CN107489609B - 立式间隙流动动力特性系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立式间隙流动动力特性系数测试装置，包括自转驱动装置、涡动驱动装置、间隙流动循环管路以及测量装置，其中：自转驱动装置包括自转驱动电机、测试主轴、测试外筒、上轴承座以及下轴承座，自转驱动电机驱动测试主轴自转；测试主轴连接上轴承座和下轴承座；测试主轴贯穿测试外筒，测试主轴和测试外筒之间形成测试段间隙；测试段间隙连通间隙流动循环管路；测量装置设置于自转驱动装置上；涡动驱动装置包括涡动驱动电机、公转轴以及皮带轮装置，涡动驱动电机驱动公转轴转动；公转轴通过皮带轮驱动主轴产生涡动。本发明结构精密，设计精良，数据采集精度高；本发明通过调节偏心轴承座的齿轮改变偏心量，能够满足不同工况的测试要求。

Description

立式间隙流动动力特性系数测试装置

技术领域

本发明涉及泵体技术领域，具体地，涉及立式间隙流动动力特性系数测试装置。

背景技术

屏蔽电机泵在国家能源和国防领域具有重要用途，这种泵具有无动密封、振动噪声低的优势。屏蔽电泵一般由屏蔽电机和叶轮通过电机轴直接相连构成。在屏蔽电机内部转子和定子之间沿轴向具有一个狭长的环形间隙，其中流过冷却水，该冷却水形成一种间隙流动，用于润滑轴承和冷却电机。间隙流动对屏蔽电泵转子动力特性有重要影响，测试间隙流动动力特性系数对于研究其对屏蔽电机泵转子动力特性的影响具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种立式间隙流动动力特性系数测试装置。

根据本发明提供的一种立式间隙流动动力特性系数测试装置，包括自转驱动装置、涡动驱动装置、间隙流动循环管路以及测量装置，其中：

所述自转驱动装置包括自转驱动电机、测试主轴、测试外筒、上轴承座以及下轴承座，所述自转驱动电机通过联轴器驱动所述测试主轴自转；所述测试主轴上端连接上轴承座，下端连接下轴承座；所述测试主轴贯穿所述测试外筒，所述测试主轴和所述测试外筒之间存在间隙，形成测试段间隙；

所述测试段间隙的上部和下部分别连通所述间隙流动循环管路；

所述测量装置设置于所述自转驱动装置上；

所述涡动驱动装置包括涡动驱动电机、公转轴以及皮带轮装置，所述涡动驱动电机驱动公转轴转动；所述公转轴通过皮带轮装置连接上轴承座和下轴承座，进而驱动测试主轴产生涡动。

优选地，所述测量装置包括电涡流位移传感器、温度传感器、拉压力传感器以及压差传感器，其中：

所述电涡流位移传感器设置于测试外筒的位移传感器安装座上；

所述测试外筒的上部和下部设置有温度传感器和压差传感器，用于测量测试段间隙进口处和出口处的温度和压力；

所述拉压力传感器分别设置于上轴承座和下轴承座上，用于测量主轴对上轴承座和下轴承座的作用力。

优选地，所述上轴承座和下轴承座为偏心轴承座，上轴承座和下轴承座的轴承座中圈相对于外圈中心有偏心量，偏心量能够通过上轴承座和下轴承座上的齿轮调节。

优选地，所述间隙流动循环管路包括进口管段、出口管段、循环泵以及调节阀，其中：

所述进口管段连通测试段间隙下部；所述出口管段连通测试段间隙上部；

所述循环泵驱动间隙流动循环管路中的流体的流动；

所述调节阀用于调节间隙流动循环管路中流体的流量大小。

优选地，所述皮带轮装置包括双带轮和两个同步带，涡转驱动电机驱动双带轮带动两个同步带运转，两个同步带分别连接上轴承座和下轴承座的中圈。

优选地，所述上轴承座和下轴承座分别至少有一个拉压力传感器以皮带轮装置运动方向设置，用于平衡皮带轮装置转动时的轴承座的座心。

优选地，还包括用于安装拉压力传感器的拉压力传感器安装座，所述拉压力传感器安装座在安装拉压力传感器前处于松动状态，在安装拉压力传感器后处于顶紧状态。

优选地，所述间隙流动循环管路上还设置有多个阀门，用于调整间隙流动循环管路中流体的流动方向。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构精密，设计精良，数据采集精度高；

2、本发明通过调节偏心轴承座的齿轮改变偏心量，满足不同工况的测试要求；

3、本发明通过测量测试主轴的实时轴心轨迹、主轴在有流体作用和无流体作用下的受力大小和方向以及流体在测试段间隙的进出口的压差和温度对间隙流动动力系数进行具体的分析。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为立式间隙流动动力特性系数测试装置的结构示意图；

图2为立式间隙流动动力特性系数测试装置的自转驱动装置截面图；

图3为自转驱动装置轴承座及拉压力传感器的装配图；

图4为本发明的测试外筒的纵向截面图；

图5为本发明的测试外筒的结构示意图；

图6为本发明的测试外筒的横向截面图；

图7为本发明的同心轴承座和偏心轴承座的对比示意图；

图8为本发明的上下轴承座正常时的组合示意图；

图9为图8在A-A方向上的截面示意图；

图10为图8在B-B方向上的截面示意图；

图11为本发明的上下轴承座整体平移，均匀间隙的组合示意图；

图12为图11在A-A方向上的截面示意图；

图13为图11在B-B方向上的截面示意图；

图14为本发明的上下轴承座的偏心量不同，非均匀间隙时的第一组合示意图；

图15为图14在A-A方向上的截面示意图；

图16为图14在B-B方向上的截面示意图；

图17为本发明的上下轴承座的偏心量不同，非均匀间隙时的第二组合示意图；

图18为图17在A-A方向上的截面示意图；

图19为图17在B-B方向上的截面示意图；

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图6所示，根据本发明提供的一种立式间隙流动动力特性系数测试装置，包括：包括自转驱动装置、涡动驱动装置、间隙流动循环管路以及测量装置，其中：自转驱动装置包括自转驱动电机、测试主轴、测试外筒4、上轴承座2以及下轴承座1，自转驱动电机通过鼓形齿式联轴器13驱动测试主轴自转；所述测试主轴上端通过刚性联轴器连接上轴承座2，下端通过刚性联轴器连接下轴承座1；上轴承座2安装在动力轴承支架8上；下轴承座1安装在底座3上；测试主轴贯穿测试外筒4，测试外筒4设置在试验段支架26上，测试主轴和测试外筒之间存在间隙，形成测试段间隙32，所述测试段间隙32为密闭空间。需要注意的是，上轴承座2和下轴承座1均为偏心轴承座，所述上轴承座2和下轴承座1为偏心轴承座，上轴承座2和下轴承座1的轴承座中圈相对于外圈中心有偏心量，偏心量能够通过上轴承座2或者下轴承座1上的齿轮调节。

进一步地，测量装置设置于自转驱动装置上，所述测量装置包括电涡流位移传感器、温度传感器、拉压力传感器31以及压差传感器，其中：测试段间隙32的上部和下部设置有能***电涡流位移传感器的位移传感器安装座6，电涡流位移传感器通过位移传感器安装座6接近实验主轴，电涡流位移传感器测量测试主轴的轴心轨迹图线、键相信号波形和实时转速。

更为详细地，测试外筒4上还设置有压力传感器安装座5，用于安装压差传感器，压差传感器用于测试测试段间隙32的压降；测试外筒4的上部和下部还设置有温度传感器，用于测量测试段间隙32进口处和出口处的温度；上轴承座2和下轴承座1上分别设置有4个拉压力传感器31，拉压力传感器31安装在拉压力传感器安装座上，所述拉压力传感器安装座在安装拉压力传感器前处于松动状态，在安装拉压力传感器后处于顶紧状态。拉压力传感器31用于测量测试主轴对上轴承座2和下轴承座1的作用力。其中：3个拉压力传感器31均匀设置在上轴承座2或者下轴承座1的周围，另外一个拉压力传感器31按照皮带轮装置传动方向设置，用于平衡皮带轮装置转动时带来的轴承座的座心。通过调节螺栓和螺母来调节拉压力传感器31的松紧和上轴承座2或者下轴承座1的平衡，以此保证拉压力传感器31受力适中以及上轴承座2或者下轴承座1和测试主轴的相对位置。

下面对涡动驱动装置进行说明，涡动驱动装置包括涡动驱动电机、公转轴以及皮带轮装置，涡动驱动电机设置在涡动驱动装置的顶部，涡动驱动电机驱动公转轴转动；所述公转轴通过皮带轮装置连接上轴承座2和下轴承座1，进而驱动主轴产生涡动。所述皮带轮装置包括双带轮9和两个圆弧齿同步带14，涡转驱动电机驱动双带轮带动两个圆弧齿同步带14运转，两个圆弧齿同步带14分别连接上轴承座2和下轴承座1的中圈。

进一步说明，间隙流动循环管路包括进出口管路21、循环泵以及调节阀，其中：所述进出口管路21的进口管段连通测试段间隙32下部；所述进出口管路21的出口管段连通测试段间隙32上部；所述循环泵驱动间隙流动循环管路中的流体的流动；所述调节阀用于调节间隙流动循环管路中流体的流量大小。其中，流体从出口管路21的进口管段进入测试段间隙32下部，从测试段间隙32上部流出并进入进出口管路21的出口管段。

更为具体地，所述间隙流动循环管路上还设置有多个阀门，用于调整间隙流动循环管路中流体的流动方向和流速。

详细地，自转驱动装置和涡动驱动装置之间通过第一过渡支撑板10、第二过渡支撑板11和第三过渡支撑板12紧固连接。

本发明通过测量测试主轴对轴承座的作用力进而反推出测试主轴受力，由此可以推测出测试主轴在间隙中有流体流过时和没有流体流过时的受力，进而得到流体对转子的作用力。

使用相同偏心量和偏心方向的上轴承座2和下轴承座1，装配后的测试主轴相对于测试外筒4沿轴向产生均匀的位置偏心；使用不同偏心量或者不同偏心方向的上轴承座2和下轴承座1，装配后的测试主轴相对于测试外筒4沿轴向产生非均匀的位置偏心，由此能够得到测试主轴在不同偏心量和倾斜状态下的受力。

在多种测试主轴的位置偏心情况下，调整测试段间隙32的流体的流量、流向和测试主轴转速，实时测量测试主轴的横向振动轴心轨迹和测试主轴的轴向窜动。

在多种实验工况下，可通过测量测试段间隙32的流体的进出口压差来获得测试段间隙32的流体在不同测试主轴位置偏心、不同转速和不同流量情况下的流动阻力。

通过测试主轴在不同的自转速度和涡动速度下的轴心轨迹以及间隙流动对测试主轴的作用力，可以算出此时的间隙流动动力特性系数，包括刚度、阻尼和附加质量，得出不同测试主轴转速对间隙流动动力特性系数的影响规律。

测试主轴在不同的偏心量下的轴心轨迹和间隙流动对测试主轴的作用力，进而算出此时的间隙流动动力特性系数，得出偏心量对于间隙流动动力特性系数的影响规律。

在不同间隙流动流量、温度以及不同预旋度下，通过测量测试主轴的轴心轨迹和间隙流动对测试主轴的作用力，进而算出此时的间隙流动动力特性系数，得出流量、温度以及预旋度对于间隙流动动力特性系数的影响规律。

在不同间隙宽度下，通过测量测试主轴的轴心轨迹和间隙流动对测试主轴的作用力，进而算出此时的间隙流动动力特性系数，得出间隙宽度对于间隙流动动力特性系数的影响规律。

本发明是一种立式间隙流动动力特性系数测试装置，配合所针对的实验内容，国内外尚无此种测试装置。

本发明通过测试段间隙32控制流体的流量、温度和流动方向；通过装配具有位置偏心的轴承座，使测试主轴相对于测试外筒产生位置偏心；通过调节偏心轴承座的齿轮，使测试主轴相对于测试外筒沿轴向根据实验要求产生不同偏心量；利用装配在测试外筒上下部的电涡流位移传感器测量测试主轴的实时轴心轨迹；利用装配在偏心轴承座上的拉压力传感器31实时测量测试主轴在有流体作用和无流体作用下的受力大小和方向；利用装配在测试段间隙32进出口的压差传感器测量测试段间隙32的流体在不同测试主轴转速、测试主轴位置偏心时的压降。

本发明还设置有毕托管25，所述毕托管25设置于测试段间隙32的上部，用于测量测试段间隙32中的流体的流速。

如图7所示，轴承座设计为同心形式和位置偏心形式，其中位置偏心形式的轴承内圆面轴线与轴承座的外圆面轴线具有位置偏离，该位置偏离可根据实验而定制。

如图8所示，当搭配不同径向轴承时，可以形成多种测试主轴和测试外筒4之间的测试段间隙32，其中，测试主轴为转子轴，测试外筒4为定子。

实验前需调节好需要的偏心量和测试主轴偏置形式并与间隙流动循环管路相连，调节阀门开闭以确定间隙流动的流动方向。实验时在不同测试主轴转速、不同间隙流动流速和不同间隙流动流体入口温度下进行测量，并通过布置在测试外筒4上的电涡流位移传感器得到测试主轴的实时轴心轨迹和测试主轴的轴向窜动。

在实验时，利用布置在测试段间隙32进出口的压差传感器、温度传感器测试间隙流动的压降和温升情况，并利用间隙流动循环管路中的流量计测量间隙流动的实时流量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，包括自转驱动装置、涡动驱动装置、间隙流动循环管路以及测量装置，其中：

所述自转驱动装置包括自转驱动电机、测试主轴、测试外筒、上轴承座以及下轴承座，所述上轴承座和下轴承座为偏心轴承座，所述自转驱动电机通过联轴器驱动所述测试主轴自转；所述测试主轴上端连接上轴承座，下端连接下轴承座；所述测试主轴贯穿所述测试外筒，所述测试主轴和所述测试外筒之间存在间隙，形成测试段间隙；

所述测试段间隙的上部和下部分别连通所述间隙流动循环管路；

所述测量装置设置于所述自转驱动装置上；

所述涡动驱动装置包括涡动驱动电机、公转轴以及皮带轮装置，所述涡动驱动电机驱动公转轴转动；所述公转轴通过皮带轮装置连接上轴承座和下轴承座，进而驱动测试主轴产生涡动；

所述测量装置包括电涡流位移传感器、温度传感器、拉压力传感器以及压差传感器，其中：

所述电涡流位移传感器设置于测试外筒的位移传感器安装座上；

所述测试外筒的上部和下部设置有温度传感器和压差传感器，用于测量测试段间隙进口处和出口处的温度和压力；

所述拉压力传感器分别设置于上轴承座和下轴承座上，用于测量主轴对上轴承座和下轴承座的作用力。

2.根据权利要求1所述的立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，上轴承座和下轴承座的轴承座中圈相对于外圈中心有偏心量，偏心量能够通过上轴承座和下轴承座上的齿轮调节。

3.根据权利要求1所述的立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，所述间隙流动循环管路包括进口管段、出口管段、循环泵以及调节阀，其中：

所述进口管段连通测试段间隙下部；所述出口管段连通测试段间隙上部；

所述循环泵驱动间隙流动循环管路中的流体的流动；

所述调节阀用于调节间隙流动循环管路中的流体的流量大小。

4.根据权利要求1所述的立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，所述皮带轮装置包括双带轮和两个同步带，涡转驱动电机驱动双带轮带动两个同步带运转，两个同步带分别连接上轴承座和下轴承座的中圈。

5.根据权利要求1所述的立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，所述上轴承座和下轴承座分别至少有一个拉压力传感器以皮带轮装置运动方向设置，用于平衡皮带轮装置转动时的轴承座的座心。

6.根据权利要求1所述的立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，还包括用于安装拉压力传感器的拉压力传感器安装座，所述拉压力传感器安装座在安装拉压力传感器前处于松动状态，在安装拉压力传感器后处于顶紧状态。

7.根据权利要求1所述的立式间隙流动动力特性系数测试装置，其特征在于，所述间隙流动循环管路上还设置有多个阀门，用于调整间隙流动循环管路中流体的流动方向。

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