CN107607320B - 用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，被用于检测由平衡鼓和主轴组成的转子的涡动特性，包括主实验电机、涡动电机和涡动带轮轴，主实验电机、通过万向节头联轴器与主轴连接，主轴上设置有涡动箱、轴承组件和测试组件，测试组件中空的定子安装架、入口偏角环和定子，定子安装架上设置有入水口和出水口，入水口和出水口连接一个水循环系统，入口偏角环设置在入水口上，入口偏角环上设置有可以开启关闭的小孔；本发明还提供一种用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验方法，水循环系统中的水流通过入水口上入口偏角环的小孔射向主轴，通过关闭不同位置及数量的小孔改变入水口水流射向主轴的速度及方向进行实验。

Description

用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置及方法

技术领域

本发明涉及一种平衡鼓转子在正反涡动下对平衡鼓定子振动特性的测试装置，具体涉及一种用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置及方法。

背景技术

旋转机械转子动力学系统流固耦合是诱发机组振动，导致事故的主要原因之一。在各类旋转机械中广泛存在着各类转动部件，如水泵中的叶轮、水轮机中的转轮，多级离心泵中的平衡鼓及航空发动机中的涡轮等，这些转动部件与它们的支撑机构一起被称为转子。

七十年代，美国航天飞机的高压油录转子曾出现过较大的转子涡动，转速达不到设计值。在将周向开槽的密封改为光滑环密封后，振动消失了，且达到了设计转速。近期，为研究涡动对轴振动特性的影响，Takayuki Suzuki等针对一种人造心脏中的微型离心泵建立了泄漏流实验装置，并分有无涡动两种情况测试得到的转子运动状态，结果发现，在正向涡动动情况下转子上流体力将使转子变得不稳定。国内，1999年，孙启国教授运用摄动法和线性振动理论分析求解间隙环流中同心涡动转子动特性系数。2010年，尚志勇教授建立了转子/定子碰摩的模型，并得到了干摩擦反向涡动失稳的存在区域和涡动频率和不同碰摩面刚度下的转子和定子的反向涡动的响应。

由此可以看出，无论从节能还是安全生产的角度，都很难忽视小间隙流对离心泵性能的影响，并且很有必要把转子动力学分析和流体动力学分析结合起来作为多级离心泵研发过程中的主要内容。所以，为尽量避免涡动对旋转机械本身的不利影响，同时获得存在涡动时转子特性的改变情况，就需要针对旋转机械内转子的不同涡动情况开展研究。从现有的论文来看，针对离心泵内小间隙流场下转子动力学系统的流固耦合试验台较少。

多级离心泵的转动中前一级叶轮通过空间导叶将叶轮由于离心力甩出的压力水导到下一级叶轮，在此过程中导叶导出的压力水会对轴有一定的冲击作用，产生一定的径向力，径向力一般都比较小，但由于叶轮转动才生的激振力，以及转子的不平衡性，冲击的角度有时会不均匀，造成转子的涡动。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现转子的定量偏心用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置及方法。

为解决上述问题，本发明提供一种用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，被用于检测由平衡鼓和主轴组成的转子的涡动特性，其特征在于：包括主实验电机、涡动电机和涡动带轮轴；所述主实验电机通过万向节头联轴器与主轴连接，主轴上设置有涡动箱、主轴承组件和测试组件；

所述主轴承组件包括轴承、位于轴承顶部的上轴承座和位于轴承底部的下轴承座；所述轴承与主轴转动相连；所述上轴承座两端分别通过轴承座外侧透盖及轴承座内侧透盖与下轴承座的两端连接；所述上轴承座、下轴承座、轴承座外侧透盖和轴承座内侧透盖形成空腔，轴承位于空腔内；

所述主轴穿过轴承座外侧透盖、轴承座内侧透盖和空腔；所述轴承座外侧透盖和轴承座内侧透盖分别通过迷宫密封与主轴连接；所述上轴承座上设置有与空腔连通的入油口，下轴承座设置有与空腔连通的出油口，入油口设置在轴承一侧，出油口设置在轴承另一侧；所述上轴承座和下轴承座之间设置有防止润滑油泄漏的挡油盘，挡油盘分别与上轴承座和下轴承座密封连接；所述挡油盘设置在轴承和轴承座内侧透盖之间；所述挡油盘一侧与主轴上的定位轴肩抵接，另一侧通过套筒与轴承抵接，套筒套设在主轴上；所述入油口设置在轴承与挡油盘之间；

所述测试组件包括中空的定子安装架、入口偏角环和定子；所述主轴穿过定子安装架的内腔；所述定子、平衡鼓和主轴依次从外到内套装；所述平衡鼓和定子设置在内腔中，平衡鼓与主轴固定连接，定子与定子安装架固定连接，定子和平衡鼓之间设置有间隙；所述定子上设置有接触式位移传感器，定子安装架上设置有非接触式位移传感器和压力传感器；所述定子安装架上设置有入水口腔体基座，入水口腔体基座上设置有入水口，入口偏角环通过支撑架与入水口腔体基座连接，入口偏角环设置在入水口上，入口偏角环上设置有可以开启关闭的小孔，入水口通过小孔与内腔连通；所述定子安装架上设置有与内腔连通的出水口；所述出水口设置在平衡鼓一侧，入水口设置在平衡鼓另一侧；

所述涡动电机通过膜片联轴器与涡动带轮轴连接，涡动带轮轴上设置有涡动带轮，涡动箱上设置有同步带轮，涡动带轮通过同步带与同步带轮连接。

作为对用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置的改进：还包括水循环系统；所述水循环系统包括阀门一、阀门二、阀门三、电磁流量计、稳流罐、离心泵、过滤器、压力表和水箱；

所述水箱设置有出口、进口二和进口一；所述出口与阀门一、过滤器、离心泵和稳流罐通过管道依次连接；所述稳流罐的出口分成两路，一路通过管道与电磁流量计和入水口依次连接，另一路通过管道与阀门二、压力表和进口二依次连接；所述出水口通过管道与阀门三和进口一依次连接。

作为对用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置的进一步改进：所述涡动带轮轴上设置有涡动轴承组件；所述涡动轴承组件包括深沟球轴承、位于深沟球轴承顶部的涡动上轴承座和位于深沟球轴承底部的涡动下轴承座；所述深沟球轴承与涡动带轮轴转动相连；所述涡动上轴承座两端分别通过涡动轴承座外侧透盖及涡动轴承座内侧透盖与涡动下轴承座的两端连接；所述涡动上轴承座、涡动下轴承座、涡动轴承座外侧透盖和涡动轴承座内侧透盖形成涡动空腔，深沟球轴承位于涡动空腔内；

所述涡动带轮轴穿过涡动轴承座外侧透盖、涡动轴承座内侧透盖和涡动空腔；所述涡动轴承座外侧透盖和涡动轴承座内侧透盖分别通过涡动迷宫密封与涡动带轮轴连接；所述涡动上轴承座上设置有与涡动空腔连通的涡动入油口，涡动下轴承座设置有与涡动空腔连通的涡动出油口，涡动入油口设置在深沟球轴承一侧，涡动出油口设置在深沟球轴承另一侧；所述涡动上轴承座和涡动下轴承座之间设置有防止润滑油泄漏的涡动挡油盘，涡动挡油盘分别与涡动上轴承座和涡动下轴承座密封连接；所述涡动挡油盘设置在深沟球轴承和涡动轴承座内侧透盖之间；所述涡动挡油盘一侧与涡动带轮轴上的涡动定位轴肩抵接，另一侧通过涡动套筒与深沟球轴承抵接，涡动套筒套设在涡动带轮轴上；所述涡动入油口设置在深沟球轴承与涡动挡油盘之间。

作为对用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置的进一步改进：所述主轴上设置有两个涡动箱、两个主轴承组件和一个测试组件；所述测试组件设置在主轴中间位置，两个涡动箱和两个主轴承组件都分别对称设置在测试组件的两侧；所述主轴承组件位于涡动箱和测试组件之间；所述涡动带轮轴上对称设置有两个涡动带轮和两个涡动轴承组件。

作为对用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置的进一步改进：所述入口偏角环周向均匀设置有16个能开启关闭的小孔，小孔垂直对准主轴。

作为对用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置的进一步改进：所述轴承为调心滚子轴承，定子安装架为有机玻璃安装架，定子为尼龙定子。

作为对用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置的进一步改进：所述平衡鼓左右两侧都通过圆螺母和止动垫片固定在主轴上。

本发明还提供一种用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验方法，包括以下步骤：

1)、调节两个涡动箱和两个轴承在主轴上的对中性，设置涡动箱的偏心刻度，将其调到预期刻度；

2)、打开离心泵、阀门一、阀门二和阀门三，水从水箱的出口通过阀门一流到过滤器中，水在过滤器中滤掉杂质，然后离心泵将过滤器中的水抽出，水经过离心泵后接着流动到稳流罐，水在稳流罐中消除压力脉动；然后水从稳流罐的出口流出后分为主路和支路，主路的水流流经电磁流量计后进入入水口，支路的水流依次流经阀门二和压力表后通过进口二流回水箱；通过调整阀门二的开通大小控制支路的流量即可调整主路的流量，改变入水口的流量大小；入水口的水流通过入口偏角环上的小孔流到内腔中射向主轴，之后水流在内腔中穿过平衡鼓与定子的间隙从出水口流出，依次通过阀门三和进口一流回到水箱循环；

两个压力传感器分别采集入水口的水压和出水口的水压信息，非接触式位移传感器采集转子的涡动信息，接触式位移传感器采集定子的位移信息，压力表采集支路上的水压信息；

3)、观察压力表读数是否达到预期读数，再观察两个压力传感器读数是否稳定；在压力表读数达到预期读数，两个压力传感器读数稳定后，启动主实验电机，主实验电机通过万向节头联轴器带动主轴转动；启动涡动电机，涡动电机通过膜片联轴器带动涡动带轮轴转动；涡动带轮轴通过同步带带动涡动箱上的同步带轮转动，涡动箱使得转子产生涡动；关闭不同位置及数量的小孔，来改变入水口水流射向主轴的速度及方向；

4)、通过透明的定子安装架，观察转子的涡动状态；待转子转动趋于稳定，非接触式位移传感器和接触式位移传感器示数波动平稳后，通过上位机接受并分析非接触式位移传感器测量的电信号，并将其记录；

5)、实验完毕后，关闭主实验台电机、涡动电机、离心泵、阀门一、阀门二和阀门三。

本发明用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置及方法的技术优势为：

1、可测试转子的涡动形式(由非接触式位移传感器测量得到转子的涡动形式)，而且还可以测量转子的涡动对定子振动作用的影响(由接触式位移传感器测量得到定子的振动特性)；

2、在入水口处设计了一个入口偏角环，通过关闭入口偏角环上不同位置及数量小孔，来改变入水口水流射向主轴的速度及方向，以此来测试不同入口角和水速的条件下转子的涡动形式。

3、本发明既可测试主轴单侧轴端的偏心时的涡动，也可测试两端同时偏心的涡动。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置(不包括水循环系统)的结构示意图；

图2为图1中主轴20穿过定子安装架14的结构示意图；

图3为图2中主轴20穿过定子安装架14的侧视结构示意图；

图4为图1中入口偏角环11的结构示意图；

图5为图4中入口偏角环11的侧视结构示意图；

图6为图1中的入水口28和出水口30与水循环系统连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，被用于检测转子的涡动特性，转子包括平衡鼓29和主轴20，如图1-6所示；包括主实验电机1、涡动电机23、涡动带轮轴31、水循环系统和基座32，主实验电机1通过万向节头联轴器2与主轴20连接，主实验电机1能带动主轴20转动(即为主轴20的自转)，主轴20上设置有两个可调节偏心刻度的涡动箱4、两个主轴承组件和一个测试组件；测试组件设置在主轴20中间位置，两个涡动箱4和两个主轴承组件都分别对称设置在测试组件的两侧，主轴承组件位于涡动箱4和测试组件之间，即在测试组件的两侧均为由近至远依次设置主轴承组件和涡动箱4。

为实现转子的涡动，在两个涡动箱4外侧均设置了同步带轮3，涡动电机23通过膜片联轴器24与涡动带轮轴31连接，涡动带轮轴31上对称设置有两个涡动轴承组件和两个涡动带轮34，涡动带轮34通过同步带33与同步带轮3连接。涡动电机23可以通过膜片联轴器24带动涡动带轮轴31转动，涡动带轮轴31上的涡动带轮34随之转动，涡动带轮34通过同步带33带动同步带轮3转动，随之涡动箱4使得主轴20绕主轴20的初始中心轴公转，配合主轴20的自转即可实现转子的涡动。本发明能测试主轴20两端同时偏心时的涡动，如果需要测量单侧偏心时的涡动，可以调整其中一个涡动箱4的偏心刻度到0，由另一个涡动箱4单独作用。

涡动轴承组件包括深沟球轴承48、位于深沟球轴承48顶部的涡动上轴承座49和位于深沟球轴承48底部的涡动下轴承座50，涡动上轴承座49两端分别通过涡动轴承座外侧透盖51及涡动轴承座内侧透盖52与涡动下轴承座50的两端连接。涡动上轴承座49、涡动下轴承座50、涡动轴承座外侧透盖51和涡动轴承座内侧透盖52围合形成涡动空腔53，涡动带轮轴31依次穿过涡动轴承座外侧透盖51、涡动空腔53和涡动轴承座内侧透盖52，涡动轴承座外侧透盖51和涡动轴承座内侧透盖52分别通过涡动迷宫密封54与涡动带轮轴31连接。位于涡动空腔53中的深沟球轴承48与涡动带轮轴31转动相连。

涡动上轴承座49设置有与涡动空腔53连通的涡动入油口56，涡动下轴承座50设置有与涡动空腔53连通的涡动出油口57，涡动入油口56设置在深沟球轴承48一侧，涡动出油口57设置在深沟球轴承48另一侧。涡动上轴承座49和涡动下轴承座50之间设置有防止润滑油泄漏的涡动挡油盘58，涡动挡油盘58分别与涡动上轴承座49和涡动下轴承座50密封连接，且涡动挡油盘58设置在深沟球轴承48和涡动轴承座内侧透盖52之间。涡动挡油盘58一侧与涡动带轮轴31上的涡动定位轴肩301抵接，另一侧与涡动套筒55抵接，涡动套筒55套装固定在涡动带轮轴31上且与深沟球轴承48抵接。涡动入油口56设置在深沟球轴承48与涡动挡油盘58之间，涡动挡油盘58能防止润滑油从涡动轴承座内侧透盖52与涡动带轮轴31的迷宫密封54处漏油。润滑油从涡动入油口56进到涡动空腔53中，对深沟球轴承48进行润滑后从涡动出油口57流出。

主轴承组件包括轴承8、位于轴承8顶部的上轴承座7和位于轴承8底部的下轴承座26，上轴承座7两端分别通过轴承座外侧透盖6及轴承座内侧透盖18与下轴承座26的两端连接。上轴承座7、下轴承座26、轴承座外侧透盖6和轴承座内侧透盖18围合形成空腔21，主轴20依次穿过轴承座外侧透盖6、空腔21和轴承座内侧透盖18，轴承座外侧透盖6和轴承座内侧透盖18分别通过迷宫密封5与主轴20连接。位于空腔21中的轴承8与主轴20转动相连。由于本次实验需要测转子的涡动特性，主轴20在实验过程中会发生偏心，所以轴承8为调心滚子轴承。

上轴承座7设置有与空腔21连通的入油口9，下轴承座26设置有与空腔21连通的出油口25，入油口9设置在轴承8一侧，出油口25设置在轴承8另一侧。上轴承座7和下轴承座26之间设置有防止润滑油泄漏的挡油盘19，挡油盘19分别与上轴承座7和下轴承座26密封连接，且挡油盘19设置在轴承8和轴承座内侧透盖18之间。挡油盘19一侧与主轴20上的定位轴肩201抵接，另一侧与套筒10抵接，套筒10套装固定在主轴20上且与轴承8抵接。入油口9设置在轴承8与挡油盘19之间，挡油盘19能防止润滑油从轴承座内侧透盖18与主轴20的迷宫密封5处漏油。润滑油从入油口9进到空腔21中，对轴承8进行润滑后从出油口25流出。

主轴承组件中轴承8和涡动轴承组件中深沟球轴承48的轴承型号不同，除此之外主轴承组件和涡动轴承组件的其他部件都相同(如各自的透盖和挡油盘等)。

测试组件包括中空的定子安装架14(即，定子安装架14设有内腔22)、入口偏角环11、平衡鼓29和定子15。主轴20穿过内腔22，平衡鼓29和定子15设置在内腔22中。定子15、平衡鼓29和主轴20依次从外到内套装，平衡鼓29与主轴20固定连接，定子15与定子安装架14固定连接，定子15与平衡鼓29之间存在间隙，平衡鼓29和定子15的间隙为1mm，平衡鼓29的长度是120mm，平衡鼓29会随着主轴20转动，而定子15固定不动；为防止平衡鼓29发生轴向移动，平衡鼓29左右两侧都通过圆螺母17和止动垫片16固定在主轴20上，具体为在主轴20与圆螺母17的配合处，主轴20表面加工成外螺纹的形式，圆螺母17的内孔加工成内螺纹孔形式，工作时，将圆螺母17拧到平衡鼓29的轴向端面，同时，为了防止圆螺母17由于主轴20的转动而松脱，使用时止动垫片16装在圆螺母17开槽的那一侧，紧固后将止动垫片16的内外止动耳折弯放到圆螺母17槽里。圆螺母17紧固后，分别将内外止动耳扳成轴向，分别卡在主轴20上的键槽和圆螺母17的开口处。这样，圆螺母17和止动垫片16起到定位的作用，从而定位平衡鼓29。

定子15设置在定子安装架14上，为了测试定子15的位移，定子15在一直线的四个位置上各正交布置两个接触式位移传感器36(正交布置即为两个传感器，一个竖直向上方向布置，一个水平方向布置，两个传感器夹角为90度)，四个位置为等距间隔设置。为了测量转子的涡动，定子安装架14两端各正交布置两个非接触式位移传感器35。定子安装架14上设置有入水口腔体基座12，入水口腔体基座12上设置有入水口28，入口偏角环11通过支撑架13设置在入水口腔体基座12上，定子安装架14上设置有出水口30，出水口30设置在平衡鼓29一侧，入水口28设置在平衡鼓29另一侧。定子安装架14在入水口28和出水口30处设置有两个压力传感器37，一个测量入水口28的水压，一个测量出水口30的水压。入口偏角环11为一个圆环，主轴20的轴心与入口偏角环11的中心线重合，入口偏角环11周向均匀布置16个小孔47，小孔47周围开方形槽，方形槽上设置有密封盖板，小孔47通过密封盖板能开启关闭。水流通过入水口28经入口偏角环11上的小孔47再流入内腔22中射向主轴20，每个小孔47都垂直对准主轴20，且在同一时间，每个开启的小孔47射向主轴20的水流速度都相同。入口偏角环11上对称位置的小孔47会有抵消作用，如入口偏角环11正上方的小孔47和正下方的小孔47同时开启，与正上方的小孔47和正下方的小孔47同时关闭，其他条件不变，两者效果是一样的。全部小孔47射向主轴20的水流合计为入口水流(从入水口28射向主轴20的水流)，入口水流射向主轴20的方向(从入水口28射向主轴20的水流的方向)与转子径向水平位置的夹角即为入口角。例如只关闭入口偏角环11正上方的小孔47，开通其他位置的小孔47，那入口水流为从正下方射向主轴20，入口角为-90°。

当用密封盖板盖住不同数量的小孔47时，也就相应的改变了水流入口面积，即管道面积，根据流量计算公式Q＝A×V，Q为流量(m³/s)，指的是从入水口28流入内腔22的流量；A为管道面积(m²)，指的是从入水口28流入内腔22的管道面积；V为水流速度(m/s)，指的是从入水口28射向主轴20的水流速度。在流量Q一定时，水流速度V与管道面积A成反比，当管道面积A减小时，水流速度V增大；密封盖板盖住不同小孔47时，从小孔47射向主轴20的水流方向也随着发生改变。入口偏角环11的外表面和入水口腔体基座12内表面之间存在着环形间隙，实验开始后，水从入水口28进入，先充满整个环形间隙，再通过小孔47射向主轴20，这样可以使水压相对保持稳定。

多级离心泵的转动中前一级叶轮通过空间导叶将叶轮由于离心力甩出的压力水导到下一级叶轮，在此过程中导叶导出的压力水会对轴有一定的冲击作用，产生一定的径向力，径向力一般都比较小，但由于叶轮转动才生的激振力，以及转子的不平衡性，冲击的角度有时会不均匀，造成转子的涡动。本发明可简单模拟此现象。在实验过程中本发明可以通过关闭不同位置及数量的小孔47，来改变入水口28水流射向主轴20的速度及方向，以此来测试水在不同入口角和水速的条件下转子的涡动形式。

为便于观察，本发明选用有机玻璃作为定子安装架14，由于平衡鼓29和定子15间隙非常小，在转子转动过程中还存在涡动，平衡鼓29极易与定子15发生磨损，所以，本发明用尼龙作为定子15的材料。主实验电机1、涡动箱4、涡动电机23、下轴承座26、涡动下轴承座50和定子安装架14都设置在基座32上。

水循环系统包括阀门一45、阀门二38、阀门三46、电磁流量计39、稳流罐40、离心泵41、过滤器42、压力表43和水箱44。水箱44设置有出口441、进口二442和进口一443，出口441与阀门一45、过滤器42、离心泵41和稳流罐40通过管道依次连接，接着稳流罐40的出口分成两路，一路与电磁流量计39和入水口28依次连接(即为主路)，另一路与阀门二38、压力表43和进口二442依次连接(即为支路)。出水口30通过管道与阀门三46和进口一443依次连接。

本发明的工作步骤如下：

前期准备：包括将本发明各个装置组装好，调节两个涡动箱4和两个主轴承组件在主轴20上的对中性，将电机控制柜与主实验电机1的控制电机、涡动电机23的控制电机、离心泵41的控制电机、电磁流量计39、压力传感器37、非接触式位移传感器35和接触式位移传感器36连接。电机控制柜方便使用者控制本发明的运行。连接水循环系统，检查各个装置的密封性，然后将水箱44加满水。调节两个涡动箱4上的偏心刻度，将其调到预期刻度。上位机与非接触式位移传感器35连接。

实验阶段：打开离心泵41、阀门一45、阀门二38和阀门三46，水从水箱44的出口441通过阀门一45流到过滤器42中，水在过滤器42中滤掉杂质，然后离心泵41将过滤器42中的水抽出，水经过离心泵41后接着流动到稳流罐40，水在稳流罐40中消除压力脉动；然后水从稳流罐40的出口流出后分为主路和支路，主路的水流流经电磁流量计39后进入入水口28，支路的水流依次流经阀门二38和压力表43后通过进口二442流回水箱44；通过调整阀门二38的开通大小控制支路的流量即可调整主路的流量，改变入水口28的流量大小；这样，在实验过程中，本发明只需通过观察压力表43调节支路的阀门二38的开通大小控制支路的流量即可调整主路的流量，这样就能改变入水口28的流量；

入水口28的水流通过入口偏角环11上的小孔47流到内腔22中射向主轴20，之后水流穿过平衡鼓29与定子15的间隙，由于平衡鼓29和定子15的间隙很小，间隙处会产生流体力，同时，转子的偏心率及涡动也会对间隙处的流体力的大小造成一定的影响，之后流体力反作用于转子形成闭环反馈，对转子的涡动产生影响；接着水流通过出水口30流出，依次通过阀门三46和进口一443流回到水箱44循环；

两个压力传感器37采集入水口28的水压和出水口30的水压信息，非接触式位移传感器35采集转子的涡动信息，接触式位移传感器36采集定子15的位移信息，压力表43采集支路上的水压信息；

观察压力表43读数是否达到预期读数，再观察两个压力传感器37读数是否稳定；在压力表43读数达到预期读数，两个压力传感器37读数稳定后，打开主实验台电机1，主实验台电机1通过万向节联轴器2带动主轴20转动，根据需要，启动涡动电机23，涡动电机23通过膜片联轴器24带动涡动带轮轴31转动；涡动带轮轴31通过同步带33带动涡动箱4上的同步带轮3转动，涡动箱4使得转子产生涡动；将实验分为数组，每组分别关闭不同位置及数量的小孔47，来改变入水口28水流射向主轴20的速度及方向，其他操作和设置均相同；

测量阶段：使用者可以通过透明的定子安装架14，观察转子的涡动状态，待转子转动趋于稳定，非接触式位移传感器35和接触式位移传感器36示数波动平稳后，通过上位机接受并分析非接触式位移传感器35测量的电信号，通过FFT变换(快速傅里叶变换)，将测量的电信号转化为数据，非接触式位移传感器35作为转子的涡动特性，并将其记录。试验过程中转子的涡动是依靠涡动箱4、水流射向主轴20和流体力三者共同作用产生。

实验完毕后，关闭主实验台电机1、涡动电机23、离心泵41、阀门一45、阀门二38和阀门三46，整理实验器材，整理实验测得的数据，数据包括主实验电机1和涡动电机23的转速和转动方向、涡动箱4上的刻度、电磁流量计39稳定后的示数、压力传感器37稳定后的示数、非接触式位移传感器35稳定后的示数和接触式位移传感器36稳定后的示数，并且上位机根据非接触式位移传感器35的示数画出散点图(同一时间点上，水平方向布置的传感器示数记录在x轴上，竖直水平方向布置的传感器示数记录在y轴)，进而推出转子的涡动特性。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，被用于检测由平衡鼓(29)和主轴(20)组成的转子的涡动特性，其特征在于：包括主实验电机(1)、涡动电机(23)和涡动带轮轴(31)；所述主实验电机(1)通过万向节头联轴器(2)与主轴(20)连接，主轴(20)上设置有涡动箱(4)、主轴承组件和测试组件；

所述主轴承组件包括轴承(8)、位于轴承(8)顶部的上轴承座(7)和位于轴承(8)底部的下轴承座(26)；所述轴承(8)与主轴(20)转动相连；所述上轴承座(7)两端分别通过轴承座外侧透盖(6)及轴承座内侧透盖(18)与下轴承座(26)的两端连接；所述上轴承座(7)、下轴承座(26)、轴承座外侧透盖(6)和轴承座内侧透盖(18)形成空腔(21)，轴承(8)位于空腔(21)内；

所述主轴(20)穿过轴承座外侧透盖(6)、轴承座内侧透盖(18)和空腔(21)；所述轴承座外侧透盖(6)和轴承座内侧透盖(18)分别通过迷宫密封(5)与主轴(20)连接；所述上轴承座(7)上设置有与空腔(21)连通的入油口(9)，下轴承座(26)设置有与空腔(21)连通的出油口(25)，入油口(9)设置在轴承(8)一侧，出油口(25)设置在轴承(8)另一侧；所述上轴承座(7)和下轴承座(26)之间设置有防止润滑油泄漏的挡油盘(19)，挡油盘(19)分别与上轴承座(7)和下轴承座(26)密封连接；所述挡油盘(19)设置在轴承(8)和轴承座内侧透盖(18)之间；所述挡油盘(19)一侧与主轴(20)上的定位轴肩(201)抵接，另一侧通过套筒(10)与轴承(8)抵接，套筒(10)套设在主轴(20)上；所述入油口(9)设置在轴承(8)与挡油盘(19)之间；

所述测试组件包括中空的定子安装架(14)、入口偏角环(11)和定子(15)；所述主轴(20)穿过定子安装架(14)的内腔(22)；所述定子(15)、平衡鼓(29)和主轴(20)依次从外到内套装；所述平衡鼓(29)和定子(15)设置在内腔(22)中，平衡鼓(29)与主轴(20)固定连接，定子(15)与定子安装架(14)固定连接，定子(15)和平衡鼓(29)之间设置有间隙；所述定子(15)上设置有接触式位移传感器(36)，定子安装架(14)上设置有非接触式位移传感器(35)和压力传感器(37)；所述定子安装架(14)上设置有入水口腔体基座(12)，入水口腔体基座(12)上设置有入水口(28)，入口偏角环(11)通过支撑架(13)与入水口腔体基座(12)连接，入口偏角环(11)设置在入水口(28)上，入口偏角环(11)上设置有可以开启关闭的小孔(47)，入水口(28)通过小孔(47)与内腔(22)连通；所述定子安装架(14)上设置有与内腔(22)连通的出水口(30)；所述出水口(30)设置在平衡鼓(29)一侧，入水口(28)设置在平衡鼓(29)另一侧；

所述涡动电机(23)通过膜片联轴器(24)与涡动带轮轴(31)连接，涡动带轮轴(31)上设置有涡动带轮(34)，涡动箱(4)上设置有同步带轮(3)，涡动带轮(34)通过同步带(33)与同步带轮(3)连接。

2.根据权利要求1所述的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，其特征在于：还包括水循环系统；所述水循环系统包括阀门一(45)、阀门二(38)、阀门三(46)、电磁流量计(39)、稳流罐(40)、离心泵(41)、过滤器(42)、压力表(43)和水箱(44)；

所述水箱(44)设置有出口(441)、进口二(442)和进口一(443)；所述出口(441)与阀门一(45)、过滤器(42)、离心泵(41)和稳流罐(40)通过管道依次连接；所述稳流罐(40)的出口分成两路，一路通过管道与电磁流量计(39)和入水口(28)依次连接，另一路通过管道与阀门二(38)、压力表(43)和进口二(442)依次连接；所述出水口(30)通过管道与阀门三(46)和进口一(443)依次连接。

3.根据权利要求2所述的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，其特征在于：所述涡动带轮轴(31)上设置有涡动轴承组件；所述涡动轴承组件包括深沟球轴承(48)、位于深沟球轴承(48)顶部的涡动上轴承座(49)和位于深沟球轴承(48)底部的涡动下轴承座(50)；所述深沟球轴承(48)与涡动带轮轴(31)转动相连；所述涡动上轴承座(49)两端分别通过涡动轴承座外侧透盖(51)及涡动轴承座内侧透盖(52)与涡动下轴承座(50)的两端连接；所述涡动上轴承座(49)、涡动下轴承座(50)、涡动轴承座外侧透盖(51)和涡动轴承座内侧透盖(52)形成涡动空腔(53)，深沟球轴承(48)位于涡动空腔(53)内；

所述涡动带轮轴(31)穿过涡动轴承座外侧透盖(51)、涡动轴承座内侧透盖(52)和涡动空腔(53)；所述涡动轴承座外侧透盖(51)和涡动轴承座内侧透盖(52)分别通过涡动迷宫密封(54)与涡动带轮轴(31)连接；所述涡动上轴承座(49)上设置有与涡动空腔(53)连通的涡动入油口(56)，涡动下轴承座(50)设置有与涡动空腔(53)连通的涡动出油口(57)，涡动入油口(56)设置在深沟球轴承(48)一侧，涡动出油口(57)设置在深沟球轴承(48)另一侧；所述涡动上轴承座(49)和涡动下轴承座(50)之间设置有防止润滑油泄漏的涡动挡油盘(58)，涡动挡油盘(58)分别与涡动上轴承座(49)和涡动下轴承座(50)密封连接；所述涡动挡油盘(58)设置在深沟球轴承(48)和涡动轴承座内侧透盖(52)之间；所述涡动挡油盘(58)一侧与涡动带轮轴(31)上的涡动定位轴肩(301)抵接，另一侧通过涡动套筒(55)与深沟球轴承(48)抵接，涡动套筒(55)套设在涡动带轮轴(31)上；所述涡动入油口(56)设置在深沟球轴承(48)与涡动挡油盘(58)之间。

4.根据权利要求3所述的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，其特征在于：所述主轴(20)上设置有两个涡动箱(4)、两个主轴承组件和一个测试组件；所述测试组件设置在主轴(20)中间位置，两个涡动箱(4)和两个主轴承组件都分别对称设置在测试组件的两侧；所述主轴承组件位于涡动箱(4)和测试组件之间；所述涡动带轮轴(31)上对称设置有两个涡动带轮(34)和两个涡动轴承组件。

5.根据权利要求4所述的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，其特征在于：所述入口偏角环(11)周向均匀设置有16个能开启关闭的小孔(47)，小孔(47)垂直对准主轴(20)。

6.根据权利要求5所述的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，其特征在于：所述轴承(8)为调心滚子轴承，定子安装架(14)为有机玻璃安装架，定子(15)为尼龙定子。

7.根据权利要求6所述的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置，其特征在于：所述平衡鼓(29)左右两侧都通过圆螺母(17)和止动垫片(16)固定在主轴(20)上。

8.利用权利要求2-7任一所述的实验台装置的用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、调节两个涡动箱(4)和两个轴承(8)在主轴(20)上的对中性，设置涡动箱(4)的偏心刻度，将其调到预期刻度；

2)、打开离心泵(41)、阀门一(45)、阀门二(38)和阀门三(46)，水从水箱(44)的出口(441)通过阀门一(45)流到过滤器(42)中，水在过滤器(42)中滤掉杂质，然后离心泵(41)将过滤器(42)中的水抽出，水经过离心泵(41)后接着流动到稳流罐(40)，水在稳流罐(40)中消除压力脉动；然后水从稳流罐(40)的出口流出后分为主路和支路，主路的水流流经电磁流量计(39)后进入入水口(28)，支路的水流依次流经阀门二(38)和压力表(43)后通过进口二(442)流回水箱(44)；通过调整阀门二(38)的开通大小控制支路的流量即可调整主路的流量，改变入水口(28)的流量大小；入水口(28)的水流通过入口偏角环(11)上的小孔(47)流到内腔(22)中射向主轴(20)，之后水流在内腔(22)中穿过平衡鼓(29)与定子(15)的间隙从出水口(30)流出，依次通过阀门三(46)和进口一(443)流回到水箱(44)循环；

两个压力传感器(37)分别采集入水口(28)的水压和出水口(30)的水压信息，非接触式位移传感器(35)采集转子的涡动信息，接触式位移传感器(36)采集定子(15)的位移信息，压力表(43)采集支路上的水压信息；

3)、观察压力表(43)读数是否达到预期读数，再观察两个压力传感器(37)读数是否稳定；在压力表(43)读数达到预期读数，两个压力传感器(37)读数稳定后，启动主实验电机(1)，主实验电机(1)通过万向节头联轴器(2)带动主轴(20)转动；启动涡动电机(23)，涡动电机(23)通过膜片联轴器(24)带动涡动带轮轴(31)转动；涡动带轮轴(31)通过同步带(33)带动涡动箱(4)上的同步带轮(3)转动，涡动箱(4)使得转子产生涡动；关闭不同位置及数量的小孔(47)，来改变入水口(28)水流射向主轴(20)的速度及方向；

4)、通过透明的定子安装架(14)，观察转子的涡动状态；待转子转动趋于稳定，非接触式位移传感器(35)和接触式位移传感器(36)示数波动平稳后，通过上位机接受并分析非接触式位移传感器(35)测量的电信号，并将其记录；

5)、实验完毕后，关闭主实验电机(1)、涡动电机(23)、离心泵(41)、阀门一(45)、阀门二(38)和阀门三(46)。