CN114323611A - 一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置与控制方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置与控制方法，属于转子碰摩试验设备领域，本发明为了解决现有碰摩试验装置不易控制碰摩力的大小，且安全系数低，容易造成转子轴变形的问题。包括支架、导向筒、碰摩杆、转杆、T形杆、第一线圈和第二线圈。碰摩杆滑动设置在导向筒内，第一线圈缠绕在竖杆上，竖杆为软磁材料制成的竖杆，第一线圈与竖杆构成了电磁铁结构，第一线圈通电，使竖杆产生电磁吸力，转杆为磁性材料制成的杆，转杆受到竖杆的电磁吸力绕铰接轴转动，带动碰摩杆向上滑动与待试验转轴发生碰摩，转杆依靠电磁吸力吸附在竖杆上而非固定刚性连接，当碰摩冲击力过大时，碰摩杆向转杆传递力使转杆脱离竖杆的吸引，得以对转子起到保护。

Description

一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置与控制方法

技术领域

本发明属于转子碰摩试验设备领域，尤其涉及一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置与控制方法。

背景技术

燃气轮机、航空发动机和汽轮机都是依靠转子旋转将燃料转化为动力的机械，随着旋转机械性能的不断提高，其转子与静子间的间隙越来越小，同时由于不平衡过大、不对中、以及转子的热膨胀、热弯曲等因素的作用，转子碰摩成为了旋转机械在运行中的一种典型故障，转子与定子碰摩会导致整个机器存在较大的振动，降低其可靠性与稳定性，造成巨大的经济损失。因此建立转子系统碰摩故障试验模拟装置对转子典型碰摩故障的内在机理进行研究，具有重大实际意义与指导作用。

现有碰摩试验装置一般是在转子外围设置同轴框架，在框架上沿转子径向安装螺栓，通过拧动螺栓使其与转子接触，从而模拟转子与定子间的碰摩情况，这种方式不易控制碰摩力的大小，且安全系数低，容易造成转子轴变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置与控制方法，以解决现有碰摩试验装置不易控制碰摩力的大小，且安全系数低，容易造成转子轴变形的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，包括支架、导向筒、碰摩杆、转杆、T形杆、第一线圈和第二线圈；支架的左侧壁和右侧壁通过底壁相连接，T型杆的横杆左端与左侧壁相连接，第一线圈缠绕在T形杆的竖杆上，竖杆为软磁材料制成的杆，导向筒竖直设置，导向筒的筒壁左侧设置在T形杆上，导向筒的上部与支架相连接，碰摩杆滑动设置在导向筒内，碰摩杆下端设有凸缘，弹簧套接在碰摩杆上，弹簧的上端与导向筒下端相连接，弹簧的下端与凸缘上端相连接，T形杆的下方设有转杆，转杆为磁性材料杆，转杆的左端通过前后设置的销轴铰接在支架的左侧壁上，当转杆旋转至水平时，转杆的上端面分别与竖杆下端面和凸缘下端面相抵靠。

进一步的，T形杆与支架制作为一整体，或分体制作焊接。

进一步的，左横梁的左端与左侧壁相连接，右横梁的右端与右侧壁相连接，第二线圈缠绕在左横梁上，左横梁为软磁材料制成的横梁，导向筒竖直设置在左横梁和右横梁之间，导向筒为磁性材料制作的导向筒。

进一步的，左横梁和右横梁共线设置。

进一步的，导向筒为具有贯通导向孔的方柱。

进一步的，导向筒上部的宽度比左横梁和右横梁之间的距离小0.5-1mm；

进一步的，碰摩杆为非磁性金属材料制成的杆。

进一步的，第一线圈与第二线圈可由一条导线进行缠绕，由一个电路控制，也可由独立的两条导线缠绕，由两个独立电路分别控制。

本发明还提供了一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置的控制方法，包括如下步骤：

S1：测量一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置碰摩杆的凸缘下端面与竖杆下端面的距离L；

S2：将一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置竖直设置在待试验转轴的下方，使碰摩杆朝向待试验转轴的轴心，并使碰摩杆上端面与待试验转轴下侧的距离小于L；

S3：将第二线圈两端通电，使左横梁产生电磁吸力，导向筒通过电磁吸力固定在左横梁上；

S4：将第一线圈两端通电，使竖杆产生电磁吸力，转杆受到竖杆的电磁吸力绕铰接轴逆时针转动；

S5：通过转杆的转动带动碰摩杆沿导向筒向上滑动，直至碰摩杆顶端与待试验转轴发生碰摩。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、碰摩杆滑动设置在导向筒内，第一线圈缠绕在竖杆上，竖杆为软磁材料制成的竖杆，第一线圈与竖杆构成了电磁铁结构，通过对第一线圈通电，使竖杆产生电磁吸力，转杆为磁性材料制成的杆，转杆受到竖杆的电磁吸力绕铰接轴转动，转杆带动碰摩杆向上滑动，碰摩杆通过电磁吸力的驱动与待试验转轴发生碰摩，转杆依靠电磁吸力吸附在竖杆上而非固定刚性连接，当碰摩冲击力过大时，碰摩杆向转杆传递向下的力，使转杆脱离竖杆的电磁吸引，得以对转子起到保护。

2、电磁吸力与磁感应强度正相关，磁感应强度与导线电流正相关，电磁吸力可通过调节电路的电流进行控制，即可通过增大、减小电路的电动势或者增大、减小外电阻进行调节。

附图说明

图1是本发明的初始状态结构示意图；

图2是碰摩杆与转轴发生碰摩的示意图；

图中：1-支架、11-左侧壁、12-左横梁、13-右横梁、14-右侧壁、2-导向筒、3-T形杆、31-横杆、32-竖杆、4-第一线圈、5-转杆、6-第二线圈、7-碰摩杆、71-凸缘、8-弹簧、9-转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。

以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

实施例一：如图所示，一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，包括支架1、导向筒2、碰摩杆7、转杆5、T形杆3、第一线圈4和第二线圈6；支架1的左侧壁11和右侧壁14通过底壁相连接，左横梁12的左端与左侧壁11相连接，右横梁13的右端与右侧壁14相连接，第二线圈6缠绕在左横梁12上，左横梁12为软磁材料制成的横梁，左横梁12的下方设有T形杆3，T型杆3的横杆31左端与左侧壁11相连接，第一线圈4缠绕在T形杆3的竖杆32上，竖杆32为软磁材料制成的杆，导向筒2竖直设置在左横梁12和右横梁13之间，且导向筒2的筒壁左侧设置在T形杆3上，导向筒2为磁性材料制作的导向筒，碰摩杆7滑动设置在导向筒2内，碰摩杆7下端设有凸缘71，弹簧8套接在碰摩杆7上，弹簧8的上端与导向筒2下端相连接，弹簧8的下端与凸缘71上端相连接，T形杆3的下方设有转杆5，转杆5为磁性材料杆，转杆5的左端通过前后设置的轴铰接在左侧壁11上，当转杆5旋转至水平时，转杆5的上端面分别与竖杆32的下端面和凸缘71的下端面相抵靠。

将一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置竖直设置在转轴9的下方，使碰摩杆7朝向转轴9的轴心，并使碰摩杆7上端面与转轴9下侧的距离小于L。

第一线圈4与第二线圈6由独立的两条导线缠绕，由两个独立电路分别控制。

第二线圈6缠绕在左横梁12上，左横梁12为软磁材料制成，第二线圈6和左横梁12构成电磁铁结构，当对第二线圈6通电后，左横梁12产生电磁吸力，导向筒2为磁性材料制成，导向筒2受到左横梁12的电磁吸力吸引而吸附在左横梁12上，碰摩杆7滑动设置在导向筒2内，第一线圈6缠绕在竖杆32上，竖杆32为软磁材料制成的竖杆，第一线圈4与竖杆32构成了电磁铁结构，通过对第一线圈4通电，使竖杆32产生电磁吸力，转杆5为磁性材料杆，转杆5受到竖杆32的电磁吸力绕铰接轴转动，转杆5带动碰摩杆7向上滑动，碰摩杆7通过电磁吸力的驱动与转轴9发生碰摩，转杆5依靠电磁吸力吸附在竖杆32上而非固定刚性连接，当碰摩冲击力过大时，碰摩杆7向转杆5传递向下的力，使转杆5脱离竖杆32的电磁吸引，得以对转轴9起到保护。

电磁吸力F吸公式为：

式中B代表气隙磁感应强度，S代表气隙界面面积；该系统的电磁吸力应满足要大于转杆在旋转中的离心惯性力，即保证旋转过程中，在有电磁吸力下，转杆会吸附竖杆上。

电磁吸力与磁感应强度正相关，磁感应强度与导线电流正相关，电磁吸力可通过调节电路的电流进行控制，即可通过增大、减小电路的电动势或者增大、减小外电阻进行调节。

左横梁12和右横梁13共线设置，导向筒2上部的宽度比左横梁12和右横梁13之间的距离小0.5-1mm，可以对导向筒有更好的限位，使导向筒不发生倾斜。

导向筒2为具有贯通导向孔的方柱，方柱形的导向筒2与左横梁右端面可以更好的贴合，当左横梁12发出电磁吸力时，导向筒2可以更好的吸附于左横梁2上。

碰摩杆7为非磁性金属材料制成的杆，使碰摩杆可以顺畅的在导向筒内滑动而不受到吸力的干扰。

实施例二：一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置的控制方法，包括如下步骤：

S1：测量本装置的凸缘71下端面与竖杆32下端面的距离L；

S2：将本装置竖直设置在转轴9的下方，使碰摩杆7朝向转轴9的轴心，并使碰摩杆7上端面与转轴9下侧的距离小于L；

S3：将第二线圈6两端通电，使左横梁12产生电磁吸力，导向筒2通过电磁吸力固定在左横梁12上；

S4：将第一线圈4两端通电，使竖杆32产生电磁吸力，转杆5受到竖杆32的电磁吸力绕铰接轴逆时针转动；

S5：转杆5转动带动碰摩杆7沿导向筒2向上滑动，直至碰摩杆7顶端与转轴9发生碰摩。

以上实施例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 (9)

1.一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：包括支架(1)、导向筒(2)、碰摩杆(7)、转杆(5)、T形杆(3)和第一线圈(4)；支架(1)的左侧壁(11)和右侧壁(14)通过底壁相连接，T型杆(3)的横杆(31)左端与左侧壁(11)相连接，第一线圈(4)缠绕在T形杆(3)的竖杆(32)上，竖杆(32)为软磁材料制成的杆，导向筒(2)竖直设置，导向筒(2)的筒壁左侧设置在横杆(31)上，导向筒(2)的上部与支架(1)相连接，碰摩杆(7)滑动设置在导向筒(2)内，碰摩杆(7)下端设有凸缘(71)，弹簧(8)套接在碰摩杆(7)上，弹簧(8)的上端与导向筒(2)下端相连接，弹簧(8)的下端与凸缘(71)上端相连接，T形杆(3)的下方设有转杆(5)，转杆(5)为磁性材料杆，转杆(5)的左端铰接在左侧壁(11)上，当转杆(5)旋转至水平时，转杆(5)的上端面分别与竖杆(32)的下端面和凸缘(71)的下端面相抵靠。

2.根据权利要求1所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：T形杆(3)与支架(1)制作为一整体，或分体制作焊接。

3.根据权利要求2所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：支架(1)还包括左横梁(12)和右横梁(13)，左横梁(12)的左端与左侧壁(11)相连接，右横梁(13)的右端与右侧壁(14)相连接，第二线圈(6)缠绕在左横梁(12)上，左横梁(12)为软磁材料制成的横梁，导向筒(2)竖直设置在左横梁(12)和右横梁(13)之间，导向筒(2)为磁性材料制作的导向筒。

4.根据权利要求3所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：左横梁(12)和右横梁(13)共线设置。

5.根据权利要求4所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：导向筒(2)为具有贯通导向孔的方柱。

6.根据权利要求5所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：导向筒(2)上部的宽度比左横梁(12)和右横梁(13)之间的距离小0.5-1mm。

7.根据权利要求6所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：碰摩杆(7)为非磁性金属材料杆。

8.根据权利要求7所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置，其特征在于：第一线圈(4)与第二线圈(6)可由一条导线进行缠绕，由一个电路控制，也可由独立的两条导线缠绕，由两个独立电路分别控制。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：测量一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置的凸缘(71)下端面与竖杆(32)下端面的距离L；

S2：将所述一种应用于旋转机械的碰摩故障模拟试验装置竖直设置在转轴(9)的下方，使碰摩杆(7)朝向转轴(9)的轴心，并使碰摩杆(7)上端面与待试验转轴(9)下侧的距离小于L；

S3：将第二线圈(6)两端通电，使左横梁(12)产生电磁吸力，导向筒(2)通过电磁吸力固定在左横梁(12)上；

S4：将第一线圈(4)两端通电，使竖杆(32)产生电磁吸力，转杆(5)受到竖杆(32)的电磁吸力绕铰接轴逆时针转动；

S5：转杆(5)转动带动碰摩杆(7)沿导向筒(2)向上滑动，直至碰摩杆(7)顶端与待试验转轴(9)发生碰摩。

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