CN112082743A - 超速保护试验台及超速保护试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超速保护试验台及超速保护试验方法,包括:支座,所述支座内形成用于容纳可绕轴线转动的转子飞锤组件的容置腔体;测速装置,设于所述支座,用于测量所述转子飞锤组件的转动速度;驱动装置,与所述转子飞锤组件相连,用于为所述转子飞锤组件提供驱动力;动作记录装置,设于所述支座,用于记录所述转子飞锤组件中的飞锤的飞出动作。本实施例可实现离线试验功能,不受在线机组状态的影响,也不需要在热停堆时间窗口执行,从而不受时间限制;本实施例可检测转子飞锤组件是否可以正常转动,以及检测转子飞锤组件中的飞锤是否能够在刚好到达预设的最高转速时飞出,并对飞锤位置进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及领域,特别是涉及超速保护试验台及超速保护试验方法。
背景技术
核电辅助给水泵为由汽轮机驱动的离心泵,其主要功能是在蒸发器丧失正常给水时向蒸发器二次侧提供给水。
核电辅助给水泵的运行速度高,最高转速可达9850r·min-1。一旦出现超速飞车故障,将对设备及人员造成极大的伤害,因此,为保障设备安全,该泵配有机械超速保护装置,当转速超出转子上的飞锤的动作设定值时飞锤飞出且超速保护装置动作,从而切断蒸汽供应以使汽动泵停运。因此,超速保护装置是一种极其重要的安全设备,其性能的稳定性非常关键,必须按一定周期对其进行试验,以验证、调整其动作性能,保证其功能可靠。
目前对于机械超速保护的试验方法均是利用汽轮机带动离心泵运转,通过关闭离心泵的入口阀减小泵的负载以使其超速,进而测定飞锤飞出时转子的转速,采用这种方法试验有以下几个不足:
1)只能在原设备上在线试验,受机组状态影响,只能在热停堆窗口执行;试验占用关键路径窗口,耗时长,每台泵试验时间3~4小时;试验需要机械、仪表、运行人员配合,人员投入数量大;在线试验外接润滑水需要消耗备件,经济效益差;试验需要高温、高压蒸汽,高速转动设备工业安全风险高;
2)采有泵气蚀原理降低负载使泵超速,气蚀对泵的水力部件损伤大;
3)超速试验过程中转速不易控制,转速变化速率高,升速过快、人工目视读数不易精确读取转子飞出时刻的转速;
4)不能提前对飞锤进行试验。实际试验时若飞锤重心有偏移,则飞锤飞出(超速保护装置启动)时刻转子的转速偏高或偏低,即超速保护装置提前或滞后启动,提前启动则无法保证给水泵的充分运行,而滞后启动会导致超速故障进而对设备和人员造成伤害,因此需要停机后对飞锤的位置进行调节并在原设备上多次重复试验,试验时会耗费大量的关键路径检修时间。
发明内容
基于此,有必要针对超速保护试验耗时费力、成本高,且无法提前对飞锤试验以调节飞锤位置的问题,提供一种超速保护试验台及超速保护试验方法。
一种超速保护试验台,包括:
支座,所述支座内形成用于容纳可绕轴线转动的转子飞锤组件的容置腔体;
测速装置,设于所述支座,用于测量所述转子飞锤组件的转动速度;
驱动装置,与所述转子飞锤组件相连,用于为所述转子飞锤组件提供驱动力;
动作记录装置,设于所述支座,用于记录所述转子飞锤组件中的飞锤的飞出动作。
上述超速保护试验台,至少具有以下有益的技术效果:
(1)本实施例可检测转子飞锤组件是否可以正常转动,以及检测转子飞锤组件中的飞锤是否能够在刚好到达预设的最高转速时飞出。若飞锤在预设的最高转速之前或之后飞出,则说明飞锤的安装位置出现偏差,停机并调节其在转子飞锤组件上的安装位置使其可以在刚好到达预设的最高转速时飞出。
(2)本实施例可实现离线试验功能,不受在线机组状态的影响,也不需要在热停堆时间窗口执行,从而不受时间限制;
(3)离线试验结果技术上可等效在线试验,由于取消了在线试验,从而不会占用检修时间,也不需要机械、仪表、运行人员的配合,只需一人即可完成试验;省去了在线试验外接润滑水的成本消耗,提升了经济效益;避免了由于在线试验采用泵气蚀原理对泵的水力部件的损伤,更避免了由于在线试验使用高温、高压蒸汽所带来的安全风险;
(4)驱动装置转速控制平稳,能够在到达最高转速时制动,测速装置可以实时检测速度;
(5)利用本实施例可提前对飞锤进行试验,若飞锤的安装位置不正确可以提前发现异常并立即停止试验调节飞锤的位置,避免了实际使用时由于飞锤的安装位置偏差导致飞锤飞出(超速保护装置启动)时转子的转速过高或过低,即可以避免超速保护装置提前或滞后启动。飞锤的安装位置调节好之后既能够保证给水泵的充分运行,又不会由于滞后启动导致超速故障进而对设备和人员造成伤害;并且上述调节过程在本实施例的试验台进行,不会由于在线试验浪费检修时间。
在其中一个实施例中,所述动作记录装置包括:
驱动部件,可转动地设于所述支座内,所述驱动部件包括驱动端和限位端,所述驱动端与所述飞锤在所述转子飞锤组件的轴向的位置一致且接近所述转子飞锤组件的表面,所述驱动端能够在所述飞锤飞出时承受撞击以使所述驱动部件发生转动,并使所述限位端向远离连接部件的方向移动;
连接部件,可转动地设于所述支座,包括设于所述支座内的卡接端和设于所述支座外的连接端,所述卡接端卡接于所述限位端以使所述连接部件保持锁定状态,且所述卡接端能够在所述限位端向远离所述连接部件的方向移动时与所述限位端分离,从而解除所述连接部件的锁定状态;
限位开关,设于所述支座外,所述限位开关能够在所述连接部件保持锁定状态时与所述连接端相接触,且所述限位开关能够在所述连接部件解除锁定状态时与所述连接端分离并生成记录信号。
在其中一个实施例中,所述动作记录装置还包括复位手柄,设于所述支座外且与所述连接端相连。
在其中一个实施例中,所述动作记录装置还包括连接弹簧,所述连接弹簧的两端分别与所述驱动部件及所述支座相连,用于促进所述驱动部件复位。
在其中一个实施例中,所述测速装置包括:
霍尔测速传感器,所述霍尔测速传感器的测速端置于所述容置腔体内且指向所述转子飞锤组件;
磁体,设有两个,所述磁体设于所述转子飞锤组件的表面且位于所述测速端指向的所述转子飞锤组件的轴向位置,两个所述磁体的连线与所述转子飞锤组件的轴线相交。
在其中一个实施例中,所述超速保护试验台还包括润滑系统,所述润滑系统包括:
液体存储部件;
泵出部件,包括泵出口和泵入口,所述泵入口与所述液体存储部件相连接;
进入通道,贯通形成于所述支座的侧壁,且进入通道露出支座表面的外端口与所述泵出口相连通;
回流通道,贯通形成于所述支座的侧壁,所述进入通道露出支座表面的外端口与所述液体存储部件相连通。
在其中一个实施例中,所述液体存储部件包括水箱,所述泵出部件包括水泵,水泵通过软管与进入通道相连通,回流通道通过回水管与水箱相连通。
在其中一个实施例中,所述液体存储部件和所述泵出部件设于所述支座下部设置的柜体内。
在其中一个实施例中,所述液体存储部件还包括压力传感器,所述压力传感器的测试端置于所述容置腔体内,用于检测所述容置腔体内部的液体压力。
在其中一个实施例中,所述超速保护试验台还包括位移测量装置,用于测量所述飞锤的位移。
在其中一个实施例中,所述转子飞锤组件包括:
转子,所述转子中沿径向形成通孔,所述通孔内环绕内壁形成凸起;
飞锤,沿径向置入所述通孔内,包括飞出端和定位端,所述飞出端、所述定位端与所述通孔之间分别填充有第一封堵体和第二封堵体,所述飞锤的周向表面设有限位环,所述限位环与所述凸起之间具有径向间隙,且能够被所述凸起沿径向阻挡从而限制所述飞锤向飞出端移动;
支撑弹簧,套设于所述飞锤表面,且所述支撑弹簧的两端分别沿径向顶住所述第一封堵体和所述限位环。
在其中一个实施例中,所述飞锤包括外飞锤体、与外飞锤体同轴设于其内部的内飞锤体及套设于所述内飞锤体的表面的压缩弹簧,所述内飞锤体包括打击端和支撑端,打击端与所述飞锤的飞出端处于同侧,所述支撑端环绕周向设有凸台,所述压缩弹簧的两端分别与所述外飞锤体的内壁和所述内飞锤体的凸台相连,所述内飞锤体的重心O位于转子的中心轴线向打击端偏移的一侧且偏心距为e,所述飞锤整体的重心O'位于转子的中心轴线向支撑端偏移的一侧。
在其中一个实施例中,所述支座包括支座本体、沿转子飞锤组件的轴向设于所述支座本体两侧的侧端盖,以及设于所述转子飞锤组件的周向表面一侧且与支座本体相连的检修端盖。
在其中一个实施例中,还包括控制器,所述控制器的输入端与所述测速装置、所述动作记录装置分别通讯连接,用于接收记录所述测速装置、所述动作记录装置检测的数据;所述控制器的输出端与所述驱动装置通讯连接以控制驱动所述驱动装置。
在其中一个实施例中,所述驱动装置包括变频电机,所述变频电机的输出轴通过联轴器与所述转子飞锤组件相连用于驱动所述转子飞锤组件转动。
一种超速保护试验方法,包括如下步骤:
控制器控制驱动装置启动并以预设速度提升驱动装置的转速;
测速装置实时测得转子飞锤组件的转动速度数据并传输至所述控制器,当驱动装置的转速到达预设最高转速时,动作记录装置记录飞锤的飞出动作并将飞出时刻T0传输至所述控制器;
控制器获取飞出时刻T0时转子飞锤组件的实际转速ω0,并基于实际转速ω0计算得出重心调整量Δe,作为调节依据。
在其中一个实施例中,当所述转子飞锤组件的转速达到所述控制器内部预设额定转速还未停止时,控制器控制所述驱动装置停止运行。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的超速保护试验台的示意图;
图2为图1内部结构的剖视图;
图3为转子飞锤组件安装于图2的超速保护试验台的支座内的俯视图;
图4为转子飞锤组件安装于图2的超速保护试验台的支座内的左视图;
图5为图4中的转子飞锤组件的放大图;
图6为图1中A处的放大图;
图7为图5的转子飞锤组件中的飞锤的示意图;
图中,100、支座;110、容置腔体;120、轴承;101、支座本体;102、侧端盖;103、检修端盖;
200、测速装置;210、霍尔测速传感器;220、磁体;
300、驱动装置;
400、动作记录装置;410、驱动部件;411、驱动端;412、限位端;420、连接部件;421、卡接端;422、连接端;423、转轴;430、限位开关;440、复位手柄;450、连接弹簧;
500、润滑系统;510、液体存储部件;520、泵出部件;521、软管;530、进入通道;540、回流通道;541、回水管;
600、压力传感器;
700、位移测量装置;710、位移传感器;
800、柜体;
900、转子飞锤组件;910、转子;911、通孔;912、凸起;920、飞锤;921、飞出端;922、定位端;923、限位环;
9201、外飞锤体;9201a、端盖;9202、内飞锤体;9202a、打击端;9202b、支撑端;9203、压缩弹簧;
930、第一封堵体;940、第二封堵体;950、支撑弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明权利要求所限定的各种实施例进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例,其包含各种特定的细节以助于该理解,但这些细节应当被视为仅是示范性的。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相应地,本领域普通技术人员将认识到,在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下,可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外,为了清楚和简洁起见,可能省略对熟知的功能和构造的描述。
对本领域技术人员显而易见的是,提供对本发明的各种实施例的下列描述,仅是为了解释的目的,而不是为了限制由随附的权利要求所限定的本发明。
贯穿本申请文件的说明书和权利要求,词语“包括”和“包含”以及词语的变型,例如“包括有”和“包括”意味着“包含但不限于”,而不意在(且不会)排除其他部件、整体或步骤。结合本发明的特定的方面、实施例或示例所描述的特征、整体或特性将被理解为可应用于本文所描述的任意其他方面、实施例或示例,除非与其不兼容。
应当理解的是,单数形式“一”、“一个”和“该”包含复数的指代,除非上下文明确地另有其他规定。在本发明中所使用的表述“包含”和/或“可以包含”意在表示相对应的功能、操作或元件的存在,而非意在限制一个或多个功能、操作和/或元件的存在。此外,在本发明中,术语“包含”和/或“具有”意在表示申请文件中公开的特性、数量、操作、元件和部件,或它们的组合的存在。因此,术语“包含”和/或“具有”应当被理解为,存在一个或多个其他特性、数量、操作、元件和部件、或它们的组合的额外的可能性。
在本发明中,表述“或”包含一起列举的词语的任意或所有的组合。例如,“A或B”可以包含A或者B,或可以包含A和B两者。
应当理解的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件;当一个元件被认为是“连接”或“耦合”另一个元件,它可以是直接或耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
文中提到的“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员所通常理解的含义相同。还应理解的是,术语(比如常用词典中限定的那些术语),应解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中一致的含义,并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释,除非在本文中明确地这样限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1-图4所示,本发明一实施例中,提供一种超速保护试验台,包括:
支座100,所述支座100内形成用于容纳可绕轴线转动的转子飞锤组件900的容置腔体110;
测速装置200,设于所述支座100,用于测量所述转子飞锤组件900的转动速度;
驱动装置300,与所述转子飞锤组件900相连,用于为所述转子飞锤组件900提供驱动力;
动作记录装置400,设于所述支座100,用于记录所述转子飞锤组件900中的飞锤920的飞出动作及飞出时间。
转子飞锤组件900通常包括转子910及沿径向置入转子910内的飞锤920,飞锤920可随转子910同步转动,随着转速增大飞锤920的离心力增大。正常状态下,当转速达到预设的最高转速时,飞锤920的离心力克服转子910对其的限制力并沿径向移动至凸出于转子910的周向表面一定距离,此即为飞锤920飞出的动作。
具体的,本实施例实施时,将转子飞锤组件900安装到支座100内并在驱动装置300的驱动下转动时,测速装置200实时测得转子飞锤组件900整体的转动速度,随着转子飞锤组件900转速的提升,动作记录装置400实时记录飞锤920的动作,通过动作记录装置400读取飞锤920的飞出时刻T0,然后对应读取T0时刻测速装置200测得的转子910速度,即为飞锤920飞出时的实际转速ω0,此处转速为转动角速度。
本实施例可检测转子飞锤组件900是否可以正常转动,以及检测转子飞锤组件900中的飞锤920是否能够在刚好到达预设的最高转速时飞出。若飞锤920在预设的最高转速之前或之后飞出,则说明飞锤920的安装位置出现偏差,停机并调节其在转子飞锤组件900上的安装位置使其可以在刚好到达预设的最高转速时飞出。
本实施例可实现离线试验功能,不受在线机组状态的影响,也不需要在热停堆时间窗口执行,从而不受时间限制;
离线试验结果技术上可等效在线试验,由于取消了在线试验,从而不会占用检修时间,也不需要机械、仪表、运行人员的配合,只需一人即可完成试验;省去了在线试验外接润滑水的成本消耗,提升了经济效益;避免了由于在线试验采用泵气蚀原理对泵的水力部件的损伤,更避免了由于在线试验使用高温、高压蒸汽所带来的安全风险;
驱动装置300转速控制平稳,能够在到达最高转速时制动,测速装置200可以实时检测速度;
利用本实施例可提前对飞锤920进行试验,若飞锤920的安装位置不正确可以提前发现异常并立即停止试验调节飞锤920的位置,避免了实际使用时由于飞锤920的安装位置偏差导致飞锤920飞出(超速保护装置启动)时转子910的转速过高或过低,即可以避免超速保护装置提前或滞后启动。飞锤920的安装位置调节好之后既能够保证给水泵的充分运行,又不会由于滞后启动导致超速故障进而对设备和人员造成伤害;并且上述调节过程在本实施例的试验台进行,不会由于在线试验浪费检修时间。
参考图4和图6,在一些实施例中,所述动作记录装置400包括:
驱动部件410,可转动地设于所述支座100内,所述驱动部件410包括驱动端411和限位端412,所述驱动端411与所述飞锤920在所述转子飞锤组件900的轴向的位置一致且接近所述转子飞锤组件900的表面,所述驱动端411能够在所述飞锤920飞出时承受撞击以使所述驱动部件410发生转动,并使所述限位端412向远离所述连接部件420的方向移动;
连接部件420,可转动地设于所述支座100,包括设于所述支座100内的卡接端421和设于所述支座100外的连接端422,所述卡接端421卡接于所述限位端412以使所述连接部件420保持锁定状态,且所述卡接端421能够在所述限位端412向远离所述连接部件420的方向移动时与所述限位端412分离,从而解除所述连接部件420的锁定状态;
限位开关430,设于所述支座100外,所述限位开关430能够在所述连接部件420保持锁定状态时与所述连接端422相接触,且所述限位开关430能够在所述连接部件420解除锁定状态时与所述连接端422分离并生成记录信号。
具体的,连接部件420固定在转轴423上且可绕转轴423旋转。转子飞锤组件900低速转动时,驱动端411与转子飞锤组件900的表面不相接触,从而保持位置稳定。当转子飞锤组件900到达最高转速时飞锤920沿径向移动至凸出于转子910的周向表面,飞锤920与驱动端411接触时所述驱动端411承受撞击从而使所述驱动部件410发生转动,并使所述限位端412向远离所述连接部件420的方向移动;所述限位端412移动时卡接端421与所述限位端412分离,从而解除所述连接部件420的锁定状态,连接部件420绕转轴423转动时限位开关430与连接端422分离并生成记录信号,记录信号直接存储在动作记录装置400的内部,也可传输至外接的数据采集卡中被存储和随时读取。
进一步的,所述动作记录装置400还包括复位手柄440,设于所述支座100外且与所述连接端422相连。试验停止后,通过操作复位手柄440可操作连接部件420复位至初始状态,为下一次试验做准备。
进一步的,所述动作记录装置400还包括连接弹簧450,所述连接弹簧450的两端分别与所述驱动部件410及所述支座100相连,用于促进所述驱动部件410复位。驱动部件410在转子910的驱动作用下转动时,会导致连接弹簧450发生形变并储能,试验停止后,连接弹簧450中的能量促进驱动部件410恢复到初始位置,从而有利于多次重复试验。
当然,在其他一些实施例中,动作记录装置400可以采用高速摄像机、图像传感器等结构,此处不作限制。
参考图4,在一些实施例中,所述测速装置200包括:
霍尔测速传感器210,所述霍尔测速传感器210的测速端置于所述容置腔体110内且指向所述转子飞锤组件900;
磁体220,设有两个,所述磁体220设于所述转子飞锤组件900的表面且位于所述测速端指向的所述转子飞锤组件900的轴向位置,两个所述磁体220的连线与所述转子飞锤组件900的轴线相交。
具体的,由于磁体220设于所述转子飞锤组件900的表面且位于所述测速端指向的所述转子飞锤组件900的轴向位置,且两个所述磁体220的连线与所述转子飞锤组件900的轴线相交,因而两个磁体220分别安装于转子飞锤组件900周向180度对称位置处。转子飞锤组件900转动时霍尔测速传感器210接收到交变磁场,进而得出转速,测得的速度直接存储在内部,也可传输至外接的数据采集卡中。本实施例结构简单,测得的转动速度可靠,能够作为后续试验研究的依据。
参考图2,在一些实施例中,所述超速保护试验台还包括润滑系统500,所述润滑系统500包括:
液体存储部件510;
泵出部件520,包括泵出口和泵入口,所述泵入口与所述液体存储部件510相连接;
进入通道530,贯通形成于所述支座100的侧壁,且进入通道530露出支座100表面的外端口与所述泵出口相连通;
回流通道540,贯通形成于所述支座100的侧壁,所述进入通道530露出支座100表面的外端口与所述液体存储部件510相连通。
具体的,泵出部件520将液体存储部件510中的液体泵出,液体通过进入通道530进入到容置腔体110内为转子飞锤组件900的转动提供润滑,可以减轻摩擦;转动产生的热量交换到容置腔体110内的液体中,随着液体通过回流通道540向外排出热量也被及时向外传递至液体存储部件510内部被发散掉。
本实施例的润滑系统500能够模拟在线试验状态,为转子飞锤组件900的转动提供润滑;同时可以及时为转子飞锤组件900的转动提供散热,从而保证试验的正常持续进行。
进一步的,所述液体存储部件510包括水箱,所述泵出部件520包括水泵,水泵通过软管521与进入通道530相连通,回流通道540通过回水管541与水箱相连通。本实施例利用水箱中的水为支座100中转子飞锤组件900的转动提供润滑,能够减轻摩擦,同时转动产生的热量可交换到容置腔体110内的水中并通过回水管541向外排出,从而能够为系统运行提供有效散热。
进一步的,所述液体存储部件510和所述泵出部件520设于所述支座100下部设置的柜体800内。该设置形式使得整体结构布置更加简洁。
进一步的,还包括压力传感器600,所述压力传感器600的测试端置于所述容置腔体110内,用于检测所述容置腔体110内部的液体压力。压力异常时可以及时调节泵出部件520的泵出速度,以保持液体压力恒定。
传统飞锤920调整时完全依靠经验,调整后无法测量飞锤920定位,调整精度低,试验一般不能一次调整合格。参考图4,在一些实施例中,所述超速保护试验台还包括位移测量装置700,用于测量所述飞锤920的位移。具体的,在调节飞锤920的位置时位移测量装置700可以实时跟踪测量飞锤920的位移变化并将位移数据传输至外部的显示设备供操作者查看,从而快速调节飞锤920使其到达所需位置,只需一次调节即可将飞锤920调节到最合适的位置,不需要多次试验重复调整,节约了时间,也节省了多次试验的人力和运行成本。
进一步的,所述位移测量装置700包括位移传感器710,所述位移传感器710的测头置于所述容置腔体110内且与所述飞锤920在沿所述转子飞锤组件900的轴向的位置一致。位移传感器710采用非接触式测量,可以实时测得飞锤920的实际位移,测量数据精确、稳定性好。
参考图5,在一些实施例中,所述转子飞锤组件包括:
转子910,所述转子910中沿径向形成通孔911,所述通孔911内环绕内壁形成凸起912;
飞锤920,沿径向置入所述通孔911内,包括飞出端921和定位端922,所述飞出端921、所述定位端922与所述通孔911之间分别填充有第一封堵体930和第二封堵体940,所述飞锤920的周向表面设有限位环923,所述限位环923与所述凸起912之间具有径向间隙,且能够被所述凸起912沿径向阻挡从而限制所述飞锤920向飞出端921移动;
支撑弹簧950,套设于所述飞锤920表面,且所述支撑弹簧950的两端分别沿径向顶住所述第一封堵体930和所述限位环923。
具体的,第一封堵体930和第二封堵体940能够防止飞锤920从通孔911内掉落,当飞锤920高速旋转达到设定的动作转速时,会向飞出端921移动,此时所述限位环923与所述凸起912之间的径向间隙减小同时支撑弹簧950长度缩短,直至凸起912沿径向阻挡限位环923从而防止飞锤920脱离转子910。当试验停止时,支撑弹簧950中的弹性势能释放长度恢复同时促进飞锤920复位。本实施例能够防止飞锤920与转子910脱离,且可以自由复位,不需要在每次试验完成后人为操作使飞锤920恢复初始状态,为重复试验提供了方便。
参考图7,在一些实施例中,所述飞锤920包括外飞锤体9201、与外飞锤体9201同轴设于其内部的内飞锤体9202及套设于所述内飞锤体9202的表面的压缩弹簧9203,内飞锤体9202包括打击端9202a和支撑端9202b,打击端9202a与飞锤920的飞出端921处于同侧,支撑端9202b环绕周向设有凸台,压缩弹簧9203的两端分别与外飞锤体9201的内壁和内飞锤体9202的凸台相连,内飞锤体9202的重心O位于转子910的中心轴线向打击端9202a偏移的一侧,其偏心距为e,飞锤920整体的重心O'位于转子910的中心轴线向支撑端9202b偏移的一侧;外飞锤体9201通过端盖9201a密封以防介质进入内部,避免外部介质对内飞锤体9202动作的影响。
本实施例中,内飞锤体9202的重心和飞锤920整体的重心分别位于转子910的中心轴线两侧,随着转速增加,内飞锤体9202向打击端9202a移动并击打外飞锤体9201的内壁,此时飞锤920的整体重心会越过转子910的中心轴线,从而飞锤920整体在离心力的作用下移动至凸出于转子910的周向表面被动作记录装置400记录。本实施例低速状态下飞锤920不移动,当高速旋转达到设定的动作转速时,飞锤920重心偏移,从而能够满足试验使用需求。
参考图2,在一些实施例中,所述容置腔体110内设有用于固定支撑所述转子飞锤组件900以使其在所述支座100内转动的轴承120。具体的,轴承120可以是滚珠轴承120等结构,其外圈固定于支座100中,内圈固定套在转子飞锤组件900上,转子飞锤组件900和内圈能够相对于外圈自由旋转,从而保证转子飞锤组件900的正常运转。
参考图3,在一些实施例中,所述支座100包括支座本体101、沿转子飞锤组件900的轴向设于所述支座本体101两侧的侧端盖102,以及设于所述转子飞锤组件900的周向表面一侧且与支座本体101相连的检修端盖103。打开检修端盖103可对内部的转子飞锤组件900实时检修,打开侧端盖102后可以方便安装轴承120及转子飞锤组件900。
在一些实施例中,还包括控制器,所述控制器的输入端与所述测速装置200、所述动作记录装置400分别通讯连接,用于接收记录所述测速装置200、所述动作记录装置400检测的数据;所述控制器的输出端与所述驱动装置300通讯连接以控制驱动所述驱动装置300。进一步的,还包括显示器,与所述控制器的输出端相连接,用于实时显示所述测速装置200、所述动作记录装置400检测的数据。
控制器同时接收记录所述测速装置200、所述动作记录装置400检测的数据,即可直接读取飞锤920飞出的时刻T0时测速装置200测得的转子910速度,从而方便了飞锤920飞出实际转速的获取;利用控制器可自由控制驱动装置300的启动和停止,实现了系统的自动控制。
在一些实施例中,所述驱动装置300包括变频电机,所述变频电机的输出轴通过联轴器与所述转子飞锤组件900相连用于驱动所述转子飞锤组件900转动。具体的,可根据需要在变频电机内预设转速提升程序,变频电机的转速即可按预设速度提升。本实施例中,利用变频电机可以平稳控制转速,且能够在需要停机时及时制动。
本发明一实施例中,提供一种超速保护试验方法,具体包括如下步骤:
(1)控制器控制驱动装置300启动并以预设速度提升驱动装置300的转速;
(2)测速装置200实时测得转子飞锤组件900的转动速度数据并传输至所述控制器,当驱动装置300的转速到达预设最高转速时,动作记录装置400记录飞锤920的飞出动作并将飞出时刻T0传输至所述控制器;
(3)控制器获取飞出时刻T0时转子飞锤组件900的实际转速ω0,并基于实际转速ω0计算得出重心调整量Δe,作为调节依据;
(4)当转子飞锤组件900的转速达到控制器内部预设额定转速时还未停止,控制器控制驱动装置300停止转动。
飞锤920的重心调整量Δe计算原理如下:
如图7所示,为飞锤920的结构图,其主要包括外飞锤体9201、与外飞锤体9201同轴设于其内部的内飞锤体9202及套设于所述内飞锤体9202的表面的压缩弹簧9203,内飞锤体9202包括打击端9202a和支撑端202b,支撑端202b环绕周向设有凸台,压缩弹簧9203的两端分别与外飞锤体9201的内壁和内飞锤体9202的凸台相连,内飞锤体9202的重心位于转子910的中心轴线向打击端9202a偏移的一侧,其偏心距为e,飞锤920整体的重心位于转子910的中心轴线向支撑端202b偏移的一侧;外飞锤体9201通过端盖9201a密封以防介质进入内部,避免外部介质对内飞锤体9202动作的影响。如图7所示,正常运行时内飞锤体9202受离心力Fb及弹簧力作用,转速未达到动作转速前弹簧力大于离心力Fb,内飞锤体9202保持不动;当转速大于设定的动作转速时内飞锤体9202的离心力Fb大于弹簧力,内飞锤体9202向左移动并击打外飞锤体9201的内壁,此时飞锤920的整体重心会左移越过转子910的中心轴线,从而飞锤920整体在离心力的作用下移动至凸出于转子910的周向表面并被动作记录装置400记录,此即为飞锤920飞出时间T0,通过测速装置200读取该时刻的实际转速ω0。飞锤920飞出时转子飞锤组件900的转速与偏心距e具有相关性,具体可通过调整飞锤920在转子910内的径向位置来调整。
具体的,内飞锤体9202所受的离心力为Fb,压缩弹簧9203因离心力对内飞锤体9202的支撑端202b产生的作用力为Pi,压缩弹簧9203因压缩对对内飞锤体9202的支撑端202b的作用力为Fs,则飞锤920因转子910转速增加而飞出的条件为:
Fb>=Pi+Fs (1)
其中,压缩弹簧9203的离心力Pi可由以下公式计算:
Pi=K(α·Xa-β·Xb)
式中K为压缩弹簧9203的刚度,Xa为压缩弹簧9203上与内飞锤体9202的凸台相连的一端距转子910的中心轴线的距离,Xb为压缩弹簧9203上与外飞锤体9201的内壁相连的一端距转子910的中心轴线的距离,其中α、β分别为:
其中,g为重力加速度,ms为压缩弹簧9203的质量,ω为转子910角速度。
Fb=mω2e,式中m为内飞锤920质量。
Fs=K·ΔL,式中ΔL为压缩弹簧9203的压缩量。
将实际转速ω0代入式(1),可得出对应的偏心距e1;将预设转速代入式(1),计算得出预期的偏心距e2,则飞锤920重心调整量为Δe=e2-e1,沿径向在转子910内调节飞锤920的位置即可。
本实施例中,测量出飞锤920飞出动作瞬间的实际转速ω0后,控制器基于实际转速ω0自动计算出飞锤920重心调整量,试验停止后沿径向调整飞锤920的重心即可,从而为试验人员提供了可靠的调整依据。
以上描述中,尽管可能使用例如“第一”和“第二”的表述来描述本发明的各个元件,但它们并未意于限定相对应的元件。例如,上述表述并未旨在限定相对应元件的顺序或重要性。上述表述用于将一个部件和另一个部件区分开。
本文中在本发明的说明书中所使用的术语集仅是为了描述特定的实施例的目的,而并非意在限制本发明。单数的表述包含复数的表述,除非在其间存在语境、方案上的显著差异。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式,而非用于限制本发明的保护范围,本发明的保护范围由所附的权利要求确定。
本领域技术人员可以理解的是,以上所述实施例的各技术特征可以相应地省去、添加或者以任意方式组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,并且,本领域技术人员能够想到的简单变换方式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,虽然已经参考各种实施例示出和描述了本发明,对于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,还可以做出若干形式和细节上的各种变形和改进,而不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (17)
1.一种超速保护试验台,其特征在于,包括:
支座,所述支座内形成用于容纳可绕轴线转动的转子飞锤组件的容置腔体;
测速装置,设于所述支座,用于测量所述转子飞锤组件的转动速度;
驱动装置,与所述转子飞锤组件相连,用于为所述转子飞锤组件提供驱动力;
动作记录装置,设于所述支座,用于记录所述转子飞锤组件中的飞锤的飞出动作。
2.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述动作记录装置包括:
驱动部件,可转动地设于所述支座内,所述驱动部件包括驱动端和限位端,所述驱动端与所述飞锤在所述转子飞锤组件的轴向的位置一致且接近所述转子飞锤组件的表面,所述驱动端能够在所述飞锤飞出时承受撞击以使所述驱动部件发生转动,并使所述限位端向远离连接部件的方向移动;
连接部件,可转动地设于所述支座,包括设于所述支座内的卡接端和设于所述支座外的连接端,所述卡接端卡接于所述限位端以使所述连接部件保持锁定状态,且所述卡接端能够在所述限位端向远离所述连接部件的方向移动时与所述限位端分离,从而解除所述连接部件的锁定状态;
限位开关,设于所述支座外,所述限位开关能够在所述连接部件保持锁定状态时与所述连接端相接触,且所述限位开关能够在所述连接部件解除锁定状态时与所述连接端分离并生成记录信号。
3.根据权利要求2所述的超速保护试验台,其特征在于,所述动作记录装置还包括复位手柄,设于所述支座外且与所述连接端相连。
4.根据权利要求2所述的超速保护试验台,其特征在于,所述动作记录装置还包括连接弹簧,所述连接弹簧的两端分别与所述驱动部件及所述支座相连,用于促进所述驱动部件复位。
5.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述测速装置包括:
霍尔测速传感器,所述霍尔测速传感器的测速端置于所述容置腔体内且指向所述转子飞锤组件;
磁体,设有两个,所述磁体设于所述转子飞锤组件的表面且位于所述测速端指向的所述转子飞锤组件的轴向位置,两个所述磁体的连线与所述转子飞锤组件的轴线相交。
6.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述超速保护试验台还包括润滑系统,所述润滑系统包括:
液体存储部件;
泵出部件,包括泵出口和泵入口,所述泵入口与所述液体存储部件相连接;
进入通道,贯通形成于所述支座的侧壁,且进入通道露出支座表面的外端口与所述泵出口相连通;
回流通道,贯通形成于所述支座的侧壁,所述进入通道露出支座表面的外端口与所述液体存储部件相连通。
7.根据权利要求6所述的超速保护试验台,其特征在于,所述液体存储部件包括水箱,所述泵出部件包括水泵,水泵通过软管与进入通道相连通,回流通道通过回水管与水箱相连通。
8.根据权利要求6所述的超速保护试验台,其特征在于,所述液体存储部件和所述泵出部件设于所述支座下部设置的柜体内。
9.根据权利要求6所述的超速保护试验台,其特征在于,所述液体存储部件还包括压力传感器,所述压力传感器的测试端置于所述容置腔体内,用于检测所述容置腔体内部的液体压力。
10.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述超速保护试验台还包括位移测量装置,用于测量所述飞锤的位移。
11.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述转子飞锤组件包括:
转子,所述转子中沿径向形成通孔,所述通孔内环绕内壁形成凸起;
飞锤,沿径向置入所述通孔内,包括飞出端和定位端,所述飞出端、所述定位端与所述通孔之间分别填充有第一封堵体和第二封堵体,所述飞锤的周向表面设有限位环,所述限位环与所述凸起之间具有径向间隙,且能够被所述凸起沿径向阻挡从而限制所述飞锤向飞出端移动;
支撑弹簧,套设于所述飞锤表面,且所述支撑弹簧的两端分别沿径向顶住所述第一封堵体和所述限位环。
12.根据权利要求11所述的超速保护试验台,其特征在于,所述飞锤包括外飞锤体、与外飞锤体同轴设于其内部的内飞锤体及套设于所述内飞锤体的表面的压缩弹簧,所述内飞锤体包括打击端和支撑端,打击端与所述飞锤的飞出端处于同侧,所述支撑端环绕周向设有凸台,所述压缩弹簧的两端分别与所述外飞锤体的内壁和所述内飞锤体的凸台相连,所述内飞锤体的重心O位于转子的中心轴线向打击端偏移的一侧且偏心距为e,所述飞锤整体的重心O'位于转子的中心轴线向支撑端偏移的一侧。
13.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述支座包括支座本体、沿转子飞锤组件的轴向设于所述支座本体两侧的侧端盖,以及设于所述转子飞锤组件的周向表面一侧且与支座本体相连的检修端盖。
14.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,还包括控制器,所述控制器的输入端与所述测速装置、所述动作记录装置分别通讯连接,用于接收记录所述测速装置、所述动作记录装置检测的数据;所述控制器的输出端与所述驱动装置通讯连接以控制驱动所述驱动装置。
15.根据权利要求1所述的超速保护试验台,其特征在于,所述驱动装置包括变频电机,所述变频电机的输出轴通过联轴器与所述转子飞锤组件相连用于驱动所述转子飞锤组件转动。
16.一种超速保护试验方法,其特征在于,包括如下步骤:
控制器控制驱动装置启动并以预设速度提升驱动装置的转速;
测速装置实时测得转子飞锤组件的转动速度数据并传输至所述控制器,当驱动装置的转速到达预设最高转速时,动作记录装置记录飞锤的飞出动作并将飞出时刻T0传输至所述控制器;
控制器获取飞出时刻T0时转子飞锤组件的实际转速ω0,并基于实际转速ω0计算得出重心调整量Δe,作为调节依据。
17.根据权利要求16所述的超速保护试验方法,其特征在于,当所述转子飞锤组件的转速达到所述控制器内部预设额定转速还未停止时,控制器控制所述驱动装置停止运行。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201215 |