CN105403386B - 一种具有对中调整及检测功能的转子实验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有对中调整及检测功能的转子实验台，实验台底座上设有转子系统、对中调节装置和对中检测装置，转子系统包括驱动电机、轴和磁粉制动器，驱动电机通过转速扭矩传感器、第一联轴器与轴连接，轴通过第二联轴器与磁粉制动器相连接，轴上设有偏心轮，轴两端由第一轴承和第二轴承支撑，第一轴承安装在第一轴承座上，第二轴承安装在第二轴承座上，第一轴承座和第二轴承座安装在对中调节装置上，对中检测装置安装在实验台底座上。本发明用于转子的对中调节，可以精确模拟对中和不对中情况，结构简单，生产使用成本低，操作方便，调节精度高，实用性强，在旋转机械设备的动态实验研究及教学领域有着广阔的应用前景，具有较强的推广及应用价值。

Description

一种具有对中调整及检测功能的转子实验台
技术领域
本发明涉及旋转机械故障诊断的技术领域，具体涉及一种具有对中调整及检测功能的转子实验台。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，旋转机械向着高速、重载、复杂化以及自动化方向发展，相应的转子在速度、容量、效率、安全和可靠性方面要求也越来越高。深入研究转子系统的运行状态，提高故障诊断的准确性和故障预测的及时性，具有很强的实际意义。
转子实验台进行实验时，要求转子的中心能够在一定的范围内进行调节，从而达到设定的要求。一般通过软木锤或橡皮锤敲击移动支撑体或者添加垫片使其达到要求的尺寸，这种调节方式非常复杂和繁琐，通常需要一天左右时间来校准水平和竖直方向的尺寸，且精度无法准确控制。转子定位不准确，不仅容易造成数据测量的不准确和转速扭矩控制的不准确，更容易造成传动轴等器件的损坏及断裂，给实验工作带来不必要的安全隐患和成本增加。现有的转子试验台的对中调节往往使用垫片、调节螺杆和剪叉式升降机构，这些方法既不能保证精度要求，也不能实现自锁，同时非常耗费时间，并且操作繁琐，从而给实验工作带来不必要的安全隐患和成本增加。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种精度高、稳定性好、操作简单的具有对中调整及检测功能的转子实验台，不仅大大提高了转子中心的对中精度，并且使对中调节变得更为简便、快捷。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种具有对中调整及检测功能的转子实验台，包括实验台底座，所述实验台底座上设有转子系统、对中调节装置和对中检测装置，所述转子系统包括驱动电机、轴和磁粉制动器，驱动电机通过转速扭矩传感器、第一联轴器与轴相连接，轴通过第二联轴器与磁粉制动器相连接，轴上安装有偏心轮，轴两端分别由第一轴承和第二轴承支撑，第一轴承安装在第一轴承座上，第二轴承安装在第二轴承座上，第一轴承座和第二轴承座安装在对中调节装置上，对中检测装置安装在实验台底座上。
所述驱动电机通过传送带与转速扭矩传感器相连接。
所述对中调节装置包括水平对中调节装置和竖直对中调节装置，水平对中调节装置和竖直对中调节装置相互垂直连接。
所述水平对中调节装置包括水平方向滑块、水平方向导轨、水平方向螺栓固定块、水平方向调节螺杆和水平方向调节把手，水平方向滑块端部与水平方向螺栓固定块相连接，水平方向螺栓固定块与水平方向调节螺杆相连接，水平方向调节螺杆与水平方向调节把手相连接，水平方向滑块安装在水平方向导轨内。
所述竖直对中调节装置包括竖直方向滑块、滚珠丝杠机构、竖直方向导轨和竖直方向调节把手，竖直方向滑块安装在滚珠丝杠机构上，滚珠丝杠机构固定在竖直方向导轨上，竖直方向调节把手与滚珠丝杠机构连接。
所述对中检测装置包括第一电涡流位移传感器、第二电涡流位移传感器、第三电涡流位移传感器和第四电涡流位移传感器；所述第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器安装在第一传感器支架上，第三电涡流位移传感器和第四电涡流位移传感器安装在第二传感器支架上，第一传感器支架和第二传感器支架固定在实验台底座上。
所述轴穿过第一传感器支架和第二传感器支架，所述第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器垂直设置，传感器的中心轴线分别与轴的轴线垂直并在同一平面上，第三电涡流位移传感器和第四电涡流位移传感器垂直设置，传感器的中心轴线分别与轴的轴线垂直并在同一平面上。
所述水平方向滑块通过锁紧销、固定螺栓、防滑锁紧螺母与竖直方向导轨固定连接。
所述第一轴承座和第二轴承座安装在竖直方向滑块上，所述水平方向导轨与实验台底座固定连接。
所述水平方向滑块通过水平方向普通螺栓与水平方向螺栓固定块相连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及良好的技术效果：本发明适用于旋转机械故障诊断技术领域，提供了一种具有对中调整及检测功能的转子实验台，由转子系统、对中检测装置和对中调节装置构成，对中调节装置对转子系统进行对中调节，模拟对中和不对中的情况，对中检测装置对转子装置进行数据提取和数据分析，即可研究振动、转速、扭矩和对中偏移对转子装置的影响。本发明结构简单，生产及使用成本低，操作方便，实用性强，在旋转机械设备的动态实验研究及教学领域有着广阔的应用前景，具有较强的推广及应用价值。
附图说明
图1为本发明具有对中调整及检测功能的转子实验台的结构示意图。
图2为本发明具有对中调整及检测功能的转子实验台的主视图。
图3为本发明对中调节装置的主视图。
图4为本发明对中调节装置的俯视图。
图5为本发明对中调节装置中滚珠丝杠机构的结构示意图。
图6为本发明对中检测装置中测量截面传感器的布置图。
图7为本发明对中检测装置中转子系统的示意图。
图8为本发明对中检测装置中在水平方向上的不对中示意图（情况1）。
图9为本发明对中检测装置中在水平方向上的不对中示意图（情况2）。
其中，1、水平方向滑块；2、水平方向导轨；3、水平方向螺栓固定块；4、水平方向调节螺杆；5、水平方向调节把手；6、竖直方向滑块；7、竖直方向导轨；8、滚珠丝杠机构；9、锁紧销；10、固定螺栓；11、防滑锁紧螺母；12、实验台底座；13、水平方向普通螺栓；14、第一轴承座；15、电机；16、传送带；17、转速扭矩传感器；18、第一联轴器；19、轴；20、第一传感器支架；21、第一电涡流位移传感器；22、偏心轮；23、第二传感器支架；24、第三电涡流位移传感器；25、第二轴承座；26、第二联轴器；27、磁粉制动器；28、第二电涡流位移传感器；29、第四电涡流位移传感器；30、竖直方向调节把手；31、第一轴承；32、第二轴承。
具体实施方式
下面通过附图和实施例具体描述一下本发明。
一种具有对中调整及检测功能的转子实验台，如图1和图2所示，包括实验台底座12，实验台底座12上设有转子系统、对中调节装置和对中检测装置。对中调节装置对转子系统进行对中调节，模拟对中和不对中的情况，对中检测装置对转子装置进行数据提取和数据分析，即可研究振动、转速、扭矩和对中偏移对转子装置的影响。
转子系统包括驱动电机15、轴19和磁粉制动器27，驱动电机15通过转速扭矩传感器17、第一联轴器18与轴19相连接，轴19通过第二联轴器26与磁粉制动器27相连接。轴19两端分别由第一轴承31和第二轴承32支撑，第一轴承31安装在第一轴承座14上，第二轴承32安装在第二轴承座25上，第一轴承座14和第二轴承座25安装在对中调节装置上，对中检测装置安装在实验台底座上。驱动电机15通过传送带16与转速扭矩传感器17相连接，实现对电机的减速和动力传递。偏心轮22安装在轴19的中部上，用于转子实验台不平衡实验。
对中调节装置包括水平对中调节装置和竖直对中调节装置，水平对中调节装置和竖直对中调节装置相互垂直连接。通过水平对中调节装置和竖直对中调节装置可以分别调整第一轴承座14和第二轴承座25的水平和竖直方向的移动，从而实现对轴19的调节。
如图3、图4和图5所示，水平对中调节装置包括水平方向滑块1、水平方向导轨2、水平方向螺栓固定块3、水平方向调节螺杆4和水平方向调节把手5，水平方向滑块1端部与水平方向螺栓固定块3相连接，水平方向螺栓固定块3与水平方向调节螺杆4相连接，水平方向调节螺杆4与水平方向调节把手5相连接，水平方向滑块1安装在水平方向导轨2内。水平方向调节把手5通过水平方向调节螺杆4及水平方向螺栓固定块3的螺纹通孔与水平方向滑块1固定连接，通过调节水平方向调节把手5即可调节水平方向滑块1在水平方向导轨2上移动。水平方向滑块1一端设有水平方向普通螺栓13，通过水平方向螺栓固定块3的螺纹通孔与其连接。水平方向普通螺栓13对水平对中调节装置起到的是防滑锁紧功能。
竖直对中调节装置包括竖直方向滑块6、滚珠丝杠机构8、竖直方向导轨7和竖直方向调节把手30，竖直方向滑块6安装在滚珠丝杠机构8上，滚珠丝杠机构8固定在竖直方向导轨7上，竖直方向滑块6通过滚珠丝杠机构8与竖直方向导轨7连接。竖直方向调节把手30与滚珠丝杠机构8连接，通过调节竖直方向调节把手30即可调节竖直方向滑块6在竖直方向导轨7上移动。滚珠丝杠机构8具有自锁功能，使整个对中调节装置具有自锁功能。
水平方向滑块1通过锁紧销9、固定螺栓10、防滑锁紧螺母11与竖直方向导轨7固定连接。第一轴承座14和第二轴承座25安装在竖直方向滑块6上。水平方向导轨2与实验台底座12固定连接。
对中检测装置包括第一电涡流位移传感器21、第二电涡流位移传感器28、第三电涡流位移传感器24和第四电涡流位移传感器29；所述第一电涡流位移传感器21和第二电涡流位移传感器28安装在第一传感器支架20上，第三电涡流位移传感器24和第四电涡流位移传感器29安装在第二传感器支架23上，第一传感器支架20第二传感器支架23固定在实验台底座12上。轴19穿过第一传感器支架20和第二传感器支架23。
如图6所示，第一电涡流位移传感器21和第二电涡流位移传感器28的轴线形成90度夹角安装在第一传感器支架20上，并且这两个传感器的检测点对准轴19的轴线。第三电涡流位移传感器24和第四电涡流位移传感器29的轴线形成90度夹角安装在第二传感器支架21上，并且这两个传感器的检测点对准轴19的轴线。
本发明的调节过程：图1和图2所示，驱动电机15启动后，在传送带16和第一联轴器18的带动下轴19转动；扭矩转速传感器17、第一电涡流位移传感器21、第二电涡流位移传感器28、第三电涡流位移传感器24和第四电涡流位移传感器29对轴19进行扭矩、转速和位移量的测量，利用磁粉制动器27对传动装置进行加载。由图3和图4所示，利用对中调节装置实现竖直方向的调节：当进行竖直方向的调节时，先调节轴19的一端，转动竖直方向调节把手30，滚珠丝杠机构8带动竖直方向滑块6移动，竖直方向滑块6带动第一轴承座14移动，当这端的位置满足调节要求时再进行另一端的调节，利用同样的步骤使第二轴承座25移动，从而达到调节轴19竖直方向移动的作用。滚珠丝杠机构8带有自锁功能，所以能够实现自锁。水平方向上的调节：先调节轴19的一端，先松开水平方向的普通螺栓13，然后转动水平方向调节把手5，使水平方向滑块1带动竖直方向滑块6和竖直方向导轨7沿水平方向导轨2移动，从而使第一轴承座14移动，当这端的位置满足调节要求时再进行另一端的调节，利用同样的步骤使第二轴承座25移动，达到调节轴19水平方向移动的作用。
如图7所示，对中检测装置分布的示意图，第一轴承31、第二轴承32、第一传感器支架20、第二传感器支架23和偏心轮22构成5个截面。在轴19上选择两个截面，即第一传感器支架20和第二传感器支架23所在截面，分别记为截面2和截面3。如图6所示，在第一传感器支架20和第二传感器支架23上均安装有两只相互垂直的电涡流位移传感器：截面2上有第一电涡流位移传感器21和第二电涡流位移传感器28；截面3上有第三电涡流位移传感器24和第四电涡流位移传感器29。每个测量截面上相互垂直的电涡流位移传感器分别记作A、B，以A记作水平方向，B记作竖直方向。因为只有截面2和截面3上需要用电涡流位移传感器测量，电涡流位移传感器采集所在截面处的轴19相对于第一轴承座14和第二轴承座25的轴振动信号记为PAi、PBi，i=2，3，i为测量截面序号。首先对采集的轴振动信号PAi、PBi进行滤波，获得每只电涡流位移传感器测量的间隙电压值V Ai 、V Bi ，并通过停机状态下的初始间隙电压VAOi、VBOi，计算每只电涡流位移传感器间隙电压变化△VAi=VAi-VAOi、△VBi= VBi-VBOi
，根据设定的灵敏度S计算出位移变化DiAX=△VAi /S、DiBX=△VBi /S ，DiAX为水平方向上电涡流位移传感器所在的轴截面的不对中偏移量，DiBX为竖直方向上电涡流位移传感器所在的轴截面的不对中偏移量。图8和图9是根据轴19所在的几何位置不同，水平方向上两种不对中的情况。D1UX和D4UX分别为第一轴承31和第二轴承32两轴承所在截面的不对中偏移量，la、lb、lc为四个截面之间的距离。以图8为例，根据几何关系，求不对中偏移量。
或者表示为：
图9的另一种轴19的位置，可用以下式子求得不对中偏移量：
。
以上是水平方向上轴承所在截面的不对中偏移量的求解方式，同理可求出竖直方向上轴承所在截面的不对中偏移量。
首先解算出两轴承所在截面的不对中偏移量，在停机状态下对其进行对中调节即可实现对轴19的对中调节。启动机器后重新解算不对中量，如果不满足设备的对中要求，再次对其调节，重复以上步骤，直到满足设备的对中要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有对中调整及检测功能的转子实验台，包括实验台底座（12），其特征在于，所述实验台底座（12）上设有转子系统、对中调节装置和对中检测装置，所述转子系统包括驱动电机（15）、轴（19）和磁粉制动器（27），驱动电机（15）通过转速扭矩传感器（17）、第一联轴器（18）与轴（19）相连接，轴（19）通过第二联轴器（26）与磁粉制动器（27）相连接，轴（19）上安装有偏心轮（22），轴（19）两端分别由第一轴承（31）和第二轴承（32）支撑，第一轴承（31）安装在第一轴承座（14）上，第二轴承（32）安装在第二轴承座（25）上，第一轴承座（14）和第二轴承座（25）安装在对中调节装置上，对中检测装置安装在实验台底座（12）上；
所述对中调节装置包括水平对中调节装置和竖直对中调节装置，水平对中调节装置和竖直对中调节装置相互垂直连接；
所述水平对中调节装置包括水平方向滑块（1）、水平方向导轨（2）、水平方向螺栓固定块（3）、水平方向调节螺杆（4）和水平方向调节把手（5），水平方向滑块（1）与水平方向螺栓固定块（3）相连接，水平方向螺栓固定块（3）与水平方向调节螺杆（4）相连接，水平方向调节螺杆（4）与水平方向调节把手（5）相连接，水平方向滑块（1）安装在水平方向导轨（2）内；
所述竖直对中调节装置包括竖直方向滑块（6）、滚珠丝杠机构（8）、竖直方向导轨（7）和竖直方向调节把手（30），竖直方向滑块（6）安装在滚珠丝杠机构（8）上，滚珠丝杠机构（8）固定在竖直方向导轨（7）上，竖直方向调节把手（30）与滚珠丝杠机构（8）连接；
所述对中检测装置包括第一电涡流位移传感器（21）、第二电涡流位移传感器（28）、第三电涡流位移传感器（24）和第四电涡流位移传感器（29）；所述第一电涡流位移传感器（21）和第二电涡流位移传感器（28）安装在第一传感器支架（20）上，第三电涡流位移传感器（24）和第四电涡流位移传感器（29）安装在第二传感器支架（23）上，第一传感器支架（20）和第二传感器支架（23）固定在实验台底座（12）上。
2.根据权利要求1 所述的具有对中调整及检测功能的转子实验台，其特征在于，所述驱动电机（15）通过传送带（16）与转速扭矩传感器（17）相连接。
3.根据权利要求1 所述的具有对中调整及检测功能的转子实验台，其特征在于，所述轴（19）穿过第一传感器支架（20）和第二传感器支架（23），所述第一电涡流位移传感器（21）和第二电涡流位移传感器（28）的中心轴线分别与轴（19）的轴线垂直并在同一平面上，第三电涡流位移传感器（24）和第四电涡流位移传感器（29）的中心轴线分别与轴（19）的轴线垂直并在同一平面上。
4.根据权利要求1 所述的具有对中调整及检测功能的转子实验台，其特征在于，所述水平方向滑块（1）通过锁紧销（9）、固定螺栓（10）、防滑锁紧螺母（11）与竖直方向导轨（7）固定连接。
5.根据权利要求1 所述的具有对中调整及检测功能的转子实验台，其特征在于，所述第一轴承座（14）和第二轴承座（25）安装在竖直方向滑块（6）上，所述水平方向导轨（2）与实验台底座（12）固定连接。
6.根据权利要求1 所述的具有对中调整及检测功能的转子实验台，其特征在于，所述水平方向滑块（1）通过水平方向普通螺栓（13）与水平方向螺栓固定块（3）相连接。
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