CN103776631B - 水润滑轴承综合试验台 - Google Patents

Abstract

本发明属于水润滑轴承试验检测装置，具体涉及一种水润滑轴承综合试验台，包括一个密封壳体，所述密封壳体内设有两个水润滑轴承，所述两水润滑轴承的中心孔内设有一根转轴，所述转轴电机主轴连接，所述密封壳体上设有出水孔和进水孔，所述转轴上设有圆盘状负载，所述水润滑轴承上设有液膜压力检测单元，所述转轴的周面旁侧设有转轴径向位移检测单元，本发明能够模拟负载及干、湿转子等多级泵运行时的真实工况,同时对水润滑轴承及转轴的各运行参数进行检测，通过测量在各种工作参数下的启停过程轴心运动轨迹，判定混合摩擦、部分弹流动润滑和完全弹性流体动压润滑状态，掌握水润滑轴承的润滑状态，揭示轴颈磨损的根本原因，为控制磨损提供理论依据。

Description

水润滑轴承综合试验台

技术领域

本发明属于水润滑轴承试验检测装置，具体涉及一种水润滑轴综合承试验台。

背景技术

水润滑轴承的润滑介质为水，具有成本低，环保无污染，减磨节能，阻燃性好等优点，现已得到广泛应用。水润滑轴承也逐渐运用于各类泵上，特别是大型海水淡化高压泵水润滑轴承的使用，大大地简化了整机结构、提高了泵的效率。

由于水的润滑性能较油来说较差，水膜的承载力、吸振能力和阻尼都比油膜低许多，其形成动压润滑的难度较大，因此其带来的轴承转子系统稳定性问题也十分明显。特别是在机组启动与停机过程中水润滑轴承轴颈的偏心率与偏位角瞬态变化，轴瓦常处于干摩擦与边界摩擦状态，易引起轴瓦磨损、转子振动等系统稳定性问题。在严重情况下，轴颈与轴瓦可能咬死，导致系统停机。即使在稳定转速工况下，由于转子制造误差造成的不平衡载荷也会对其系统稳定性带来影响。

然而，当前技术对于水润滑轴承试验台的设计与测试都有许多不完善的地方。例如专利名称为水润滑轴承及传动系统综合性能实验平台（申请号：201110119766.8，申请日：2011.05.10）的发明专利公开了一种水润滑轴承实验台，主要包括驱动装置、加载装置和检测装置，该水润滑轴承实验台只能单独对水润滑轴承的各项运行参数进行检测，没有考虑到干、湿转子状态下的轴承转子动力响应问题，因此，需要设计一种能够模拟真实负载及干、湿转子工况并有完善的测量系统的水润滑轴承综合试验台。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟负载及干、湿转子等真实工况而且能精确测量水润滑轴承各运行参数的水润滑轴综合承试验台。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种水润滑轴承综合试验台，包括试验台支架上设置的一个密封壳体，所述密封壳体内设有两个同轴设置且轴线水平设置的水润滑轴承，所述两水润滑轴承的中心孔内设有一根转轴，所述转轴与水润滑轴承构成间隙转动配合，所述转轴的一端延伸至密封壳体外部与电机主轴同步转动连接构成驱动端，所述密封壳体上设有出水孔和进水孔，所述转轴位于两个水润滑轴承之间的轴体上同轴设有一个或一个以上圆盘状负载，所述圆盘状负载与转轴同步转动连接，所述两个水润滑轴承的内环面上均设有液膜压力检测单元，所述转轴的周面旁侧紧邻两水润滑轴承位置处设有转轴径向位移检测单元。

本发明的技术效果在于:模拟负载及干、湿转子等多级泵运行时的真实工况,同时对水润滑轴承及转轴的各运行参数进行检测，通过测量在各种工作参数下的启停过程轴心运动轨迹，绘制最小水膜厚度等值线，引入膜厚比，判定混合摩擦、部分弹性流动润滑和完全弹性流体动压润滑状态，掌握水润滑轴承的润滑状态，揭示轴颈磨损的根本原因，为控制磨损提供理论依据。

附图说明

图1是本发明的总装剖视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖面图。

具体实施方式

如图1所示，一种水润滑轴承综合试验台，包括试验台支架11上设置的一个密封壳体，所述密封壳体内设有两个同轴设置且轴线水平设置的水润滑轴承20，所述两水润滑轴承20的中心孔内设有一根转轴30，所述转轴30与水润滑轴承20构成间隙转动配合，所述转轴30的一端延伸至密封壳体外部与电机主轴40同步转动连接构成驱动端，所述密封壳体上设有出水孔和进水孔，所述转轴30位于两个水润滑轴承20之间的轴体上同轴设有一个或一个以上圆盘状负载31，所述圆盘状负载31与转轴30同步转动连接，所述两个水润滑轴承20的内环面上均设有液膜压力检测单元，所述转轴30的周面旁侧紧邻两水润滑轴承20位置处设有转轴径向位移检测单元。本发明通过两端支撑的方式将转轴30安装在两个水润滑轴承20之间，同时在轴承30上施加负载31并利用密封壳体营造出干、湿两种不同的工作环境，以此来模拟多级泵中转轴和水润滑轴承的真实工作状态，另外，可以通过改变圆盘状负载的数量来调节负载的大小，这样测得的转轴30的偏移轨迹以及水润滑轴承20中的液膜压力就更加接近实际工况下的真实值，极大提高了水润滑轴承实验台检测结果的可靠性。

如图1所示，所述两个水润滑轴承20之间设有一个筒状壳体70，所属筒状壳体70的两个开口处端面分别与两个水润滑轴承20的端面密封连接，位于转轴30驱动端一侧的水润滑轴承20b的外侧端面上沿轴线方向向外设有一段管状延伸部，所述管状延伸部的内径大于水润滑轴承20中心孔的直径，所述管状延伸部的悬伸端内环面与转轴30之间设有机械密封23，位于转轴30非驱动端的水润滑轴承20a的外侧端面上设有端盖24，所述筒状壳体70、端盖24、机械密封23以及水润滑轴承20的外环面共同构成密封壳体。筒状壳体70就相当于多级泵的外壳，上述结构最大程度上模拟了多级泵的真实结构，进一步确保了检测的准确性。

如图1、2所示，所述端盖24上设有非驱动端通水孔241，所述管状沿伸部的环面上设有驱动端通水孔25，所述筒状壳体70上设有总进水孔71，所述筒状壳体70的最低处筒壁上设有总出水孔72，所述总出水孔72上设有堵头。当检测人员需要模拟干转子的工作状态时，先将总出水孔72上的堵头打开，然后从驱动端通水孔25和非驱动端通水孔241对两个水润滑轴承20进行供水，水流渗透到转轴30与水润滑轴承20之间的径向间隙中形成液膜，然后从水润滑轴承20另一端溢出，最后自总出水孔流出，这样就保证了转轴30及负载31处在干室环境中，模拟了多级泵在空转时的运行状态。在模拟湿转子的工作状态时，首先将总出水孔72的堵头堵上，然后从总进水孔71向密封壳体内供水，水流最终会充满整个腔室，同时会渗入水润滑轴承20和转轴30之间的径向间隙形成液膜，多余的水流会从驱动端通水孔25和非驱动端通水孔241流出从而起到对腔室进行泄压的作用，这样就模拟了多级泵的正常泵水状态。

如图1所示，所述端盖24上设有一个非驱动端压力传感器64，所述非驱动端压力传感器64安装在端盖24上设置的通孔内，所述管状延伸部上设有一个驱动端压力传感器63，所述驱动端压力传感器63安装在管状延伸部的环面上设置的通孔内，所述筒状壳体70的筒臂上设有腔内压力传感器65。分别对驱动端压力、非驱动端压力和腔室内压力进行实时检测，对测得的数据进行关联分析，判断水压与多级泵的其它运行参数之间的关系。

如图1、2所示，所述转轴径向位移检测单元包括两组电涡流位移传感器61，每组电涡流位移传感器61包括沿转轴30周向布置的两个相互垂直的电涡流位移传感器61a、61b，所述两组电涡流位移传感器61分别紧邻两个水润滑轴承20设置。每组电涡流位移传感器61可分别对一个水润滑轴承20旁侧的转轴30的径向位移进行检测，该位置处的转轴30的径向位移也就近似与位于水润滑轴承20内部的转轴30的径向位移，每组中包含两个相互垂直布置的电涡流位移传感器61a、61b，这样就能够对转轴30在X、Y两个方向上的位移进行检测，进而能够绘制出转轴30的径向位移轨迹。

如图2所示，所述相互垂直的两个电涡流传感器61a、61b呈斜向布置在筒状壳体70的上半部，这样能够防止水流从传感器安装座的缝隙中渗出。

如图3所示，所述液膜压力检测单元包括自水润滑轴承20的中心孔内壁沿径向向外呈放射状均匀间隔布置的至少两个测压孔22，所述测压孔22贯通至水润滑轴承20的外圆面上，所述测压孔22位于水润滑轴承20外圆面上的孔口处设有沉孔部，所述沉孔部内设有压力传感器62，所述各测压孔22均设置在水润滑轴承20的下半部；所述转轴30与水润滑轴承20中心孔相配合的轴身段套设有轴套32，所述轴套32的外圆面与水润滑轴承20中心孔的内壁之间存在径向间隙。各测压孔22内的液流压力就是该测压孔22位于水润滑轴承20内环面处的压力，也就是该处液膜的压力，由于水润滑轴承20中的液膜基本都产生在下半部径向间隙中，所以只需要在水润滑轴承20的下班部设置液膜压力检测单元即可。

为方便调速所以本发明所使用的电机为变频电机，所述转轴30与电机主轴40通过弹性联轴器50连接。

Claims (7)

1.一种水润滑轴承综合试验台，其特征在于：包括试验台支架(11)上设置的一个密封壳体，所述密封壳体内设有两个同轴设置且轴线水平设置的水润滑轴承(20)，所述两水润滑轴承(20)的中心孔内设有一根转轴(30)，所述转轴(30)与水润滑轴承(20)构成间隙转动配合，所述转轴(30)的一端延伸至密封壳体外部与电机主轴(40)同步转动连接构成驱动端，所述密封壳体上设有出水孔和进水孔，所述转轴(30)位于两个水润滑轴承(20)之间的轴体上同轴设有一个或一个以上圆盘状负载(31)，所述圆盘状负载(31)与转轴(30)同步转动连接，所述两个水润滑轴承(20)的内环面上均设有液膜压力检测单元，所述转轴(30)的周面旁侧紧邻两水润滑轴承(20)位置处设有转轴径向位移检测单元；

所述密封壳体由筒状壳体(70)、端盖(24)、机械密封(23)以及水润滑轴承(20)的外环面共同构成，所述筒状壳体(70)位于两个水润滑轴承(20)之间，所述筒状壳体(70)的两个开口处端面分别与两个水润滑轴承(20)的端面密封连接，位于转轴(30)驱动端一侧的水润滑轴承(20b)的外侧端面上沿轴线方向向外设有一段管状延伸部，所述管状延伸部的内径大于水润滑轴承(20)中心孔的直径，所述机械密封(23)位于所述管状延伸部的悬伸端内环面与转轴(30)之间，所述端盖(24)位于转轴(30)非驱动端的水润滑轴承(20a)的外侧端面上；

所述端盖(24)上设有非驱动端通水孔(241)，所述管状延伸部的环面上设有驱动端通水孔(25)，所述筒状壳体(70)上设有总进水孔(71)，所述筒状壳体(70)的最低处筒壁上设有总出水孔(72)，所述总出水孔(72)上设有堵头。

2.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合试验台，其特征在于：所述端盖(24)上设有一个非驱动端压力传感器(64)，所述非驱动端压力传感器(64)安装在端盖(24)上设置的通孔内，所述管状延伸部上设有一个驱动端压力传感器(63)，所述驱动端压力传感器(63)安装在管状延伸部的环面上设置的通孔内，所述筒状壳体(70)的筒臂上设有腔内压力传感器(65)。

3.根据权利要求1或2所述的水润滑轴承综合试验台，其特征在于：所述转轴径向位移检测单元包括两组电涡流位移传感器(61)，每组电涡流位移传感器(61)包括沿转轴(30)周向布置的两个相互垂直的电涡流位移传感器(61a、61b)，所述两组电涡流位移传感器(61)分别紧邻两个水润滑轴承(20)设置。

4.根据权利要求3所述的水润滑轴承综合试验台，其特征在于：所述相互垂直的两个电涡流传感器(61a、61b)呈斜向布置在筒状壳体(70)的上半部。

5.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合试验台，其特征在于：所述液膜压力检测单元包括自水润滑轴承(20)的中心孔内壁沿径向向外呈放射状均匀间隔布置的至少两个测压孔(22)，所述测压孔(22)贯通至水润滑轴承(20)的外圆面上，所述测压孔(22)位于水润滑轴承(20)外圆面上的孔口处设有沉孔部，所述沉孔部内设有压力传感器(62)。

6.根据权利要求5所述的水润滑轴承综合试验台，其特征在于：所述各测压孔(22)均设置在水润滑轴承(20)的下半部。

7.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合试验台，其特征在于：所述电机为变频电机，所述转轴(30)与电机主轴(40)通过弹性联轴器(50)连接，所述转轴(30)与水润滑轴承(20)中心孔相配合的轴身段套设有轴套(32)，所述轴套(32)的外圆面与水润滑轴承(20)中心孔的内壁之间存在径向间隙。