屏蔽泵的軸向力測試系統及方法與流程
2023-12-09 04:59:36
本發明屬於機械技術領域，特別涉及屏蔽泵的軸向力測試系統及方法。
背景技術：
屏蔽泵軸向力是否平衡影響到屏蔽泵能否安全可靠運行。軸向力由推力盤與滑動軸承的軸向端面摩擦副承擔，軸向力過大，造成軸承磨損加劇，軸向間隙變大，使屏蔽泵軸承的使用壽命急速降低，甚至導致電泵無法正常運行，造成事故。屏蔽泵發生停機故障，大部分原因都是由於軸向力沒有得到有效的平衡或石墨軸承損壞。因而對屏蔽泵軸向力準確、高效的計算，並且有效的將軸向力進行平衡，對於屏蔽泵的使用壽命以及安全可靠的運行有著重要的意義。
技術實現要素：
發明目的：
本發明目的在於提供一種屏蔽泵的軸向力測試系統及方法，其目的是為了解決運用傳統方法不能有效的進行屏蔽泵軸向力測量的問題。該測試系統及方法可靠、穩定，能夠得到全工況下的軸向力大小，通過測量屏蔽泵全工況下的蓋板力、動反力與屏蔽泵推力軸承所承載的總軸向力進行比較分析，為屏蔽泵軸向力平衡裝置的選擇與設計提供了有效可靠的依據。
技術方案：
一種屏蔽泵的軸向力測試系統，包括泵體、葉輪、前端蓋、轉子、定子、推力軸承和檢測裝置，泵體前端與蓋板固定連接；葉輪、前軸承座和前端蓋設置在泵體內；泵體內壁與葉輪之間存在間隙；前軸承座與前端蓋固定連接，前端蓋與前軸承座之間存在間隙；葉輪與轉子同軸固定，轉子外部設有定子，轉子與定子通過屏蔽套隔開；推力軸承設置在轉子與屏蔽泵後端中間，推力軸承兩側安裝有支撐架；檢測裝置為鑲嵌在泵體前端的第一壓電傳感器、鑲嵌在前軸承座的第二壓電傳感器、安裝在泵體進出口位置的流量計、以及鑲嵌在支撐架上的第三壓電傳感器。
泵體前端與蓋板通過螺栓連接。
第一壓電傳感器為16個，16個第一壓電傳感器均勻鑲嵌在泵體前端斷面軸向位置。
第二壓電傳感器為16個，16個第二壓電傳感器均勻鑲嵌在前軸承座軸向位置上。
支撐架為2個，通過螺栓固定在推力軸承前後兩側，第三壓電傳感器為16個，布置在每個支撐架軸向位置上。
流量計為2個，分別安裝在泵體進口和出口位置。
測試系統還包括用於收集壓電傳感器的測量值的數據收集系統，數據收集系統通過推力軸承後側支撐架壓電傳感器數據線和推力軸承前側支撐架壓電傳感器數據線連接第三壓電傳感器，通過前軸承座壓電傳感器數據線連接第二壓電傳感器，通過泵體前端壓電傳感器數據線連接第一壓電傳感器。
上述屏蔽泵的軸向力測試系統測試軸向力的方法，步驟如下：
a.啟動屏蔽電機泵，在屏蔽電機達到額定轉速之前，推力軸承承受由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力，指向葉輪吸入口方向以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力，指向葉輪後部；蓋板力通過第一壓電傳感器和第二壓電傳感器測量計算得到為A1，動反力通過流量計測量計算得到為A2，推力軸承所承受的軸向力通過第三壓電傳感器，測得軸向力為A3；
b. 屏蔽泵正常運轉，屏蔽電機達到額定轉速，運轉過程中推力軸承承受由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力，指向葉輪吸入口方向以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力，指向葉輪後部；蓋板力通過第一壓電傳感器和第二壓電傳感器測量計算得到為B1，動反力通過流量計測量計算得到為B2，推力軸承所承受的軸向力通過第三壓電傳感器，測得軸向力為B3；
c. 關閉屏蔽電機泵，產生惰轉現象，推力軸承承受由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力，指向葉輪吸入口方向以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力，指向葉輪後部；蓋板力通過第一壓電傳感器和第二壓電傳感器測量計算得到為C1，動反力通過流量計測量計算得到為C2，推力軸承所承受的軸向力通過第三壓電傳感器，測得軸向力為C3。
優點及效果：
本發明這種屏蔽泵的軸向力測試系統及方法，具有如下優點和有益效果：
（1）該測試系統及方法可靠、穩定，為屏蔽泵軸向力平衡裝置的選擇與設計提供了有效可靠的依據。
（2）該測試系統及方法能夠得到全工況下屏蔽泵軸向力數據。
（3）該測試系統及方法通過測量、分析由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力的與整體屏蔽泵軸向力，使軸向力測量結果更加準確、有效。
附圖說明：
圖1為屏蔽泵的軸向力測試系統以及數據收集系統的結構示意圖。
圖2為泵體前端與第一壓電傳感器結構示意圖。
圖3為前軸承座與第二壓電傳感器結構示意圖。
圖4為支撐架與第三壓電傳感器結構示意圖，圖4（a）為主視圖，圖4（b）為圖4（a）側視圖。
圖5為流量計結構示意圖。
附圖標記說明：
1-蓋板，2-泵體，3-葉輪，4-前軸承座，5-前端蓋，6-轉子，7-定子，8-屏蔽套，9-支撐架，10-推力軸承，11-第一壓電傳感器，12-第二壓電傳感器，13-第三壓電傳感器，14-流量計，15-推力軸承後側支撐架壓電傳感器數據線，16-推力軸承前側支撐架壓電傳感器數據線，17-數據收集系統，18-前軸承座壓電傳感器數據線，19-泵體前端壓電傳感器數據線。
具體實施方式：
下面結合附圖對本發明做進一步的說明：
如圖1-圖5所示，本發明提供了一種屏蔽泵的軸向力測試系統，包括泵體2、葉輪3、前端蓋5、轉子6、定子7、推力軸承10和檢測裝置，其特徵在於：泵體2前端與蓋板1固定連接；葉輪3、前軸承座4和前端蓋5依次設置在泵體2內；泵體2內壁與葉輪3之間存在間隙；前軸承座4與前端蓋5固定連接，前端蓋5與前軸承座4之間存在間隙；前軸承座4與前端蓋5固定連接，能夠減少由於形變等因素對第二壓電傳感器12測量精度的影響。葉輪3與轉子6同軸固定，轉子6外部設有定子7，轉子6與定子7通過屏蔽套8隔開；推力軸承10設置在轉子6與屏蔽泵後端中間，推力軸承10兩側安裝有支撐架9；檢測裝置為鑲嵌在泵體2前端的第一壓電傳感器11、鑲嵌在前軸承座4的第二壓電傳感器12、安裝在泵體2進出口位置的流量計14、以及鑲嵌在支撐架9上的第三壓電傳感器13。
所述泵體2前端與蓋板1通過螺栓連接。
蓋板1的尺寸是泵體2前端的2到3倍厚，可減少由於形變等因素對第一壓電傳感器11測量精度的影響。前軸承座4與前端蓋5通過螺栓連接，能夠有效減少由于振動、位移引起的測量精度的降低。
如圖2所示，所述第一壓電傳感器11為16個，16個第一壓電傳感器11均勻鑲嵌在泵體2前端斷面軸向位置。
如圖3所示，所述第二壓電傳感器12為16個，16個第二壓電傳感器均勻鑲嵌在前軸承座4軸向位置上。
第一壓電傳感器11和第二壓電傳感器12用於測量由於葉輪前後蓋板不對稱產生的主要軸向力，即蓋板力，便於平衡裝置的選擇，如葉輪後蓋板開設平衡孔的數量及位置的選擇。在測量位置均勻鋪滿壓電傳感器，其作用在於對不同位置進行軸向力的測量，便於發現軸向力的變化規律，同時提高測量準確度。
如圖1所示，所述支撐架9為2個，通過螺栓固定在推力軸承10前後兩側，如圖4所示，第三壓電傳感器13為16個，布置在每個支撐架9軸向位置上。
第三壓電傳感器13用於測量作用於推力軸承10上的軸向力，通過測量並比較不同位置產生的軸向力，即蓋板力與動反力，與作用於推力軸承10上的總的軸向力，提高測量結果的準確性與可靠性，推力軸承10兩側放置支撐架9，便於測量不同方向產生的軸向力。
如圖5所示，所述流量計14為2個，分別安裝在泵體2進口和出口位置；可用於測量由於沿軸向進入的的工作流體卻沿徑向或斜向流出所產生的動反力。
測試系統還包括用於收集壓電傳感器的測量值的數據收集系統17，數據收集系統17通過推力軸承後側支撐架壓電傳感器數據線15和推力軸承前側支撐架壓電傳感器數據線16連接第三壓電傳感器13，通過前軸承座壓電傳感器數據線18連接第二壓電傳感器12，通過泵體前端壓電傳感器數據線19連接第一壓電傳感器11。
上述屏蔽泵的軸向力測試系統測試軸向力的方法，步驟如下：
a.啟動屏蔽電機泵，在屏蔽電機達到額定轉速之前，推力軸承承受由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力，指向葉輪吸入口方向以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力，指向葉輪後部；蓋板力通過第一壓電傳感器11和第二壓電傳感器12測量計算得到為A1，動反力通過流量計14測量計算得到為A2，推力軸承所承受的軸向力通過第三壓電傳感器13，測得軸向力為A3；
b. 屏蔽泵正常運轉，屏蔽電機達到額定轉速，運轉過程中推力軸承承受由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力，指向葉輪吸入口方向以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力，指向葉輪後部；蓋板力通過第一壓電傳感器11和第二壓電傳感器12測量計算得到為B1，動反力通過流量計14測量計算得到為B2，推力軸承所承受的軸向力通過第三壓電傳感器13，測得軸向力為B3；
c. 關閉屏蔽電機泵，產生惰轉現象，推力軸承承受由於葉輪前後蓋板不對稱產生的蓋板力，指向葉輪吸入口方向以及液體流經葉輪後速度大小和方向產生變化而形成的動反力，指向葉輪後部；蓋板力通過第一壓電傳感器11和第二壓電傳感器12測量計算得到為C1，動反力通過流量計14測量計算得到為C2，推力軸承所承受的軸向力通過第三壓電傳感器13，測得軸向力為C3。
本發明所述屏蔽泵的軸向力測試系統，能夠得到全工況下的軸向力大小，通過測量屏蔽泵全工況下的蓋板力、動反力與屏蔽泵推力軸承所承載的總軸向力進行比較分析，為屏蔽泵軸向力平衡裝置的選擇與設計提供了有效可靠的依據。測試方法可對全工況進行軸向力的測量，便於尋找屏蔽泵軸向力隨各種因素變化的規律，如斷電停機過渡過程中屏蔽泵的軸向力對屏蔽泵的安全運轉的的影響。