雙轉子故障模擬實驗裝置製造方法
2023-09-24 04:59:40
雙轉子故障模擬實驗裝置製造方法
【專利摘要】雙轉子故障模擬實驗裝置，本發明基於燃氣輪機雙轉子試驗臺，利用帶力傳感器的動靜碰摩支架和動靜碰摩塊、間隙可調節的動動碰摩調節螺栓等模擬轉子碰摩故障，並測量水平方向碰撞力大小；通過在軸承潤滑腔內注入細粒度金屬屑模擬軸承磨損故障；利用不同厚度的不鏽鋼間隙片與軸承座組合，模擬轉子不對中故障；通過輪盤的定位孔、質量塊並配合鍵相盤，模擬質量大小和相位可調的轉子質量不平衡故障；通過碟型彈簧與軸承座模擬鬆動度可調的軸承座鬆動故障。本發明可用於燃氣輪機雙轉子系統轉子碰摩、軸承磨損、轉子不對中、轉子質量不平衡和軸承座鬆動故障的模擬，提高燃氣輪機雙轉子系統故障分析的準確性，為仿真計算提供實驗參考數據。
【專利說明】雙轉子故障模擬實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於燃氣輪機雙轉子系統實驗設備【技術領域】，特別涉及針對燃氣輪機雙轉子結構的故障模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]燃氣輪機作為效率高，輸出功率大的動力設備，在國防和工業領域得到廣泛應用。艦船和航空用燃氣輪機常採用多轉子結構，其中雙轉子結構應用較多。目前高校和科研機構建立的雙轉子實驗裝置，多用來研究正常情況下雙轉子結構的動力學特性。發明專利申請號CN201310179723.8中涉及一種由提供基礎運動的兩軸基礎轉臺與航空發動機雙轉子模型實驗臺組成的綜合型動力學實驗裝置。實用新型專利申請號CN201020260715.8中涉及一種內外轉子系統的振動實驗裝置。針對雙轉子結構典型故障模擬的實驗臺很少，特別是沒有涉及雙轉子結構動動碰摩故障模擬，動靜碰摩故障碰撞力測量及軸承磨損故障模擬的實驗裝置。
[0003]在雙轉子結構中，內轉子和外轉子相互耦合，且轉速較高，轉子振動比較複雜。在轉子碰摩、軸承磨損、轉子不對中、轉子質量不平衡、軸承座鬆動故障中，雙轉子結構軸系的運動更加複雜，且常表現為非線性動力學行為。因此有必要結合雙轉子結構特點，設計一種雙轉子結構故障模擬實驗裝置，特別是針對常見的碰摩故障，設計動動碰摩實驗裝置，測量動靜碰摩中的碰撞力，為轉子碰摩故障的理論計算提供較好的參考數據。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對雙轉子結構軸系的運動特點，提供一種雙轉子故障模擬實驗裝置，對轉子碰摩、軸承磨損、轉子不對中、轉子質量不平衡以及軸承座鬆動故障進行模擬實驗，從而為轉子碰摩故障的理論計算提供較好的參考數據。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種雙轉子故障模擬實驗裝置，含有實驗臺基座、轉子底座、內轉子、外轉子、第一驅動電機和第二驅動電機；第一電機通過第一聯軸器與內轉子相連；內轉子從外轉子中穿過，兩端通過軸承座支承在轉子底座上；內轉子安裝有第一鍵相盤、第一輪盤和第一齒盤；外轉子安裝有第二鍵相盤、第二齒盤、第二輪盤和鼠籠彈性支承固定盤；該支承固定盤上安裝有保護套筒；外轉子一端通過軸承和軸承座支承在轉子底座上，另一端通過鼠籠彈性支承和中介軸承支承在內轉子上；第二電機通過皮帶輪和第二聯軸器驅動外轉子；其特徵在於:雙轉子故障模擬實驗裝置還包括動動摩擦故障裝置和動靜摩擦故障裝置；所述的動動摩擦故障裝置包括至少兩個動動碰摩固定塊，至少兩個動動碰摩固定塊沿第一輪盤圓周均勻分布，該固定塊位於保護套筒的外側並留有間隙；在每個動動碰摩固定塊上安裝有動動碰摩調節螺栓；所述的動靜碰摩故障裝置包括動靜碰摩支架、動靜碰摩塊、力傳感器和滑動限定套；所述的力傳感器的一端固定在動靜碰摩支架上，另一端安裝有動靜碰摩調節螺栓，動靜碰摩塊安裝在動靜碰摩調節螺栓的末端；所述的滑動限定套沿動靜碰摩調節螺栓的軸向固定在動靜碰摩支架上。
[0007]本發明所述的雙轉子故障模擬實驗裝置中，所述的實驗臺基座通過橡膠隔振器支承。
[0008]本發明所述的雙轉子故障模擬實驗裝置還在內轉子和所述軸承的內圈之間設有楔形脹緊套，在軸承座兩端面安裝有蓋板，在蓋板的內側緊貼楔形脹緊套一端的內轉子上安裝有毛氈墊圈，在軸承座兩個端面與蓋板之間均設置有O型橡膠圈，用於模擬軸承磨損故障實驗。
[0009]本發明所述的雙轉子故障模擬實驗裝置還在軸承座下端面與轉子底座之間塞入不同規格厚度的不鏽鋼間隙片，模擬轉子不對中故障；不鏽鋼間隙片33由HRC43-47、高碳鋼和黃銅材料經熱處理精磨製成，厚度在0.005mm~2_之間。
[0010]本發明所述的雙轉子故障模擬實驗裝置還在第一輪盤5或第二輪盤8的盤面周向均勻設有多個螺紋孔，不平衡質量螺栓34固定在螺紋孔內，不平衡質量塊35通過螺栓固定在第一輪盤5或第二輪盤8的盤面上；通過改變不平衡質量螺栓34和不平衡質量塊35的數量，調節轉子不平衡質量的大小，模擬轉子質量不平衡故障。
[0011]本發明所述的該雙轉子故障模擬實驗裝置還在軸承座固定螺栓與軸承座的壓力接觸面之間設有多個串連的碟形彈簧，固定螺栓從中心孔穿過，改變軸承座的鬆動度，模擬軸承座鬆動故障。
[0012]本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性的技術效果:①本發明針對雙轉子結構特點設計了動動摩擦故障裝置，較好實現了高速旋轉的轉子間動動碰摩故障的模擬，改變了其它雙轉子結構試驗臺較難模擬動動碰摩故障的現狀。②通過在動靜碰摩裝置中增加力傳感器和滑動限定套，實現了動靜碰摩過程中水平方向碰撞力的測量，為雙轉子動靜碰摩故障的理論計算提供了實驗參考數據。
`[0013]總之，本發明在動力學特性、轉子結構和軸承支承三個方面與燃氣輪機雙轉子結構相似性較高，模擬轉子碰摩、軸承磨損、轉子不對中、轉子質量不平衡和軸承座鬆動故障，原理清晰，避免了因形式差異造成的實驗結果的失效，且易於實現，重複性和可操作性好，為燃氣輪機雙轉子結構轉子系統故障的動力學特性研究提供了可靠保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為雙轉子結構試驗臺示意圖。
[0015]圖2為動動碰摩故障模擬裝置剖面圖。
[0016]圖3為動靜碰摩故障模擬裝置示意圖。
[0017]圖4為軸承磨損故障模擬裝置剖面圖。
[0018]圖5為轉子不對中故障模擬裝置示意圖。
[0019]圖6為轉子不平衡故障模擬裝置示意圖。
[0020]圖7為軸承座鬆動故障模擬裝置示意圖。
[0021]圖中:1 一第一電機；2 —第一聯軸器；3 —第一鍵相盤；
[0022]4—第二電機；5—第一輪盤；6 —保護套筒；
[0023]7—鼠籠彈性支承固定盤；8—第二輪盤；9 一外轉子；
[0024]10 一第二齒盤；11 一軸承座；12 —第二鍵相盤；[0025]13 —第二聯軸器；14 —皮帶輪；15 —第一齒盤；
[0026]16—內轉子；17—轉子底座；18 —實驗臺基座；
[0027]19 一橡膠隔振器；20 —動動碰摩固定塊；21 —動動碰摩調節螺栓；
[0028]22—鼠籠彈性支承；23—中介軸承；24—動靜碰摩支架；
[0029]25 —動靜碰摩塊；26—力傳感器；27 —滑動限定套；
[0030]28 一動靜碰摩摩調節螺栓；29 —毛氈墊圈；30 —脹緊套；
[0031]31 一蓋板；32 —〇型密封圈；33 —不鏽鋼間隙片；
[0032]34—不平衡質量螺栓；35—不平衡質量塊；36—碟形彈簧。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明的原理、結構和工作過程進一步詳細描述。
[0034]如圖1所示，雙轉子故障模擬實驗裝置含有實驗臺基座18、轉子底座17、內轉子16、外轉子9、第一驅動電機I和第二驅動電機4 ;第一電機通過第一聯軸器2與內轉子16相連；內轉子16從外轉子9中穿過，兩端通過軸承座11支承在轉子底座17上；內轉子16安裝有第一鍵相盤3、第一輪盤5和第一齒盤15,第一鍵相盤3安裝在靠近第一電機的一端；外轉子9安裝有第二鍵相盤12、第二齒盤10、第二輪盤8和鼠籠彈性支承固定盤7，在鼠籠彈性支承固定盤上安裝有保護套筒6，第二鍵相盤12安裝在靠近皮帶輪14的一端；外轉子9 一端通過軸承和軸承座11支承在轉子底座17上，另一端通過鼠籠彈性支承22和中介軸承23支承在內轉子16上；第二電機4通過皮帶輪14和第二聯軸器13驅動外轉子9。
[0035]本發明所述的動動摩擦故障裝置包括至少兩個動動碰摩固定塊20,多個動動碰摩固定塊第一輪盤5的側面沿圓周均勻分布，該固定塊位於保護套筒6的外側並留有間隙；在每個動動碰摩固定塊20上安裝有動動碰摩調節螺栓21 ;調節該螺栓可調整其與保護套筒6之間的間隙。當間隙調整合適，轉子在高速旋轉過程中，動動碰摩調節螺栓21會與保護套筒6之間發生碰摩，實現動動碰摩故障的模擬(如圖2所示)。
[0036]本發明所述的動靜碰摩故障裝置包括動靜碰摩支架24、動靜碰摩塊25、力傳感器26和滑動限定套27 ;所述的力傳感器26的一端固定在動靜碰摩支架24上，另一端通過螺紋孔安裝有動靜碰摩調節螺栓28，動靜碰摩塊25安裝在動靜碰摩調節螺栓的末端；所述的滑動限定套27沿動靜碰摩調節螺栓的軸向固定在動靜碰摩支架24上；所述的動靜碰摩故障裝置安裝在轉子底座17上。動靜碰摩支架24可安裝在外轉子9軸段或內轉子16軸段上，調節動靜碰摩調節螺栓28可改變動靜碰摩塊25與內轉子16或外轉子9的間隙大小，間隙調整合適，外轉子9或內轉子16可以與動靜碰摩塊25發生碰摩，實現動靜碰摩故障的模擬(如圖3所示)。
[0037]動動碰摩調節螺栓21和動靜碰摩塊25為銅、鋁合金、尼龍或其他塑料材料。力傳感器為電阻應變式壓力傳感器，鋁合金材料。
[0038]本發明的故障模擬實驗裝置還可以實現軸承磨損故障模擬實驗，主要基於軸承座11實現的，如圖4所示。模擬實驗是在內轉子16和所述軸承的內圈之間設有楔形脹緊套30，在軸承座兩端面安裝有蓋板31，在蓋板的內側緊貼楔形脹緊套一端的內轉子16上安裝有毛氈墊圈29，在軸承座兩個端面與蓋板31之間均設置有〇型密封圈32，用於模擬軸承磨損故障實驗。即將軸承內圈通過脹緊套30固定在內轉子16上，利用蓋板31，將軸承外圈壓緊固定在軸承座11內；毛氈墊圈29與軸承座11、脹緊套30和蓋板31等部件構成半封閉的軸承潤滑腔，正常工作時，腔內有潤滑油保證高速旋轉過程中軸承的潤滑；模擬故障時，注入細粒度金屬屑，使得軸承滾子和軸承內圈、外圈之間相互摩擦，模擬軸承磨損故障。此外蓋板31和軸承座11之間的〇型密封圈32可防止潤滑油等滲出。金屬粉末顆粒大小在50 μ m ~ 300 μ m 111]。
[0039]圖5為轉子不對中故障模擬裝置示意圖，在軸承座11下端面與轉子底座17之間塞入不同規格厚度的不鏽鋼間隙片33，模擬轉子不對中故障；在第一輪盤5和第二輪盤8的盤面上周向均勻分布多個螺紋孔，配合第一鍵相盤3或第二鍵相盤12，通過改變螺栓34和質量塊35的大小及位置，模擬轉子質量不平衡故障。不鏽鋼間隙片33由HRC43-47、高碳鋼和黃銅材料經熱處理精磨製成，厚度在0.005mm~2_之間。
[0040]圖6為轉子質量不平衡故障模擬裝置示意圖，轉子質量不平衡故障主要通過在第一輪盤5或第二輪盤8的盤面周向均勻設有多個螺紋孔，不平衡質量螺栓34可固定在螺紋孔內，不平衡質量塊35可通過螺栓固定在第一輪盤5或第二輪盤8的盤面上。通過改變不平衡質量螺栓34和不平衡質量塊35的數量調節轉子不平衡質量的大小；通過改變緊固位置，配合第一鍵相盤3或第二鍵相盤12，改變不平衡質量的相位。
[0041 ] 圖7為軸承座鬆動故障模擬裝置示意圖，所述的軸承座鬆動故障是在軸承座固定螺栓與軸承座的壓力接觸面之間設有碟形彈簧36，多個彈簧串連，固定螺栓從中心孔穿過，調節螺栓可改變軸承座11的鬆動度，限制其運動範圍，使得系統既能實現鬆動故障模擬，又能緩衝鬆動時部件劇烈運動的衝擊。碟型彈簧36為51CrV4、鎳基合金或鈹銅合金製造，單個碟型彈簧可承受載 荷O~370N。
[0042]內轉子16的轉速範圍為O~9000轉/分，外轉子9的轉速範圍為O~10000轉/分。兩轉子通過控制櫃內的變頻控制器控制第一電機I和第二電機4做變速轉動，當轉子阻力矩超出電機保護閾值時，變頻控制器會自動斷電保護。兩轉子的驅動電機均可正反轉旋轉，因此可開展對轉狀態下雙轉子故障模擬實驗。
【權利要求】
1.一種雙轉子故障模擬實驗裝置，含有實驗臺基座(18)、轉子底座(17)、內轉子(16)、外轉子(9)、第一驅動電機和第二驅動電機；第一電機(I)通過第一聯軸器(2)與內轉子(16)相連；內轉子(16)從外轉子(9)中穿過，兩端通過軸承座(11)支承在轉子底座(17)上；內轉子(16)安裝有第一鍵相盤(3)、第一輪盤(5)和第一齒盤(15);外轉子(9)安裝有第二鍵相盤(12)、第二齒盤(10)、第二輪盤(8)和鼠籠彈性支承固定盤(7);該支承固定盤上安裝有保護套筒(6);外轉子(9) 一端通過軸承和軸承座(11)支承在轉子底座(17)上，另一端通過鼠籠彈性支承(22)和中介軸承(23)支承在內轉子(16)上；第二電機(4)通過皮帶輪(14)和第二聯軸器(13)驅動外轉子(9);其特徵在於:雙轉子故障模擬實驗裝置還包括動動摩擦故障裝置和動靜摩擦故障裝置；所述的動動摩擦故障裝置包括至少兩個動動碰摩固定塊(20)，至少兩個動動碰摩固定塊沿第一輪盤(5)圓周均勻分布，該固定塊位於保護套筒(6)的外側並留有間隙；在每個動動碰摩固定塊(20)上安裝有動動碰摩調節螺栓(21);所述的動靜碰摩故障裝置包括動靜碰摩支架(24)、動靜碰摩塊(25)、力傳感器(26)和滑動限定套(27);所述的力傳感器(26)的一端固定在動靜碰摩支架(24)上，另一端安裝有動靜碰摩調節螺栓(28)，動靜碰摩塊(25)安裝在動靜碰摩調節螺栓的末端；所述的滑動限定套(27)沿動靜碰摩調節螺栓的軸向固定在動靜碰摩支架(24)上。
2.根據權利要求1所述的雙轉子故障模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的實驗臺基座(18)通過橡膠隔振器(19)支承。
3.根據權利要求1或2所述的雙轉子故障模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的故障模擬實驗裝置還在內轉子(16)和所述軸承的內圈之間設有楔形脹緊套(30)，在軸承座兩端面安裝有蓋板(31)，在蓋板的內側緊貼楔形脹緊套一端的內轉子(16)上安裝有毛氈墊圈(29)，在軸承座兩個端面與蓋板(31)之間均設置有〇型密封圈(32)，用於模擬軸承磨損故障實驗。
4.根據權利要求1或2所述雙轉子故障模擬實驗裝置，其特徵在於:雙轉子故障模擬實驗裝置還在軸承座(11)下端面與轉子底座(17)之間塞入不同規格厚度的不鏽鋼間隙片(33)，模擬轉子不對中故障；不鏽鋼間隙片33由HRC43-47、高碳鋼和黃銅材料經熱處理精磨製成，厚度在0.005mm~2mm之間。
5.根據權利要求1或2所述雙轉子故障模擬實驗裝置，其特徵在於:雙轉子故障模擬實驗裝置還在第一輪盤5或第二輪盤8的盤面周向均勻設有多個螺紋孔，不平衡質量螺栓34固定在螺紋孔內，不平衡質量塊35通過螺栓固定在第一輪盤5或第二輪盤8的盤面上；通過改變不平衡質量螺栓34和不平衡質量塊35的數量，調節轉子不平衡質量的大小，模擬轉子質量不平衡故障。
6.根據權利要求1或2所述雙轉子故障模擬實驗裝置，其特徵在於:該雙轉子故障模擬實驗裝置還在軸承座固定螺栓與軸承座的壓力接觸面之間設有多個串連的碟形彈簧(36)，固定螺栓從中心孔穿過，改變軸承座的鬆動度，模擬軸承座鬆動故障。
【文檔編號】G01M13/00GK103759934SQ201410037683
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】蔣東翔, 徐洪志, 劉超 申請人:清華大學