态下转子的旋转状态特性，并找到最优的转子径向力。

综上所述，本发明提供了一种基于某屏蔽泵立式转子试验台设计的立式转子动态径向加载机构及稳定性测试方案，包括壳体、支架和手轮，支架位于壳体内并可沿其内部移动，支架的一端设置有两个转轮并伸出壳体的一端，提高径向加载机构稳定性。壳体的另一端上一手轮依次通过螺纹传动件和螺栓伸进壳体内并与支架相连，转动手轮可使支架向主壳体的外侧移动。径向加载机构安装在一试验台外壳上，试验台外壳内安装有一通过联轴器与电机输出轴相连的转子，转轮紧贴联轴器；试验装置还包括数据采集记录仪以及与其相连的测力传感器和位移传感器，测力传感器用于测量螺纹传动件产生的径向力数据，位移传感器用于测量转子在转动过程中径向加载后，垂直于转子旋转轴线的平面内相互垂直的两个径向上的位移。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (9)

1.一种立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述立式转子动态径向加载机构包括壳体、支架、螺纹传动件和手轮，其中，

所述壳体呈一端开口的盒状结构，所述支架位于所述壳体内且一端伸出所述壳体的开口，所述支架的伸出端上至少设置有一个转轮；

所述螺纹传动件从所述壳体的另一端伸进所述壳体内，并与所述壳体螺纹连接，所述螺纹传动件伸进所述壳体的一端与所述支架相连；所述手轮设置在所述螺纹传动件位于所述壳体外侧的一端上，转动所述手轮使得所述螺纹传动件转动并轴向推动所述支架向所述主壳体的外侧移动。

2.据权利要求1所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述支架的伸出端呈圆弧状，所述支架圆弧的两端上分别设置有所述转轮。

3.据权利要求1所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述转轮包括转轴、轴承和轴承外套，所述转轴设置在所述支架上且其中心轴垂直于所述支架的移动方向，所述轴承外套通过所述轴承套设在所述转轴上。

4.据权利要求3所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述转轴通过所述防松螺母固定在所述支架上。

5.据权利要求1所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述螺纹传动件位于所述壳体外侧的一端上设置有定位螺母。

6.据权利要求1所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述螺纹传动件通过螺栓连接所述支架，所述螺栓上设置有测力传感器，所述测力传感器还与一数据采集记录仪相连。

7.据权利要求6所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，所述数据采集记录仪还连接有两个用于测量转子在垂直于其旋转轴的平面内两个相互垂直的径向上位移的位移传感器。

8.据权利要求1-7中任意一项所述的立式转子动态径向加载机构，其特征在于，还包括试验台外壳和电机，

所述电机通过电机支座安装到所述试验台外壳上，一转子位于试验台外壳内，所述电机的输出轴通过联轴器与所述转子相连；

所述径向加载机构安装在所述试验台外壳上，且垂直于所述转子的旋转轴线，所述转轮紧贴所述联轴器上。

9.一种立式转子稳定性测试方案，其特征在于，采用如权利要求8所述的立式转子动态径向加载机构，具体步骤如下：

步骤1，启动所述电机，所述电机拖动所述转子转动；

步骤2，转动所述手轮，所述手轮带动所述螺纹传动件并轴向移动，所述螺纹传动件推动所述支架端部的转轮沿所述转子的径向运动，并使得所述转轮贴合在所述联轴器的表面上；

步骤3，立式转子试验装置还包括有测力传感器、位移传感器和数据采集记录仪，所述测力传感器测量所述螺纹传动件的轴线推力，所述位移传感器测量所述转子在垂直于其旋转轴的平面内两个相互垂直的径向上的位移，所述测力传感器和所述位移传感器将获得的数据传输给数据采集记录仪；

步骤4，根据所述位移传感器传输的数据分析转子旋转时的轴心位置及其动态变化规律；将所述测力传感器传输的数据与所述位移传感器传输的数据进行耦合分析，得到不同径向力状态下转子的旋转状态特性，并找到最优的转子径向力。