專利名稱：一種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水潤滑軸承試驗臺技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種智能的泵用水潤滑軸承試驗裝置，主要用于泵用水潤滑軸承的綜合性能試驗。
背景技術(shù)：
以水作為軸承的潤滑介質(zhì)具有成本低、環(huán)保無污染、減磨節(jié)能、降噪減振、阻燃性好、易維護等獨特優(yōu)點。機械設(shè)備中使用水潤滑軸承，不但能簡化軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)與整機結(jié)構(gòu)，而且可以提高機組整機運行可靠性及穩(wěn)定性，因而除了在機床、艦船、水輪機、汽輪機、 航空航天等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，水潤滑軸承已越來越多地應(yīng)用于燃油泵、井泵、屏蔽泵、海水淡化泵、核泵等諸多泵類產(chǎn)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，對于使用水潤滑軸承的泵的性能參數(shù)及運行穩(wěn)定性影響十分明顯。為了掌握高參數(shù)化工、航空航天、超超臨界火電汽輪機組、核電等極端條件下采用水作為軸承主要潤滑介質(zhì)的各種泵類產(chǎn)品的水潤滑軸承摩擦副的承載特性、 摩擦學(xué)特性、振動特性、失效機理以及對轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性等的影響規(guī)律，除了需要檢測軸和軸瓦間的楔形間隙內(nèi)流體動壓效應(yīng)所形成的徑向液膜壓カ分布與承載能力、軸向液膜壓カ 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(shù)外， 對于工作在極端エ況下的水潤滑軸承，尤其是在開機、停機以及因各種原因造成潤滑介質(zhì)出現(xiàn)瞬變流的短暫瞬態(tài)過渡過程中，軸承的各種特性指標與性能參數(shù)會發(fā)生急劇的波動， 輕則引起轉(zhuǎn)子與機組的短暫振動，重則會造成軸瓦失效，帶來重大的經(jīng)濟損失。故對于這些水潤滑軸承，還需要進行其它的ー些試驗工作，如分析并繪制摩擦系數(shù)/與軸承特性I的關(guān)系曲線、軸心運動軌跡、粘溫關(guān)系曲線、振動頻譜圖以及振動波形圖等。另外，現(xiàn)有的油潤滑軸承特性綜合測試臺的數(shù)據(jù)采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便攜式數(shù)據(jù)處理軟件，其功能都不能完全滿足水潤滑軸承系統(tǒng)的要求，因此，迫切需要開發(fā)ー種智能的泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，為研究和開發(fā)高性能、低成本、環(huán)保無污染、減磨節(jié)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(shù)參數(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對當前油潤滑軸承試驗臺的局限性，提供ー種新型智能的泵用水潤滑軸承性能參數(shù)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(chǎn)品水潤滑軸承主要潤滑摩擦副的承載特性、摩擦學(xué)特性、振動特性等進行測試，得到液膜壓カ分布與承載能力、摩擦特性曲線以及最小液膜厚度、軸心運動軌跡、粘溫關(guān)系曲線、振動頻譜圖以及振動波形圖等綜合性能指標參數(shù)。本發(fā)明的水潤滑軸承試驗臺，包括驅(qū)動傳動系統(tǒng)、主機箱體、軸承及潤滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及信號分析與處理系統(tǒng)。驅(qū)動傳動系統(tǒng)包括電機、弾性聯(lián)軸器A、動カ軸、增速箱、彈性聯(lián)軸器B和主軸；電機通過彈性聯(lián)軸器A與動カ軸連接，動カ軸經(jīng)增速箱增速后通過彈性聯(lián)軸器B將動カ傳給主軸，所述驅(qū)動傳動系統(tǒng)整體固定在底座上；該底座與主機箱體安裝在具有減振功能的底板上；主機箱體是ー個具有一定承壓功能的立方形箱體，其底部及四周為不銹鋼，頂部為由透明有機玻璃組成的蓋板，頂部蓋板上開有傳感器進入孔(左右各I個)和壓液體輸入管孔(左右各I個)，主機箱體下部開有回收液體的出流孔管；主軸從主機箱體的側(cè)壁孔水平穿入主機箱體的內(nèi)部,主軸穿過主機箱體的側(cè)壁孔處設(shè)置有軸封部件，該軸封部件包括端蓋、骨架油封、擋流板以及0形圈，端蓋位于主機箱體的外壁，骨架油封位于所述端蓋內(nèi)腔，擋流板位于主機箱體的內(nèi)壁處，所述擋流板下部的主機箱體的側(cè)壁上開有排出積液的泄漏小孔，所述0形圈位于擋流板內(nèi)部緊貼主軸。在主機箱體內(nèi)部,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 ;主軸的末端面距所述主機箱體的內(nèi)側(cè)壁尚留一定距離，主機箱體內(nèi)設(shè)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，所述滾動軸承座単獨占用一個支撐座、所述滑動軸承座B與所述電渦流傳感器支座B共用ー個支撐座；所述滾動軸承座所在的支撐座下部設(shè)有加載裝置；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，所述彈簧位于所述彈簧容器內(nèi)。彈簧為圓錐形彈簧，下面大上面??；；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；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(nèi)圈均為ー個正八邊形狀結(jié)構(gòu)的通孔。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カ傳感器安裝孔。本發(fā)明的水潤滑軸承試驗臺與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點。( I)動カ驅(qū)動為變頻電機，配合增速器與變頻器控制可以實現(xiàn)無級變速，不但使被測試的水潤滑軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)速得到大幅提高，而且調(diào)速更加精確，調(diào)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(lǐng)域極端條件下泵水潤滑軸承的運行エ況，確保將穩(wěn)定的動カ輸出并傳遞給試驗臺主體。(2)變頻電機配合增速器與變頻器控制實現(xiàn)的無級變速，在最大轉(zhuǎn)速提高后，速度可調(diào)范圍加寬，對于研究水潤滑軸承系統(tǒng)在啟動、停機瞬態(tài)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(xué)特性、阻尼特性、振動特性、噪聲控制以及故障診斷等創(chuàng)造了更多的加速時間裕度；時間維度長，研究的結(jié)果更可靠、更真實，更容易從中總結(jié)出機理與規(guī)律。(3)本發(fā)明的水潤滑軸承的供水與系統(tǒng)徑向カ加載裝置的供水由同一套水壓系統(tǒng)完成，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；二者的水壓、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)則分別由各自的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成，互不干渉，避免了給對方參數(shù)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(tǒng)及水壓缸傳過來的壓カ準確地傳遞到滾動軸承座與系統(tǒng)轉(zhuǎn)子上，而且由于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(tǒng)啟動、停機等瞬態(tài)過渡過程中，由于可能形成的液體動壓潤滑對于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(tǒng)對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)位置變化產(chǎn)生的不利影響最小，在避免系統(tǒng)之間干渉的條件下實現(xiàn)了加載系統(tǒng)加壓的自動化。(5)軸封裝置上設(shè)計布置的兩道密封，即骨架油封和0形圈能在阻力增加很小的條件下有效防止液體外漏，橡膠的弾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(tài)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泄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(nèi)外的流場特性進行試驗研究，與理論研究、數(shù)值計算結(jié)果進行對比，更加深入地掌握水潤滑軸承的潤滑規(guī)律。(7)壓カ傳感器選用帶無線信號發(fā)射類型，可減小安裝空間要求，能最大限度的減少布線，井能在下半瓦上的關(guān)鍵位置上布置有壓カ傳感器，克服了常見油潤滑試驗臺架一般只在上瓦布置壓カ傳感器的弊端，也克服了一些試驗臺架將壓カ傳感器安裝到軸上使得主軸所在轉(zhuǎn)子的動平衡特征參數(shù)發(fā)生改變的局限性。(8)數(shù)據(jù)采集參數(shù)比較齊全，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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(xué)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(jiān)控式的軟硬件支撐。(9)對于不同領(lǐng)域的水潤滑軸承，可以根據(jù)所研究對象的具體エ況條件對主軸直徑、線速度、滑動軸承寬徑比、軸瓦材質(zhì)、軸瓦內(nèi)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松地達到研究的目的，降低了試驗研究的強度，減低了試驗研究的成本。(10)本發(fā)明的水潤滑軸承試驗臺能同時進行雙滑動軸承性能試驗，對于某些特殊場合如核主泵的電機等設(shè)備的試驗研究具有重要的意義。(11)本發(fā)明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(xiàn)實意義。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的加載裝置示意圖。圖3是本發(fā)明的電渦流傳感器安裝支架圖。圖4是本發(fā)明的軸部密封部件示意圖。圖5是本發(fā)明的滑動軸承座剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的滑動軸承座左視圖。其中I電機，2彈性聯(lián)軸器A，3增速箱，4彈性聯(lián)軸器B，5主軸，5_1動カ軸，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 0形圏，22泄漏小孔，23彈簧，24彈簧容器，25水壓缸，26支座內(nèi)圏，27電渦流傳感器安裝孔，28上端蓋，29壓カ傳感器安裝孔， 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(fā)明的ー個具體實施例，下面結(jié)合該具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的水潤滑軸承綜合試驗臺，包括驅(qū)動傳動系統(tǒng)、主機箱體、軸承及其潤滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及信號處理與分析系統(tǒng)等。驅(qū)動傳動系統(tǒng)包括變頻電機I、弾性聯(lián)軸器 A2、增速箱3以及彈性聯(lián)軸器B4等，主要功能是為試驗臺提供均勻可調(diào)的扭矩。試驗臺變頻電機啟動后，可以通過變頻器將轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行在某個固定的轉(zhuǎn)速值，也可以給定ー個速度增加梯度(或給定ー個啟動時間段)來研究試驗臺的瞬態(tài)特性。驅(qū)動傳動系統(tǒng)的扭矩通過彈性聯(lián)軸器B4傳遞到主軸5上，主軸是試驗臺功能的執(zhí)行部件，既要高速旋轉(zhuǎn)，又要傳遞加載系統(tǒng)施加的載荷。主軸5周圍布置有本發(fā)明所述測試系統(tǒng)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采集液體壓カ信號的雙排壓カ傳感器、布置在滑動軸承上瓦的采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采集轉(zhuǎn)速與相位信號的電渦流傳感器、布置在滑動軸承上的采集溫升信號的溫度傳感器等。當各功能系統(tǒng)開啟后，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)就能將各傳感器的傳感信號按系統(tǒng)設(shè)定規(guī)定進行數(shù)據(jù)采集。所有在線采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(tǒng)等都被布置到主機箱體6內(nèi)，箱體為ー個立方體結(jié)構(gòu)， 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。本發(fā)明的水潤滑軸承的潤滑供水與系統(tǒng)徑向カ加載裝置的供水由同一套水壓系統(tǒng)完成，二者的水壓、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)分別由各自的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成。試驗臺上有一對滑動軸承和ー個滾動軸承需要潤滑。滾動軸承為封閉軸承，采用脂潤滑形式潤滑，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(tǒng)既要為其提供有壓或無壓的潤滑，也要能根據(jù)要求改變軸承的潤滑條件。本發(fā)明為連續(xù)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(tǒng)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(tǒng)采用液壓加載，水源采用前述同一供水系統(tǒng)，但單獨布置了一套閥控制系統(tǒng)。在控制閥的控制下，液體以一定壓カ輸入到液壓缸25中，推動活塞上下運動。活塞受到的水壓カ經(jīng)過彈簧等加載カ傳遞裝置傳遞給滾動軸承座11內(nèi)的滾動軸承，再經(jīng)過滾動軸承傳遞給主軸，最后通過主軸傳遞給滑動軸承。加載カ的大小及變化趨勢由自動控制系統(tǒng)統(tǒng)ー集中控制，且在規(guī)定范圍內(nèi)載荷大小實現(xiàn)無級變化，使滑動軸承受載方式與實際 ェ況盡可能接近。
權(quán)利要求
1.ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，包括驅(qū)動傳動系統(tǒng)、主機箱體(6)、 軸承及潤滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及信號分析與處理系統(tǒng)；所述驅(qū)動傳動系統(tǒng)包括電機(I)、弾性聯(lián)軸器A (2)、動カ軸(5-1)、增速箱(3)、彈性聯(lián)軸器B (4)和主軸(5);所述電機(I)通過所述弾性聯(lián)軸器A (2)與所述動カ軸(5-1)連接， 所述動カ軸(5-1)經(jīng)所述增速箱(3)增速后通過所述彈性聯(lián)軸器B (4)將動カ傳給所述主軸(5)，所述驅(qū)動傳動系統(tǒng)整體固定在底座(31)上；所述主機箱體(6)頂部設(shè)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(cè)壁孔水平穿入主機箱體(6)的內(nèi)部，所述主軸(5)穿過所述主機箱體(6)的側(cè)壁孔處設(shè)置有軸封部件；在所述主機箱體(6)內(nèi)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)；所述主機箱體出)內(nèi)設(shè)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)単獨占用一個支撐座、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(shè)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カ傳感器安裝孔(29)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述電機(I) 為變頻電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述固定驅(qū)動傳動系統(tǒng)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(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述主機箱體(6)的底部及四周為不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述蓋板(14)為透明有機玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述主軸(5) 的末端面距所述主機箱體(6 )的內(nèi)側(cè)壁尚留一定距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述主軸(5) 穿過所述主機箱體(6)的側(cè)壁孔處設(shè)置的軸封部件包括端蓋(18)、骨架油封(19)、擋流板(20)以及0形圈(21)，所述端蓋(18)位于所述主機箱體(6)的外壁，所述骨架油封(19)位于所述端蓋(18)內(nèi)腔，所述擋流板(20)位于所述主機箱體(6)的內(nèi)壁處，所述擋流板(20) 下部的主機箱體(6)的側(cè)壁上開有排出積液的泄漏小孔(22)，所述0形圈(21)位于所述擋流板(20)內(nèi)部緊貼主軸(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，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)位于所述彈簧容器(24)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，所述彈簧(23)為圓錐形彈簧，下面大上面小。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，其特征在于，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(nèi)圈(26)均為ー個正八邊形狀結(jié)構(gòu)的通孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能的泵用水潤滑軸承綜合試驗臺，包括驅(qū)動傳動系統(tǒng)、主機箱體、軸承及潤滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及信號分析與處理系統(tǒng)等；驅(qū)動傳動系統(tǒng)包括變頻電機、彈性聯(lián)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(lián)軸器端的主機箱體側(cè)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、溫度傳感器等采集位移信號轉(zhuǎn)速信號、相位信號、溫度信號、壓力信號、振動信號等，并將在線采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。本發(fā)明具有性能好、精度高、成本低、環(huán)保無污染、減摩節(jié)能、降噪減振、阻燃性好、易維護等獨特優(yōu)點。
文檔編號G01M13/04GK102607846SQ20121005887
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者施衛(wèi)東, 曾培, 李偉, 李潛, 楊孫圣, 蔣小平 申請人:江蘇大學(xué)