CN112747910B - 一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，该装置包括无泄漏泵的动压悬浮转子、调速电机、外转子第一观测窗、第二观测窗、标识环、驱动悬浮转子旋转的磁传动部件以及测量部件。调速电机和磁传动部件驱动无泄漏泵的动压悬浮转子，替代无泄漏泵的电机定子及外接电源，使动压悬浮转子完全密封在转子室内；在转子室壁面上开设有第一观测窗和第二观测窗，通过观测窗和标识环测量动压悬浮转子在转子室内的运动状态。采用该装置可在维持无泄漏泵正常工作的前提下进行动压悬浮转子运转性能试验，测量动压悬浮转子在泵内的运动状态，以及无泄漏泵的基本性能。本发明可使得无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置运行稳定、可靠，并保证试验的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，属于无泄漏叶片泵机组的动压悬浮转子运转性能检测技术领域。
背景技术
目前最广泛使用的叶片泵按照叶轮的支承结构主要可分为外接机械轴的形式，此外还有磁悬浮的形式。对有外接机械轴的叶片泵，由于采用了机械密封或其它轴封装置，泵内流体与泵外界环境不能完全隔离，不能有效防止泵内流体与外界的接触，而且由于机械密封需要适量的流体润滑，所以原理上做不到泵的无泄漏；对使用磁悬浮的叶片泵，虽然可解决流体渗漏、泵内流体与外界接触的问题，但实现磁悬浮功能的控制系统复杂，而当叶片泵本身尺寸较小时，控制元器件难以布置，且容易导致复杂的结构与臃肿的体积。为此，已有发明专利ZL200710062857.6与ZL200910084273.8采用了流体动压悬浮转子的结构，可解决机械支撑的泄漏与磁悬浮支撑的结构复杂问题。对于外接机械轴的叶片泵，通常可以按照中国国家标准GB/T 3216-2016“回转动力泵水力性能验收试验1级、2级和3级”进行检测并评价泵的运转性能。但对于采用动压悬浮转子的无泄漏泵，目前没有合适的技术或标准用于这类泵的性能检测。因为动压悬浮转子的运动性能是这类无泄漏泵动力性能的关键，所以迫切需要研发相应的检测装置来评估无泄漏叶片泵机组动压悬浮转子的运动性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，使其可以在维持动压悬浮转子在无泄漏泵内的运动的同时，通过相应的仪器检测动压悬浮转子在不同工作状态下的运动轨迹，以及动压悬浮转子与泵体内壁之间的瞬态位置关系，从而评价无泄漏动压悬浮转子的运转性能，从而为研发动压悬浮式无泄漏泵提供基本的技术保障。
本发明的技术方案如下：
一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，该无泄漏泵包括泵出口、泵进口、叶轮、泵体、转子室、泵转子第一部分以及泵转子第二部分；其中：叶轮分别与泵转子第一部分和泵转子第二部分固定联接构成无泄漏泵的动压悬浮转子；
其特征在于，所述检测装置包括调速电机、外转子第一观测窗、第二观测窗、驱动悬浮转子旋转的磁传动部件以及测量部件；所述调速电机的电机轴通过传动机构与外转子固定连接，外转子通过轴承安装在所述转子室的外侧；所述的第一观测窗和第二观测窗设置在转子室上；在所述泵转子第二部分的外侧表面设有环形凹槽，并在环形凹槽的底部设有标识环；所述第一观测窗和第二观测窗与标识环位于泵转子第二部分轴线的同一横断面内。
进一步地，所述磁传动部件包括外转子永磁体和泵转子永磁体；外转子永磁体设置在外转子的内侧，泵转子永磁体设置在泵转子第二部分的外侧，外转子永磁体与泵转子永磁体相对布置。优选的，在外转子永磁体的内侧设有外转子永磁体挡圈，在泵转子永磁体的外侧设有泵转子永磁体挡圈。
本发明所述传动机构包括柔性联轴器和联接轴，所述电机轴经柔性联轴器和联接轴与外转子固定连接；所述电机轴、外转子和转子室三者的轴心线重合。
进一步地，所述第一观测窗与第二观测窗相对于动压悬浮转子的中心线垂直分布，且相对于标识环的中心线互相呈90°布置；优选地，第一观测窗和第二观测窗的直径d最好为标识环宽度l的1.1-2.0倍，且宽度l与泵转子第二部分直径D的比值至少为0.05。
进一步地，所述轴承包括分别设置在磁传动部件两侧的第一轴承和第二轴承；或采用轴承组，该轴承组安装在第一轴承所处的位置。
本发明所述的第一观察窗和第二观测窗是由开设在转子室壁面上的阶梯孔、透明层和中心带有圆孔的压盖构成，透明层被压盖通过螺栓固定在阶梯孔内。
本发明所述的测量部件包括设置在泵出口的流量传感器或流量计，设置在泵出口与泵进口之间的差压传感器，分别设置在第一观测窗和第二观测窗的激光位移传感器，设置在泵进口的声压传感器，设置在泵体上的加速度传感器，以及设置在电机轴与柔性联轴器或联接轴与柔性联轴器的扭矩传感器。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①调速电机、电机轴、柔性联轴器、联接轴、联接键和内侧镶嵌有外转子永磁体的外转子构成该检测装置的磁传动部件。以该磁传动部件替代无泄漏泵的电机定子及外接电源，驱动无泄漏泵的动压悬浮转子，可以在保证无泄漏泵真实工作条件的基础上实现动压悬浮转子运转性能的实时检测，提高了试验精度；②外转子经由第一轴承和第二轴承设置在转子室外侧，可以稳定地向泵转子第二部分传递动力，而无泄漏泵的动压悬浮转子则完全密封在转子室内，在结构上与检测装置隔离。因此，本发明的检测装置在测量过程中非常稳定、安全，并未改变动压悬浮转子在泵内的运动环境，可以保持动压悬浮转子在泵内的运动状态基本没有变化；③在检测装置的磁传动部件作用下，动压悬浮转子在泵内的旋转运动驱动叶轮对液体做功，使液体从泵进口经叶轮加压后在泵出口排出，同时被叶轮加压后的少部分液体则进入动压悬浮转子的外侧与转子室内壁之间的间隙，保证了动压悬浮转子被液膜所包围而呈动态悬浮状态；④在转子室的壁面上设有第一观测窗与第二观测窗。两个观测窗相对于动压悬浮转子的中心线垂直分布，且相对于标识环的中心线互相呈90°布置。通过观测窗可采用激光位移传感器等设备记录在泵转子第二部分上开设的标识环上两点坐标，从而测量动压悬浮转子在转子室内的运动状态。⑤由于检测装置的磁传动部件对无泄漏泵动压悬浮转子的运动基本没有影响，则泵的水力性能可保持不变，所以可以通过在泵进口与泵出口设置相应的管路系统以检测无泄漏泵的基本性能，如流量、扬程等参数。⑥因为检测装置的磁传动部分对无泄漏泵运行状态的影响很小，所以还可以在泵进口侧设置噪声传感器，在泵体上安装加速度传感器等设备分别测量无泄漏泵运转时的噪声与振动，由此推断动压悬浮转子在泵内的工作状态。
总体上，本发明设计的无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置可以在不改变无泄漏泵无渗漏、无滞流区、泵内流体与外界无接触等真实工作条件下，对动压悬浮转子的运转状态与无泄漏泵的基本性能进行实时检测。该检测装置稳定、可靠、安全，可实现动压悬浮转子运转性能的高精度试验测量。
附图说明
图1为本发明提供的一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置的结构原理示意图(主剖视图)。
图2为图1的A-A断面图。
图3为图1的B-B断面剖图。
图4为图1的I局部放大视图。
图5为图2的II局部放大视图。
图中：1－调速电机；2－电机输出轴；3－柔性联轴器；4－联接轴；5－联接键；6－外转子；7－第一轴承；8－第二轴承；9－联接螺栓；10－泵出口；11－第一观测窗；12－泵转子第一部分；13－泵进口；14－叶轮；15－泵转子第二部分；16－泵体；17－泵体法兰；18－转子室法兰；19－外转子永磁体；20－泵转子永磁体挡圈；21－泵转子永磁体；22－外转子永磁体挡圈；23－转子室；24－第二观测窗；25－泵转子第二部分外表面；26－标识环；27－压盖；28－透明层；29－螺栓；30-间隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构作进一步的说明。
图1为本发明提供的一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置的剖视图。无泄漏泵包括泵出口10、泵进口13、叶轮14、泵体16、转子室23、泵转子第一部分12以及泵转子第二部分15。其中：叶轮14设置在泵体16内，它分别与泵转子第一部分12和泵转子第二部分15固定联接构成无泄漏泵的动压悬浮转子；转子室法兰18和泵体法兰17经由联接螺栓9将转子室23与泵体16固定联接，使之构成容纳无泄漏泵动压悬浮转子的内部空间。为了确保泵体与转子室之间的良好密封性，在它们的法兰上应设置必要的密封结构(如O形密封圈，等)。
检测装置包括调速电机1、外转子6、第一轴承7、第二轴承8、第一观测窗11、第二观测窗24、驱动悬浮转子旋转的磁传动部件以及测量部件。所述调速电机1的电机轴2通过柔性联轴器3与联接轴4连接，联接轴再通过联接键5与外转子6连接，这样使得调速电机1可以将动力(即扭转)传输至外转子6。为了达到高效传动的目标，电机轴2、联接轴4和外转子6应安装在同一轴心线上。
外转子6通过设置在外转子永磁体19两侧的第一轴承7、第二轴承8安装在转子室23的外侧。需要说明的是，当无泄漏泵尺寸不同时，也可以根据需要将第一轴承7、第二轴承8设计为轴承组，安装在第一轴承所处的位置，从而简化结构或者节省转子室与泵体之间的空间。
如图2所示，在转子室23的壁面上开设第一观测窗11和第二观测窗24，两个观测窗的结构完全相同。第一观测窗11与第二观测窗24相对于标识环26的中心线互相呈90°分布。在泵转子第二部分15的外侧表面设有环形凹槽，并在环形凹槽的底部设有标识环26，其与第一观测窗11和第二观测窗24在同一横断面内相对布置；标识环26的外径略小于泵转子第二部分外表面25的直径，这样可防止标识环26在运转过程中因特殊情况下泵转子第二部分外表面25与转子室23的内壁发生碰撞时遭受损坏。
如图3所示，外转子6的内侧镶嵌有外转子永磁体19，它与镶嵌于动压悬浮转子外侧的泵转子永磁体21相对布置，共同构成驱动悬浮转子旋转的磁传动部件。在外转子永磁体19的内侧设有外转子永磁体挡圈22，在泵转子永磁体21的外侧设有泵转子永磁体挡圈20，这样可以防止永磁体不随转子运动而逸出。
如图4-5所示，第一观测窗11和第二观测窗24的直径为d。观测窗上覆盖由透明材质制作的透明层28，透明层被压盖27通过螺栓29固定在转子室23的壁面上。观测窗直径d大于标识环26的宽度l。
无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置的工作过程如下：由调速电机1、电机轴2、柔性联轴器3、联接轴4、联接键5和内侧镶嵌有外转子永磁体19的外转子6构成该检测装置的运动传递部分。即调速电机1启动，将运动通过电机轴2、柔性联轴器3、联接轴4、联接键5传递至外转子6，使外转子6产生旋转运动。外转子6经由第一轴承7和第二轴承8架设在转子室23的外侧，其旋转运动形成了围绕泵转子第二部分15的旋转磁场，这样外转子6可向泵转子第二部分15传递扭矩，带动无泄漏泵的动压悬浮转子产生旋转运动，驱动叶轮14对泵内的流体做功。
从泵进口13进入的流体不断被旋转的叶轮加压。被加压后的大部分流体通过泵体16流出泵出口10，而少部分流体则经过转子室23的内壁与泵转子第二部分外表面25之间的间隙30，最后流回叶轮进口，并与来自泵进口13的流体混合。
由图1-5可知，当调速电机启动后，被叶轮加压后的流体充满间隙30，对于动压悬浮转子来说起到“油膜”的作用，这样形成了径向与轴向的流体动压轴承，使动压悬浮转子可以承受来自不同作用方向的外力，从而可以处于不断调整的动态悬浮状态，在转子室与泵体构成的内部空间安全运转。
当动压悬浮转子在转子室与泵体内处于良好运转状态时，无泄漏泵可以不断地从泵进口13吸入液体，液体经过叶轮加压后在泵出口输出。此时，可以从如下方面检测无泄漏泵动压悬浮转子性能：
①依据国家标准GB/T 3216-2016，在泵出口采用流量传感器或常规流量计检测无泄漏泵输出流体的流量Q，还可以在泵出口与泵进口之间采用差压传感器检测无泄漏泵输出流体的扬程H。根据无泄漏泵输出流体的流量与扬程，以及Q—H关系可以初步判断动压悬浮转子的运转性能是否处于正常状态。
②分别在第一观测窗和第二观测窗采用激光位移传感器同时测量布置在动压悬浮转子上的标识环26上相互垂直的两点坐标，可计算出动压悬浮转子的轴心坐标，以及该轴心与转子室23中心线的相对位置关系，从而确定无泄漏泵动压悬浮转子的运转性能，比如动压悬浮转子在转子室内的运动关系，动压悬浮转子与转子室内侧的间距，动压悬浮转子是否与转子室内壁发生碰撞，等。
③可以参考GB/T 29529-2013，采用声压传感器测量无泄漏泵在泵进口侧的噪声。通过噪声等级来判断动压悬浮转子在转子室内的运动状态。
④可以在泵体上设置加速度传感器，测量无泄漏泵运转时的振动参数。
除了动压悬浮转子的运转性能，本发明还可以在电机轴2与柔性联轴器3，或者联接轴4与柔性联轴器3之间增加扭矩传感器，用于测量动压悬浮转子的力矩传递关系，从而评估无泄漏泵的能量传输特性。
采用调速电机能改变检测装置磁传动部分的转速，这样可以检测在不同转速下，动压悬浮转子在泵内的运转性能。
Claims (9)
1.一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，该无泄漏泵包括泵出口(10)、泵进口(13)、叶轮(14)、泵体(16)、转子室(23)、泵转子第一部分(12)以及泵转子第二部分(15)；其中：叶轮(14)分别与泵转子第一部分(12)和泵转子第二部分(15)固定联接构成无泄漏泵的动压悬浮转子；
其特征在于，所述检测装置包括调速电机(1)、外转子(6)、第一观测窗(11)、第二观测窗(24)、驱动悬浮转子旋转的磁传动部件以及测量部件；所述调速电机(1)的电机轴(2)通过传动机构与外转子(6)固定连接，外转子(6)通过轴承安装在所述转子室(23)的外侧；所述的第一观测窗(11)和第二观测窗(24)设置在转子室(23)上；在所述泵转子第二部分(15)的外侧表面设有环形凹槽，并在环形凹槽的底部设有标识环(26)；所述第一观测窗(11)和第二观测窗(24)与标识环(26)位于泵转子第二部分(15)轴线的同一横断面内。
2.如权利要求1所述的一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述磁传动部件包括外转子永磁体(19)和泵转子永磁体(21)；外转子永磁体(19)设置在外转子(6)的内侧，泵转子永磁体(21)设置在泵转子第二部分(15)的外侧，外转子永磁体(19)与泵转子永磁体(21)相对布置。
3.如权利要求2所述的一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：在外转子永磁体19的内侧设有外转子永磁体挡圈(22)，在泵转子永磁体(21)的外侧设有泵转子永磁体挡圈(20)。
4.如权利要求1所述的一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述传动机构包括柔性联轴器(3)和联接轴(4)，所述电机轴(2)经柔性联轴器(3)和联接轴(4)与外转子(6)固定连接；所述电机轴(2)、外转子(6)和转子室(23)三者的轴心线重合。
5.如权利要求1所述的无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述第一观测窗(11)与第二观测窗(24)相对于动压悬浮转子的中心线垂直分布，且相对于标识环的中心线互相呈90°布置。
6.如权利要求1所述的无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述的第一观测窗(11)和第二观测窗(24)的直径d为标识环(26)宽度l的1.1-2.0倍，且标识环(26)宽度l与泵转子第二部分(15)直径D的比值至少为0.05。
7.如权利要求1所述的无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述第一观测窗和第二观测窗是由开设在转子室壁面上的阶梯孔、透明层(28)和中心带有圆孔的压盖(27)构成，透明层被压盖(27)通过螺栓(29)固定在阶梯孔内。
8.如权利要求1所述的一种无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述轴承包括分别设置在磁传动部件两侧的第一轴承(7)和第二轴承(8)；或采用轴承组，该轴承组安装在第一轴承所处的位置。
9.如权利要求1-8任一权利要求所述的无泄漏泵动压悬浮转子性能检测装置，其特征在于：所述的测量部件包括设置在泵出口的流量传感器或流量计，设置在泵出口与泵进口之间的差压传感器，分别设置在第一观测窗和第二观测窗的激光位移传感器，设置在泵进口的声压传感器，设置在泵体上的加速度传感器，以及设置在电机轴与柔性联轴器之间或联接轴与柔性联轴器之间的扭矩传感器。
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