CN108760284B - 一种多功能转子实验测试装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能转子实验测试装置，属于旋转机械设备转子系统实验技术领域，本发明为了解决现有的转子系统试验装置功能单一的问题。直流电机、齿轮箱、支架装置和底座顺次固定在工作平台上，控制柜与直流电机电连接，直流电机的一侧安装有测速电机，直流电机另一侧的输出端通过第一联轴器与齿轮箱的输出端相连接，齿轮箱的输出端通过第二联轴器与转子轴相连接，转子轴通过第一轴承座和第二轴承座安装在支撑平板上，支撑平台通过多个定位螺栓与底座建立连接，定位螺栓上套有弹簧，弹簧位于支撑平台和底座之间。本发明的一种多功能转子实验测试装置能够实现转子系统振动信号(位移、速度、加速度)及应变、应力等动力学特性的研究。

Description

一种多功能转子实验测试装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种多功能转子实验测试装置，属于旋转机械设备转子系统实验技术领域。

背景技术

在实际工程中，转子系统是燃气轮机、航空发动机、汽轮机等诸多旋转机械设备中的核心部件，是转子动力学特性、故障机理及故障诊断技术的重要研究对象。针对现有的转子系统试验装置功能单一，设计了一种具有多功能的转子系统试验装置，可实现动力学特性测试及典型故障模拟等功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能转子实验测试装置，以解决上述技术问题。

一种多功能转子实验测试装置包括测速电机、控制柜、直流电机、第一联轴器、齿轮箱、第二联轴器、支架装置、第一轴承座、应变测试装置、轮盘、第二轴承座、定位螺栓、调节螺母、弹簧、支撑平板、底座和转子轴；

直流电机、齿轮箱、支架装置和底座顺次固定在工作平台上，控制柜与直流电机电连接，直流电机的一侧安装有测速电机，直流电机另一侧的输出端通过第一联轴器与齿轮箱的输出端相连接，齿轮箱的输出端通过第二联轴器与转子轴相连接，转子轴通过第一轴承座和第二轴承座安装在支撑平板上，支撑平台通过多个定位螺栓与底座建立连接，定位螺栓上套有弹簧，弹簧位于支撑平台和底座之间，定位螺栓的端部安装有调节螺母，调节螺母与支撑平台的上端面相抵靠，支撑平台可沿定位螺栓上下滑动，应变测试装置和轮盘依次安装在转子轴上，且位于第一轴承座和第二轴承座之间。

优选的：应变测试装置包括上半环体、下半环体和应变片定位缝隙；

上半环体的两端设有安装凹槽，下半环体的两端设有安装凸起，安装凸起位于安装凹槽内，上半环体和下半环体配合组成的圆环体的内部圆环面与转子轴的外壁相贴合，上半环体和下半环体的弧形主体上均开有4～8个应变片定位缝隙。

优选的：支架装置包括左支架、右支架、安装孔、第一连接孔、碰摩头和第二连接孔；

左支架和右支架的一端固定安装在工作平台上，左支架和右支架的另一端分别设有第一连接孔和第二连接孔，第一连接孔和第二连接孔通过连接螺钉相连接，左支架和右支架的主体上均设有多个安装孔，安装孔内设有碰摩头。

优选的：转盘的端面周向均匀分布有多个圆形螺纹孔，圆形螺纹孔内设有配置螺栓。

本发明与现有产品相比具有以下效果：与现有已存的装置相比结构简单，成本低，加工方便，功能强大，可实现转子系统振动信号(位移、速度、加速度)及应变、应力等动力学特性的研究，也可模拟转子系统不平衡、不对中、碰摩等典型故障的机理研究，为生产实践中旋转机械设备转子的设计提供依据与指导。

附图说明

图1是本发明所述的一种多功能转子实验测试装置的结构示意图；

图2是应变测试装置的安装示意图；

图3是应变测试装置的结构示意图；

图4是支架装置的安装示意图；

图5是支架装置的结构示意图；

图6是碰摩头的结构示意图；

图7是转盘的结构示意图；

图8是支撑平板的结构示意图。

图中：1-测速电机、2-控制柜、3-直流电机、4-第一联轴器、5-齿轮箱、6-第二联轴器、7-支架装置、8-第一轴承座9-应变测试装置、10-轮盘、11-第二轴承座、12-定位螺栓、13-调节螺母、14-弹簧、15-支撑平板、16-底座、17-转子轴、71-左支架、72-右支架、73-安装孔、74-第一连接孔、75-碰摩头、77-第二连接孔、91-上半环体、92-下半环体、93-应变片定位缝隙。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

如图1至图8所示，本发明所述的一种多功能转子实验测试装置包括测速电机1、控制柜2、直流电机3、第一联轴器4、齿轮箱5、第二联轴器6、支架装置7、第一轴承座8、应变测试装置9、轮盘10、第二轴承座11、定位螺栓12、调节螺母13、弹簧14、支撑平板15、底座16和转子轴17；

直流电机3、齿轮箱5、支架装置7和底座16顺次固定在工作平台上，控制柜2与直流电机3电连接，直流电机3的一侧安装有测速电机1，直流电机3另一侧的输出端通过第一联轴器3与齿轮箱5的输出端相连接，齿轮箱5的输出端通过第二联轴器6与转子轴17相连接，转子轴17通过第一轴承座8和第二轴承座11安装在支撑平板15上，支撑平台15通过多个定位螺栓12与底座16建立连接，定位螺栓12上套有弹簧14，弹簧14位于支撑平台15和底座16之间，定位螺栓12的端部安装有调节螺母13，调节螺母13与支撑平台15的上端面相抵靠，支撑平台15可沿定位螺栓12上下滑动，应变测试装置9和轮盘10依次安装在转子轴17上，且位于第一轴承座8和第二轴承座11之间。

进一步：应变测试装置9包括上半环体91、下半环体92和应变片定位缝隙93；

上半环体91的两端设有安装凹槽，下半环体92的两端设有安装凸起，安装凸起位于安装凹槽内，上半环体91和下半环体92配合组成的圆环体的内部圆环面与转子轴17的外壁相贴合，上半环体91和下半环体92的弧形主体上均开有4～8个应变片定位缝隙93。

进一步：支架装置7包括左支架71、右支架72、安装孔73、第一连接孔74、碰摩头75和第二连接孔77；

左支架71和右支架72的一端固定安装在工作平台上，左支架71和右支架72的另一端分别设有第一连接孔74和第二连接孔77，第一连接孔74和第二连接孔77通过连接螺钉相连接，左支架71和右支架72的主体上均设有多个安装孔73，安装孔73内设有碰摩头75。

进一步：转盘10的端面周向均匀分布有多个圆形螺纹孔，圆形螺纹孔内设有配置螺栓。

控制柜2用来控制与驱动直流电机3，测速电机1用来监测与控制转子的转速，直流电机3通过第一联轴器4与齿轮箱5相连，齿轮箱5通过第二联轴器6与转子轴17相连；齿轮箱5的主要起到改变速度及转动力矩的作用。

应变测试装置9的主要作用是实现应变、应力的测量，在设计与生产过程中可强度校核，保障实际运行的可靠性与稳定性，由于轴系正常工况下高速运转，因此应变实验测试装置采用无线测试方式，应变片由发送器以无线信号形式传送至接收器，接收器将此信号传输至应变仪，应变仪对信号进行放大处理，输入至采集仪，最终将此动态应变信号传送至计算机进行分析处理。具体结构主要由上半环体91、下半环体92及定位缝隙93组成；在使用过程中，应保证上半圆环体与下半圆环体两侧端部属于间隙配合，通过两侧实现定位配合，两者配合组成的内部圆形环面与转子轴相对应，上半圆环体与下半圆环体分别开有4～8个均匀分布的定位缝隙，缝隙形状与应变片相对应，用于确定应变片的黏贴位置。设计的应变试验测试装置采用无线测试方式，可快速精确的确定应变片黏贴位置，操作简单快捷，拆卸方便，避免人工操作带来的误差，确保测试位置的精确定位。

支架装置7在本试验系统中可实现两个功能，第一个功能即作为传感器的安装支架，实现振动信号(位移、速度、加速度)的测试。支架装置主要由左支架、右支架、安装孔及连接孔等组成。

左支架与右支架通过连接螺钉在连接孔处连接组成一体，方便支架装置的拆卸与装配；本系统设计的安装孔有a～g共7处，可根据实际情况进行调整，其特征在于保证每组孔a\c、b\d、d\e、e\g、f\a的中心轴线相互垂直，每对组合配合安装传感器使用。

支架装置7的第二个功能是模拟转子碰摩故障，通过支架的各个安装孔与碰摩头进行连接，碰摸头底部为半球形状，碰摸头与安装孔进行螺纹连接，通过旋转顶部实现与转子轴碰摩接触深度的调节，实现微弱到严重的碰摩故障模拟。并且基于不用的碰摩头数量可实现单点碰摩、多点碰摩的故障模拟，进而探究典型碰摩故障的内在机理。

本试验装置中转盘10端面如图7所示，端面周向排列均匀分布若干数量的圆形螺纹孔，目的是通过增加(配置螺栓)或减少(磨削)圆孔质量，实现转子系统不平衡故障的模拟，探究其内在机理。

支承平板15与第一轴承座8、第二轴承座11进行固结，端面如图8所示，本装置设计的定位孔各3个，根据实际情况设置不同数量，端面上的两侧孔对称布置，单侧孔的竖直中心轴线处于同一直线。端面上的定位孔与定位螺栓12间隙配合，支承平板15与底座16通过刚度极大的弹簧14进行连接，弹簧14处于压缩状态，弹簧14环绕定位螺栓12，两者竖直中心线重合，定位螺栓12与底座16固结，底座16与地面固结。正常状况下，通过调节螺母13调节两侧弹簧的压缩量，使第一轴承座8、第二轴承座11处于同一水平状态。通过改变弹簧的压缩量，从而可改变转子系统的支承刚度，因此可实现对不同支承刚度下转子系统的动力学特性进行研究。

在此软弹性支承的转子系统，通过调节弹簧压缩量，调整支出刚度，可以研究其频率俘获特性；当转子系统由零转速启动并升速到转子系统的临界转速附件，支承平板装置剧烈震动，导致转子本身不能获得足够的驱动能量，导致转速不能继续上升通过共振区，即“频率俘获”现象。

此外，还可通过调节两侧弹簧的压缩量，还可以模拟转子系统支持不对中故障现象，通过调节螺母，使两侧弹簧产生压缩量差，导致支持平板发生倾斜，两侧的轴承座也会产出高度差，因此可模拟转子系统支持不对中故障。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多功能转子实验测试装置，其特征在于：包括测速电机(1)、控制柜(2)、直流电机(3)、第一联轴器(4)、齿轮箱(5)、第二联轴器(6)、支架装置(7)、第一轴承座(8)、应变测试装置(9)、轮盘(10)、第二轴承座(11)、定位螺栓(12)、调节螺母(13)、弹簧(14)、支撑平板(15)、底座(16)和转子轴(17)；

所述直流电机(3)、齿轮箱(5)、支架装置(7)和底座(16)顺次固定在工作平台上，控制柜(2)与直流电机(3)电连接，直流电机(3)的一侧安装有测速电机(1)，直流电机(3)另一侧的输出端通过第一联轴器(4)与齿轮箱(5)的输出端相连接，齿轮箱(5)的输出端通过第二联轴器(6)与转子轴(17)相连接，转子轴(17)通过第一轴承座(8)和第二轴承座(11)安装在支撑平板(15)上，支撑平板(15)通过多个定位螺栓(12)与底座(16)建立连接，定位螺栓(12)上套有弹簧(14)，弹簧(14)位于支撑平板(15)和底座(16)之间，定位螺栓(12)的端部安装有调节螺母(13)，调节螺母(13)与支撑平板(15)的上端面相抵靠，支撑平板(15)可沿定位螺栓(12)上下滑动，应变测试装置(9)和轮盘(10)依次安装在转子轴(17)上，且位于第一轴承座(8)和第二轴承座(11)之间；

所述支架装置(7)包括左支架(71)、右支架(72)、安装孔(73)、第一连接孔(74)、碰摩头(75)和第二连接孔(77)；

所述左支架(71)和右支架(72)的一端固定安装在工作平台上，左支架(71)和右支架(72)的另一端分别设有第一连接孔(74)和第二连接孔(77)，第一连接孔(74)和第二连接孔(77)通过连接螺钉相连接，左支架(71)和右支架(72)的主体上均设有多个安装孔(73)，安装孔(73)内设有碰摩头(75)。

2.根据权利要求1所述的一种多功能转子实验测试装置，其特征在于：所述应变测试装置(9)包括上半环体(91)、下半环体(92)和应变片定位缝隙(93)；

所述上半环体(91)的两端设有安装凹槽，下半环体(92)的两端设有安装凸起，安装凸起位于安装凹槽内，上半环体(91)和下半环体(92)配合组成的圆环体的内部圆环面与转子轴(17)的外壁相贴合，上半环体(91)和下半环体(92)的弧形主体上均开有4～8个应变片定位缝隙(93)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能转子实验测试装置，其特征在于：所述轮盘(10)的端面周向均匀分布有多个圆形螺纹孔，圆形螺纹孔内设有配置螺栓。