CN103452867B - 立式双飞轮屏蔽电泵实验台 - Google Patents

立式双飞轮屏蔽电泵实验台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种立式双飞轮屏蔽电泵实验台，包括：配有双飞轮的立式屏蔽电泵、转子振动测试仪表、温度测试仪表和扭矩测试仪表，其中，立式屏蔽电泵包括泵、电机、飞轮容纳腔、可更换的飞轮摩擦损耗测试工装，泵包括可更换的导叶,电机包括可更换的飞轮；连接关系为：转子振动测试仪表、温度测试仪表装配在立式屏蔽电泵内部；扭矩测试仪表装配于电机下方；可更换的飞轮装配在立式屏蔽电泵的转轴上；飞轮容纳腔为电机定子一部分，处于电机和泵之间；飞轮摩擦损耗测试工装装配在飞轮容纳腔之内；导叶装配在飞轮容纳腔上方。本发明提供的立式双飞轮屏蔽电泵实验台，是一种多功能、适应多种实验工况的实验平台。

Description

立式双飞轮屏蔽电泵实验台
技术领域
本发明涉及电泵实验台，具体涉及一种装配有两个飞轮的立式屏蔽电泵实验台。
背景技术
核电在国家能源安全和国防建设上具有重要地位，目前我国正在发展更安全的新一代核反应堆系统。屏蔽电泵以其无动密封、振动噪声低的优势广泛应用于核反应堆冷却剂循环系统。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。根据反应堆的安全需要，冷却剂泵需要有足够的转动惯量以在其断电后可以利用惯性继续运转一段时间，以将反应堆内部的热量通过冷却剂携带出来。为了增加反应堆冷却剂泵的转动惯量，需在屏蔽电机的转子上增加飞轮。增加飞轮后的屏蔽电机的转子振动特性、飞轮与水的摩擦损耗特性、飞轮与水相互力作用都需要开展相关的理论分析和实验研究。此外，屏蔽电泵的水力特性也需要实验研究。研究以上内容对设计用于核反应堆的屏蔽电泵有重要的工程和科学意义。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种立式双飞轮屏蔽电泵实验台，其是一种多功能、适应多种实验工况的实验平台。
根据本发明提供的立式双飞轮屏蔽电泵实验台，包括：配有双飞轮的立式屏蔽电泵、转子振动测试仪表、温度测试仪表和扭矩测试仪表，其中，立式屏蔽电泵包括泵、电机、飞轮容纳腔、可更换的飞轮摩擦损耗测试工装，泵包括可更换的导叶，电机包括可更换的飞轮；
连接关系为：转子振动测试仪表、温度测试仪表装配在立式屏蔽电泵内部；扭矩测试仪表装配于电机下方；可更换的飞轮装配在立式屏蔽电泵的转轴上；飞轮容纳腔为电机定子一部分，处于电机和泵之间；飞轮摩擦损耗测试工装装配在飞轮容纳腔之内；导叶装配在飞轮容纳腔上方。
优选地，立式屏蔽电泵包括：上飞轮容纳腔、上飞轮、上径向轴承、电机转子和电机定子、下径向轴承、下飞轮、双向止推轴承、电机下盖、机械密封部件、扭矩仪支撑法兰、辅助电动机、电机支架，扭矩测试仪表，泵包括泵壳、叶轮；
连接关系为：上飞轮与电机转子装配并放置在上飞轮容纳腔内，下飞轮与电机转子装配并与双向止推轴承对磨；上飞轮容纳腔、飞轮摩擦损耗测试工装、上径向轴承、电机定子、下径向轴承、双向止推轴承、机械密封部件和电机下盖依次从上至下装配成电机；泵装配在电机上方，形成屏蔽电泵，电机装配在扭矩仪支撑法兰上，扭矩测试仪表安装在扭矩仪支撑法兰上，扭矩测试仪表的一端与电机转子连接；扭矩仪支撑法兰装配在电机支架上方；辅助电动机装配在电机支架内，并与扭矩测试仪表的另一端相连接。
优选地，飞轮摩擦损耗测试工装包括：外套、可更换的内套、圆周方向测温螺柱、半径方向测温螺柱；
连接关系为：内套通过螺栓固定在外套内部，内套能够更换多种样式；圆周方向测温螺柱通过螺纹紧固件固定在外套上表面并穿透外套和内套直达飞轮上表面；半径方向测温螺柱通过支架固定在外套侧面并穿透外套和内套直达飞轮侧面；
圆周方向测温螺柱、半径方向测温螺柱用于测试飞轮表面流体的温度分布，内套采用内壁面具有偏心的形式。
优选地，在立式屏蔽电泵的上径向轴承的轴承座、下径向轴承的轴承座上，均装配有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器共5个，其中2个相互垂直地装配于上径向轴承的轴承座，2个相互垂直地装配于下径向轴承的轴承座，最后1个装配于下径向轴承的轴承座，用于测试转子键相。
优选地，飞轮的表面形态包括表面粗糙度、表面径向刻槽、表面环向刻槽、表面螺旋刻槽和表面钻孔。
优选地，立式屏蔽电泵采用泵在上侧，电机在下侧的结构，叶轮直接装配在电机转子铁芯轴上，泵的输运介质、电机冷却介质、轴承润滑介质均为水。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明是立式双飞轮屏蔽电泵实验台，配合所针对实验内容，国内尚无此种实验台；
（2）根据实验，本发明使用的飞轮壳更换多种，包括不同尺寸飞轮、不同形状飞轮、不同偏心质量飞轮和不同表面形貌飞轮，从而研究不同飞轮情况屏蔽电泵的转子振动特性；
（3）本发明中容纳上飞轮的零件可以更换为不同尺寸形式，以控制上飞轮与包容此飞轮的壁面的间隙，从而控制飞轮的摩擦损耗；
（4）本发明可利用辅助电动机和扭矩仪测试屏蔽电泵转子的实时扭矩和功率消耗；
（5）本发明可利用装配在上下径向轴承座上的电涡流位移传感器测量屏蔽电泵转子的实时轴心轨迹；
（6）本发明可通过跟换不同导叶实现对屏蔽电泵水力特性的研究。
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本发明具体实施示例的结构示意图；
图2本发明中可飞轮摩擦损失测试工装和飞轮的装配图；
图3本发明中可飞轮摩擦损失测试工装的爆破图；
图4内套和飞轮产生偏心间隙的示意图；
图5本发明中机械密封、扭矩仪支撑法兰、扭矩仪、辅助电机和电机支架的装配图；
图6至10为本发明中可更换飞轮的形状示意图；
图11至14为本发明中可更换飞轮的表面形貌示意图。
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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的技术方案如下：
一种双飞轮立式屏蔽电泵实验台，包括：配有双飞轮的立式屏蔽电泵、可更换的实验飞轮、飞轮容纳腔、可更换的飞轮摩擦损耗测试工装、可更换的导叶、转子振动测试仪表、温度测试仪表和扭矩仪测试仪表。
立式屏蔽电泵采用泵在上侧，电机在下侧的结构，泵的叶轮直接装配在屏蔽电机转子轴上，泵输运介质和电机冷却、轴承润滑介质均为水。
从上至下主要结构有：
泵壳、泵吸入口和出口、叶轮、导叶、上飞轮容纳腔、上径向轴承、电机转子和电机定子、下径向轴承、下飞轮、双向止推轴承、电机下盖、机械密封部件、扭矩仪支撑法兰、辅助电动机和电机支架。
泵壳内装配叶轮和导叶，导叶利用螺栓与上飞轮容纳腔相连，导叶可根据泵实验要求进行更换。
双飞轮立式屏蔽电泵实验台，其屏蔽电机转子的上侧和下载装配两个飞轮，两个飞轮均可被不同尺寸、不同偏心质量、不同形状、不同表面形态的实验飞轮所更换。
所述上飞轮所在的飞轮容纳腔，其内部可根据所容纳飞轮尺寸而装配不同的飞轮摩擦损失测试工装，该工装包括：外套、可更换的内套、圆周方向测温螺柱和半径方向测温螺柱；其中内套可采用内壁面具有偏心的形式。
实验台的测试仪表除飞轮摩擦损耗测试工装上配套仪表之外，在上径向轴承座、下径向轴承座上均装配有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器共5个，其中2个相互垂直地装配于上径向轴承座，2个相互垂直地装配于下径向轴承座，最后1个转配与下径向轴承座并测试转子键相。
所述立式屏蔽电泵实验台，其屏蔽电机下侧通过可拆卸的机械密封部件与扭矩仪相连，扭矩仪与最下侧的辅助电动机相连，扭矩仪固定在扭矩仪支撑法兰上；机械密封部件、扭矩仪、扭矩仪支撑法兰、辅助电动机可根据实验要求装配和拆卸。
立式屏蔽电泵最终转配在电机支架上，整套实验设备固定与地面并与相关管路相连。
较佳地，屏蔽电机设计成双飞轮结构，并且飞轮可根据实验内容更换成不同尺寸、不同形状、不同表面形态和不同偏心质量的实验飞轮。
较佳地，飞轮的径向和厚度尺寸可取多种，飞轮设计有圆盘形、锥形和母线受函数控制的特殊形状，飞轮的表面形态包括表面粗糙度、表面径向刻槽、表面环向刻槽、表面螺旋刻槽和表面钻孔。
较佳地，上飞轮容纳腔中可装配飞轮摩擦损耗测试工装，该工装可将上飞轮进一步包容在内部，并可通过多种内套来改变内套壁面与上飞轮壁面的间隙量，从而改变上飞轮的摩擦损耗和上飞轮附近冷却水的温升；飞轮摩擦损耗测试工装装配有测温螺柱，用于测试飞轮表面流体的温度分布。
较佳地，可利用辅助电动机拖动屏蔽电机转子，并利用扭矩仪测试不同实验飞轮和不同飞轮摩擦损耗测试工装时屏蔽电机转子的实时扭矩。
较佳地，可利用装配在上下径向轴承做上电涡流位移传感器测试屏蔽电机转子实时轴心轨迹和转子键相，通过计算机软件实时显示转子上径向轴承轴颈和下径向轴承轴颈的轴心轨迹图线、键相信号波形和实时转速。
较佳地，泵的导叶可以根据实验内容进行跟换，针对不同导叶测试泵的水力特性。
较佳地，可利用扭矩仪和辅助电机测试屏蔽电泵的实时做功扭矩和叶轮功率，并配合必要的管路系统测试泵的四象限特性。
所述实验台可测试的内容包括：
（1）装配不同尺寸飞轮、不同形状飞轮、不同偏心质量飞轮是屏蔽电机转子的振动特性；
（2）控制飞轮与容纳飞轮结构的间隙，在不同间隙情况下飞轮的摩擦损耗和飞轮表面流体的温度；
（3）装配不同表面形貌飞轮时飞轮的摩擦损耗和飞轮表面流体的温度；
（4）装配不同导叶时泵的水力特性。
如图1，一种立式双飞轮屏蔽电泵实验台的主要组成零部件为：
位于下径向轴承附近的第一电涡流位移传感器1，位于上径向轴承附近的第二电涡流位移传感器2，泵壳3，叶轮4，导叶5，上飞轮容纳腔6，上飞轮7，飞轮摩擦损耗测试工装8，上径向轴承9，转子铁芯10，定子铁芯11，下径向轴承12，下飞轮13，机械密封和辅助轴14，扭矩仪支撑法兰15，扭矩仪16，辅助电动机17，电机支架18。
在不装配飞轮摩擦损耗测试工装时，可更换本发明中的上飞轮以达到不同的实验目的。上飞轮除基本尺寸可变外，其形状和表面形也有多种。图6至14中描述了实验台可更换的飞轮形状和表面形貌。图11至14中黑色填充图形表示浅沟槽。
如图2和图3，飞轮摩擦损耗测试工装进一步包括：包容飞轮的内套803，外套外侧的定位套804，第一分体式测温螺柱806和第二分体式测温螺柱807，以及飞轮侧面的第一测温螺柱812和第二测温螺柱814。内套803通过内六角螺栓801和垫圈802固定在定位套804上，该定位套804最终固定于屏蔽电机的飞轮容纳腔内。第一分体式测温螺柱806和第二分体式测温螺柱807利用耐温粘合剂将热电偶线夹粘在中央，并通过第一螺母809和垫圈808固定在定位套上侧。此外，飞轮侧面的第一测温螺柱812和第二测温螺柱814采用与第一分体式测温螺柱806和第二分体式测温螺柱807相同的设计，并通过定位块813、螺钉810、第二螺母816和第一垫片811、第二垫片815固定在定位套804上。
在图2和图3中，飞轮摩擦损耗测试工装8与飞轮9之间的间隙可以通过更换不同的内套803而进行调整。此外内套803可加工成如图4所示的结构形式，使内套的内圆柱面相对于定位套和飞轮产生位置偏心，从而获得飞轮摩擦损耗测试工装8与上飞轮7之间偏置的间隙结构，利于研究飞轮周围的水对屏蔽电泵转子振动特性产生的影响。
本实验台采用独特的辅助电机拖动设计，如图5，屏蔽电机的转子轴，通过一根较短的辅助轴1401与扭矩仪16最终和辅助电机17相连，连接处采用弹性柱销或梅花联轴器（例如第一梅花联轴器19和第二梅花联轴器20）。根据实验测量精度不同，可选用不同量程和形状规格的扭矩仪，并配合不同的扭矩仪支撑法兰15或扭矩仪微调支架1501来规定和调整不同的扭矩仪。辅助轴末端与机械密封件1402装配在一起。整个实验台最终由电机支架18支撑立于地面。
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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种立式双飞轮屏蔽电泵实验台，其特征在于，包括：配有双飞轮的立式屏蔽电泵、转子振动测试仪表、温度测试仪表和扭矩测试仪表，其中，立式屏蔽电泵包括泵、电机、飞轮容纳腔、可更换的飞轮摩擦损耗测试工装，泵包括可更换的导叶，电机包括可更换的飞轮；
连接关系为：转子振动测试仪表、温度测试仪表装配在立式屏蔽电泵内部；扭矩测试仪表装配于电机下方；可更换的飞轮装配在立式屏蔽电泵的转轴上；飞轮容纳腔为电机定子一部分，处于电机和泵之间；飞轮摩擦损耗测试工装装配在飞轮容纳腔之内；导叶装配在飞轮容纳腔上方；
飞轮摩擦损耗测试工装包括：外套、可更换的内套、圆周方向测温螺柱、半径方向测温螺柱；
连接关系为：内套通过螺栓固定在外套内部，内套能够更换多种样式；圆周方向测温螺柱通过螺纹紧固件固定在外套上表面并穿透外套和内套直达飞轮上表面；半径方向测温螺柱通过支架固定在外套侧面并穿透外套和内套直达飞轮侧面；
圆周方向测温螺柱、半径方向测温螺柱用于测试飞轮表面流体的温度分布，内套采用内壁面具有偏心的形式。
2.根据权利要求1所述的立式双飞轮屏蔽电泵实验台，其特征在于，立式屏蔽电泵包括：上飞轮容纳腔、上飞轮、上径向轴承、电机转子和电机定子、下径向轴承、下飞轮、双向止推轴承、电机下盖、机械密封部件、扭矩仪支撑法兰、辅助电动机、电机支架，扭矩测试仪表，泵包括泵壳、叶轮和导叶；
连接关系为：上飞轮与电机转子装配并放置在上飞轮容纳腔内，下飞轮与电机转子装配并与双向止推轴承对磨；上飞轮容纳腔、飞轮摩擦损耗测试工装、上径向轴承、电机定子、下径向轴承、双向止推轴承、机械密封部件和电机下盖依次从上至下装配成电机；泵装配在电机上方，形成屏蔽电泵，电机装配在扭矩仪支撑法兰上，扭矩测试仪表安装在扭矩仪支撑法兰上，扭矩测试仪表的一端与电机转子连接；扭矩仪支撑法兰装配在电机支架上方；辅助电动机装配在电机支架内，并与扭矩测试仪表的另一端相连接。
3.根据权利要求2所述的立式双飞轮屏蔽电泵实验台，其特征在于，在立式屏蔽电泵的上径向轴承的轴承座、下径向轴承的轴承座上，均装配有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器共5个，其中2个相互垂直地装配于上径向轴承的轴承座，2个相互垂直地装配于下径向轴承的轴承座，最后1个装配于下径向轴承的轴承座，用于测试转子键相。
4.根据权利要求1所述的立式双飞轮屏蔽电泵实验台，其特征在于，飞轮的表面形态包括表面粗糙度、表面径向刻槽、表面环向刻槽、表面螺旋刻槽和表面钻孔。
5.根据权利要求2所述的立式双飞轮屏蔽电泵实验台，其特征在于，立式屏蔽电泵采用泵在上侧，电机在下侧的结构，叶轮直接装配在电机转子铁芯轴上，泵的输运介质、电机冷却介质、轴承润滑介质均为水。
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