一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺的製作方法

2023-10-17 03:34:49 2

專利名稱：一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺的製作方法
技術領域：
本發明屬於水潤滑軸承試驗臺技術領域，特別涉及一種智能的泵用水潤滑軸承試驗裝置，主要用於泵用水潤滑軸承的綜合性能試驗。
背景技術：
以水作為軸承的潤滑介質具有成本低、環保無汙染、減磨節能、降噪減振、阻燃性好、易維護等獨特優點。機械設備中使用水潤滑軸承，不但能簡化軸承-轉子系統與整機結構，而且可以提高機組整機運行可靠性及穩定性，因而除了在工具機、艦船、水輪機、汽輪機、航空航天等領域被廣泛應用，水潤滑軸承已越來越多地應用於燃油泵、井泵、屏蔽泵、海水淡化泵、核泵等諸多泵類產品。水的粘度僅為油的1/100 1/19，水膜的承載能力、吸振能力以及阻尼等比油膜 要低許多，形成流體動壓潤滑的難度也要大，對於使用水潤滑軸承的泵的性能參數及運行穩定性影響十分明顯。為了掌握高參數化工、航空航天、超超臨界火電汽輪機組、核電等極端條件下採用水作為軸承主要潤滑介質的各種泵類產品的水潤滑軸承摩擦副的承載特性、摩擦學特性、振動特性、失效機理以及對轉子動力學特性等的影響規律，除了需要檢測軸和軸瓦間的楔形間隙內流體動壓效應所形成的徑向液膜壓力分布與承載能力、軸向液膜壓力分布與承載能力、摩擦特性曲線以及最小液膜厚度等油潤滑滑動軸承的主要指標參數外，對於工作在極端工況下的水潤滑軸承，尤其是在開機、停機以及因各種原因造成潤滑介質出現瞬變流的短暫瞬態過渡過程中，軸承的各種特性指標與性能參數會發生急劇的波動，輕則引起轉子與機組的短暫振動，重則會造成軸瓦失效，帶來重大的經濟損失。故對於這些水潤滑軸承，還需要進行其它的一些試驗工作，如分析並繪製摩擦係數/與軸承特性I的關係曲線、軸心運動軌跡、粘溫關係曲線、振動頻譜圖以及振動波形圖等。另外，現有的油潤滑軸承特性綜合測試臺的數據採集模塊雖然大多能滿足其使用性能的要求，但是無論是上位機還是可攜式數據處理軟體，其功能都不能完全滿足水潤滑軸承系統的要求，因此，迫切需要開發一種智能的泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，為研究和開發高性能、低成本、環保無汙染、減磨節能、降噪減振、阻燃性好、易維護的泵用水潤滑軸承提供良好的高精度技術參數支持。

實用新型內容本實用新型的目的是針對當前油潤滑軸承試驗臺的局限性，提供一種新型智能的泵用水潤滑軸承性能參數綜合測量及試驗裝置，可以對化工、航空航天、超超臨界火電汽輪機組、核電等極端條件下的泵類產品水潤滑軸承主要潤滑摩擦副的承載特性、摩擦學特性、振動特性等進行測試，得到液膜壓力分布與承載能力、摩擦特性曲線以及最小液膜厚度、軸心運動軌跡、粘溫關係曲線、振動頻譜圖以及振動波形圖等綜合性能指標參數。本實用新型涉及的水潤滑軸承試驗臺，包括驅動傳動系統、主機箱體、軸承及潤滑系統、加載系統、測量系統以及信號分析與處理系統；[0006]所述驅動傳動系統包括電機、彈性聯軸器A、動力軸、增速箱、彈性聯軸器B和主軸；所述電機通過所述彈性聯軸器A與所述動力軸連接，所述動力軸經所述增速箱增速後通過所述彈性聯軸器B將動力傳給所述主軸，所述驅動傳動系統整體固定在底座上；所述主機箱體頂部設有蓋板；所述蓋板上開有若干傳感器進入孔和若干液壓輸入管孔，所述主機箱體的底部開有回收液體的出流孔管；所述主軸從所述主機箱體的側壁孔水平穿入主機箱體的內部，所述主軸穿過所述主機箱體的側壁孔處設置有軸封部件；在所述主機箱體內部，所述主軸依次穿過電渦流傳感器支座A、滑動軸承座A、滾動軸承座、滑動軸承座B和電渦流傳感器支座B ；所述主機箱體內設有三個支撐座，其中，所述電渦流傳感器支座A與所述滑動軸承座A共用一個支撐座，所述滾動軸承座單獨佔用一個支撐座、所述滑動軸承座B與所述電渦流傳感器支座B共用一個支撐座；所述滾動軸承座所在的支撐座下部設有加載裝置；所述電渦流傳感器支座A與所·述電渦流傳感器支座B的四周分別開有若干電渦流傳感器安裝孔；所述滑動軸承座A與所述滑動軸承座B均為分體式軸承座，所述滑動軸承座A與所述滑動軸承座B的上端蓋的蓋頂中間位置分別開有軸瓦振動傳感器安裝孔，所述滑動軸承座A與所述滑動軸承座B的四周分別開有若干壓力傳感器安裝孔。所述電機為變頻電機。所述固定驅動傳動系統的底座與所述主機箱體安裝在具有減振功能的底板上。所述主機箱體的底部及四周為不鏽鋼。所述蓋板為透明有機玻璃。所述主軸穿過所述主機箱體的側壁孔處設置的軸封部件包括端蓋、骨架油封、擋流板以及O形圈，所述端蓋位於所述主機箱體的外壁，所述骨架油封位於所述端蓋內腔，所述擋流板位於所述主機箱體的內壁處，所述擋流板下部的主機箱體的側壁上開有排出積液的洩漏小孔，所述O形圈位於所述擋流板內部緊貼主軸。所述加載裝置包括水壓缸、彈簧以及彈簧容器，所述彈簧頂部與所述滾動軸承座連接，所述彈簧的底部與所述水壓缸連接，所述彈簧位於所述彈簧容器內。所述彈簧為圓錐形彈簧，下面大上面小。所述電渦流傳感器支座A與所述電渦流傳感器支座B的支座內圈均為一個正八邊形狀結構的通孔。本實用新型涉及的水潤滑軸承試驗臺與現有技術相比具有以下優點。( I)動力驅動為變頻電機，配合增速器與變頻器控制可以實現無級變速，不但使被測試的水潤滑軸承-轉子系統的最大轉速得到大幅提高，而且調速更加精確，調速性能曲線更加光潤，從而可以模擬工作在化工、核電、航空航天等領域極端條件下泵水潤滑軸承的運行工況，確保將穩定的動力輸出並傳遞給試驗臺主體。 (2)變頻電機配合增速器與變頻器控制實現的無級變速，在最大轉速提高後，速度可調範圍加寬，對於研究水潤滑軸承系統在啟動、停機瞬態以及模擬故障條件下的短暫過渡過程的潤滑形成與失效的機理、承載特性、摩擦學特性、阻尼特性、振動特性、噪聲控制以及故障診斷等創造了更多的加速時間裕度；時間維度長，研究的結果更可靠、更真實，更容易從中總結出機理與規律。[0022](3)本實用新型涉及的水潤滑軸承的供水與系統徑向力加載裝置的供水由同一套水壓系統完成，簡化了系統結構；二者的水壓、流量等參數的調節則分別由各自的調節系統完成，互不幹涉，避免了給對方參數帶來不利的影響。(4)加載裝置上布置的彈簧23既能確保將由供水系統及水壓缸傳過來的壓力準確地傳遞到滾動軸承座與系統轉子上，而且由於該彈簧為圓錐形彈簧，下面大上面小，頂部與軸承座接觸面積小，在水潤滑軸承系統啟動、停機等瞬態過渡過程中，由於可能形成的液體動壓潤滑對於主軸位置存在的偏移要求，此時圓錐形彈簧的使用可以使加載系統對於轉子系統位置變化產生的不利影響最小，在避免系統之間幹涉的條件下實現了加載系統加壓的自動化。(5)軸封裝置上設計布置的兩道密封，即骨架油封和O形圈能在阻力增加很小的條件下有效防止液體外漏，橡膠的彈性可以保證良好的密封，同時對水潤滑軸承形成液體動壓潤滑狀態時主軸位置偏移的限制也很小。另外，擋流板下部主機箱體上開有的洩流孔可以確保軸封部位不積液。(6)主機箱體的蓋板為透明的有機玻璃，試驗時方便觀察，必要時還可以改造為PIV試驗臺，對水潤滑軸承內外的流場特性進行試驗研究，與理論研究、數值計算結果進行對比，更加深入地掌握水潤滑軸承的潤滑規律。(7)壓力傳感器選用帶無線信號發射類型，可減小安裝空間要求，能最大限度的減少布線，並能在下半瓦上的關鍵位置上布置有壓力傳感器，克服了常見油潤滑試驗臺架一般只在上瓦布置壓力傳感器的弊端，也克服了一些試驗臺架將壓力傳感器安裝到軸上使得主軸所在轉子的動平衡特徵參數發生改變的局限性。(8)數據採集參數比較齊全，數據處理系統功能相對完善，對研究水潤滑軸承的潤滑形成與失效的機理、承載特性、摩擦學特性、阻尼特性、振動特性、噪聲控制以及故障診斷等提供了可靠的在線監控式的軟硬體支撐。(9)對於不同領域的水潤滑軸承，可以根據所研究對象的具體工況條件對主軸直徑、線速度、滑動軸承寬徑比、軸瓦材質、軸瓦內部槽形等的要求,在只需更換主軸、滑動軸承以及滾動軸承的情況下輕鬆地達到研究的目的，降低了試驗研究的強度，減低了試驗研究的成本。(10)本實用新型涉及的水潤滑軸承試驗臺能同時進行雙滑動軸承性能試驗，對於某些特殊場合如核主泵的電機等設備的試驗研究具有重要的意義。(11)本實用新型涉及的水潤滑軸承試驗臺安裝、拆卸簡單方便，對提高試驗效率具有一定的現實意義。

圖I是本實用新型涉及的整體結構示意圖。圖2是本實用新型涉及的加載裝置示意圖。圖3是實用新型涉及的電渦流傳感器安裝支架圖。圖4是實用新型涉及的的軸部密封部件示意圖。圖5是實用新型涉及的滑動軸承座剖面結構示意圖。圖6是實用新型涉及的滑動軸承座左視圖。[0037]其中I電機，2彈性聯軸器A，3增速箱，4彈性聯軸器B，5主軸，5_1動力軸，6主機箱體，7電渦流傳感器支座A，8滑動軸承座A，9傳感器進入孔，10液壓輸入管孔，11滾動軸承座，12滑動軸承座B，13電渦流傳感器支座B，14蓋板，15出流孔管，16底板，17加載裝置，18端蓋，19骨架油封，20擋流板，21 O形圈，22洩漏小孔，23彈簧，24彈簧容器，25水壓缸，26支座內圈，27電渦流傳感器安裝孔，28上端蓋，29壓力傳感器安裝孔，30軸瓦振動傳感器安裝孔，31底座。
具體實施方式
附圖I是本發明的一個具體實施例，下面結合該具體實施例對本發明進行詳細說明。本發明的水潤滑軸承綜合試驗臺，包括驅動傳動系統、主機箱體、軸承及其潤滑系統、力口載系統、測量系統以及信號處理與分析系統等。驅動傳動系統包括變頻電機I、彈性聯軸器A2、增速箱3以及彈性聯軸器B4等，主要功能是為試驗臺提供均勻可調的扭矩。試驗臺變頻電機啟動後，可以通過變頻器將轉速穩定運行在某個固定的轉速值，也可以給定一個速度增加梯度(或給定一個啟動時間段)來研究試驗臺的瞬態特性。驅動傳動系統的扭矩通過彈性聯軸器B4傳遞到主軸5上，主軸是試驗臺功能的執行部件，既要高速旋轉，又要傳遞加載系統施加的載荷。主軸5周圍布置有本發明所述測試系統的主要支撐元件、試驗元件以及傳感元件，支撐元件有電渦流傳感器支座A7、滑動軸承座A8、滾動軸承座11、滑動軸承座B12、電渦流傳感器支座B13，試驗元件為兩個滑動軸承，傳感元件有布置在滑動軸承座周向的採集液體壓力信號的雙排壓力傳感器、布置在滑動軸承上瓦的採集軸瓦振動信號的振動加速度傳感器、分別布置在軸和座上的採集轉速與相位信號的電渦流傳感器、布置在滑動軸承上的採集溫升信號的溫度傳感器等。當各功能系統開啟後，數據信號採集系統就能將各傳感器的傳感信號按系統設定規定進行數據採集。所有在線採集得到的信號被送至上位機進行處理、顯示和儲存。上述的主軸5及主測試系統等都被布置到主機箱體6內，箱體為一個立方體結構，主要起支撐試驗臺各部分和對各零部件定位的作用，同時也將潤滑過的水或潤滑油收集起來通過出流孔管15重新送回到水箱或油箱中。本實用新型涉及的水潤滑軸承的潤滑供水與系統徑向力加載裝置的供水由同一套水壓系統完成，二者的水壓、流量等參數的調節分別由各自的調節系統完成。試驗臺上有一對滑動軸承和一個滾動軸承需要潤滑。滾動軸承為封閉軸承，採用脂潤滑形式潤滑，滑動軸承既是試驗臺主軸的支撐軸承，也是被測試的對象，因此潤滑系統既要為其提供有壓或無壓的潤滑，也要能根據要求改變軸承的潤滑條件。本發明為連續潤滑，用液壓泵將水泵出，用電磁比例溢流閥和比例流量閥等控制水壓和流量，用水冷卻器控制油溫。潤滑系統通過管道與滑動軸承座AS和滑動軸承座B12的潤滑水孔連接，為軸承提供一定壓力、流量和溫度的水液。加載系統採用液壓加載，水源採用前述同一供水系統，但單獨布置了一套閥控制系統。在控制閥的控制下，液體以一定壓力輸入到液壓缸25中，推動活塞上下運動。活塞受到的水壓力經過彈簧等加載力傳遞裝置傳遞給滾動軸承座11內的滾動軸承，再經過滾動軸承傳遞給主軸，最後通過主軸傳遞給滑動軸承。加載力的大小及變化趨勢由自動控制系統統一集中控制，且在規定範圍內載荷大小實現無級變化，使滑動軸承受載方式與實際工況盡可 能接近。
權利要求1.一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，包括驅動傳動系統、主機箱體(6)、軸承及潤滑系統、加載系統、測量系統以及信號分析與處理系統； 所述驅動傳動系統包括電機(I)、彈性聯軸器A (2)、動力軸(5-1)、增速箱(3)、彈性聯軸器B (4)和主軸(5);所述電機(I)通過所述彈性聯軸器A (2)與所述動力軸(5-1)連接，所述動力軸(5-1)經所述增速箱(3)增速後通過所述彈性聯軸器B (4)將動力傳給所述主軸(5)，所述驅動傳動系統整體固定在底座(31)上； 所述主機箱體(6)頂部設有蓋板(14);所述蓋板(14)上開有若干傳感器進入孔(9)和若干液壓輸入管孔(10)，所述主機箱體(6)的底部開有回收液體的出流孔管(15)； 所述主軸(5)從所述主機箱體(6)的側壁孔水平穿入主機箱體(6)的內部，所述主軸(5)穿過所述主機箱體(6)的側壁孔處設置有軸封部件；在所述主機箱體(6)內部，所述主軸(5 )依次穿過電渦流傳感器支座A (7 )、滑動軸承座A (8 )、滾動軸承座(11)、滑動軸承座B (12)和電渦流傳感器支座B (13)； 所述主機箱體￠)內設有三個支撐座，其中，所述電渦流傳感器支座A (7)與所述滑動軸承座A (8)共用一個支撐座，所述滾動軸承座(11)單獨佔用一個支撐座、所述滑動軸承座B (12)與所述電渦流傳感器支座B (13)共用一個支撐座； 所述滾動軸承座(11)所在的支撐座下部設有加載裝置(17);所述電渦流傳感器支座A (7)與所述電渦流傳感器支座B (13)的四周分別開有若干電渦流傳感器安裝孔(27);所述滑動軸承座A (8)與所述滑動軸承座B (12)均為分體式軸承座，所述滑動軸承座A (8)與所述滑動軸承座B (12)的上端蓋(28)的蓋頂中間位置分別開有軸瓦振動傳感器安裝孔(30)，所述滑動軸承座A (8)與所述滑動軸承座B (12)的四周分別開有若干壓力傳感器安裝孔(29)。
2.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述電機(I)為變頻電機。
3.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述固定驅動傳動系統的底座(31)與所述主機箱體(6)安裝在具有減振功能的底板(16)上。
4.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述主機箱體(6)的底部及四周為不鏽鋼。
5.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述蓋板(14)為透明有機玻璃。
6.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述主軸(5)穿過所述主機箱體(6)的側壁孔處設置的軸封部件包括端蓋(18)、骨架油封(19)、擋流板(20)以及O形圈(21)，所述端蓋(18)位於所述主機箱體(6)的外壁，所述骨架油封(19)位於所述端蓋(18)內腔，所述擋流板(20)位於所述主機箱體(6)的內壁處，所述擋流板(20)下部的主機箱體(6)的側壁上開有排出積液的洩漏小孔(22)，所述O形圈(21)位於所述擋流板(20)內部緊貼主軸(5)。
7.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述加載裝置(17)包括水壓缸(25)、彈簧(23)以及彈簧容器(24)，所述彈簧(23)頂部與所述滾動軸承座(11)連接，所述彈簧(23)的底部與所述水壓缸(25)連接，所述彈簧(23)位於所述彈簧容器(24)內。
8.根據權利要求8所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述彈簧(23)為圓錐形彈簧，下面大上面小。
9.根據權利要求I所述的一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特徵在於，所述電渦流傳感器支座A (7)與所述電渦流傳感器支座B (13)的支座內圈(26)均為一個正八邊形狀結構的通孔。
專利摘要本實用新型公開了一種智能的泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，包括驅動傳動系統、主機箱體、軸承及潤滑系統、加載系統、測量系統以及信號分析與處理系統等；驅動傳動系統包括變頻電機、彈性聯軸器、增速箱等；主機箱體為一頂部蓋板透明的立方體；主軸從靠近彈性聯軸器端的主機箱體側壁水平進入箱體。通過軸上或軸四周依次布置安裝的壓力傳感器、電渦流傳感器、振動加速度傳感器、溫度傳感器等採集位移信號轉速信號、相位信號、溫度信號、壓力信號、振動信號等，並將在線採集的各傳感器的傳感信號送至上位機進行處理、顯示和儲存。本實用新型具有性能好、精度高、成本低、環保無汙染、減摩節能、降噪減振、阻燃性好、易維護等獨特優點。
文檔編號G01M13/04GK202614528SQ20122008381
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者蔣小平, 李偉, 施衛東, 李潛, 曾培, 楊孫聖 申請人:江蘇大學