CN114397104A - 一种滑轨式超导电机转子试验平台 - Google Patents

一种滑轨式超导电机转子试验平台 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种滑轨式超导电机转子试验平台，包括：底座和设置在底座上且分别与底座滑动连接的第一轴承座、第二轴承座、转子支架和第三轴承座；第一轴承座上安装有旋转密封装置；第二轴承座和第三轴承座上分别安装有第一转子轴和第二转子轴；第一转子轴上设置有强电滑环和强电馈穿件；转子支架为高度可调结构；第二转子轴靠近转子支架的一侧安装有信号采集系统；强电馈穿件与信号采集系统电连接；第二转子轴远离转子支架的一侧安装有用于连接驱动电机的联轴器；旋转密封装置的一端连接有低温系统，另一端与第一转子轴连接。本发明能够对各个关键零部件进行综合试验，同时便于超导转子的安装和拆卸，具有很大的灵活性和便利性。

Description

一种滑轨式超导电机转子试验平台
技术领域
本申请涉及超导电机试验装置技术领域，尤其涉及一种滑轨式超导电机转子试验平台。
背景技术
在超导电机研制过程中，转子超导磁体、绝热力矩管、旋转密封装置、弱电旋转测量系统均需要在样机装配前进行测试。通过实际的测试以检验其质量，避免“带病装配”，确保整机能够顺利运行。关键部件的测试需要通过中间验证平台来实现。
目前，现有的超导电机试验装置要么以小型样机或全尺寸样机形式，要么为超导磁体等关键零部件专门开发试验装置，没有开发专门的中间试验平台对多个零部件进行综合试验。其存在以下缺点：1、以小型样机或全尺寸样机形式开展试验，缺乏灵活性，必须全部零部件研制完成才能开展测试过程，不利于加快研发进度。另外，由于没有针对性的设计，装配和拆卸工作都是与最终的工程样机相同，耗费工时较大。2、为关键零部件专门开发试验装置，则增加了研发成本，且试验无法完全模拟运行工况，技术可行性的验证不够充分。3、由于超导转子高速旋转(1500rpm以上)，要求转子轴系进行对中调试以达到很高的同轴度，传统方法是采用行车将超导转子吊起后安装到驱动端和从动端轴承座上，再将超导转子连同两端的轴承座吊起后安装到平台底座上，但转子轴系对中调试时，需要通过增减螺栓垫片等方法反复调整轴承座在底座上的安装高度和位置，调试难度和工作量都很大。为此，本发明提出一种滑轨式超导电机转子试验平台。
发明内容
本申请实施例提供了一种滑轨式超导电机转子试验平台，使得能够对各个关键零部件进行综合试验，同时便于超导转子的安装和拆卸，具有很大的灵活性和便利性。
有鉴于此，本申请提供了一种滑轨式超导电机转子试验平台，包括：底座和从左到右依次设置在所述底座上且分别与所述底座滑动连接的第一轴承座、第二轴承座、转子支架和第三轴承座；
所述第一轴承座上安装有旋转密封装置；
所述第二轴承座和所述第三轴承座上分别安装有用于连接超导转子的第一转子轴和第二转子轴；
所述第一转子轴上设置有强电滑环和强电馈穿件；
所述转子支架为高度可调结构；
所述第二转子轴靠近所述转子支架的一侧安装有信号采集系统；
所述强电馈穿件与所述信号采集系统电连接；
所述第二转子轴远离所述转子支架的一侧安装有用于连接驱动电机的联轴器；
所述旋转密封装置的一端连接有低温系统，另一端与所述第一转子轴连接。
可选地，所述低温系统包括制冷机、与所述制冷机连接的氦气管道和设置在所述氦气管道上的氦气泵。
可选地，所述旋转密封装置包括磁流体密封件；
所述磁流体密封件内设置有双轴承结构；
所述旋转密封装置通过波纹管与所述第一转子轴连接；
所述波纹管内设置有用于与超导转子上的氦气管相连接的接头；
所述氦气管道穿过所述旋转密封装置后伸入至所述波纹管内，并与所述接头连接。
可选地，所述第一转子轴与所述第二转子轴相邻的一侧设置有用于连接所述超导转子的法兰；
所述法兰上设置有用于保证所述第一转子轴与所述超导转子同轴的第一止口；
所述法兰的法兰面上设置有用于真空密封的O圈槽。
可选地，所述强电滑环包括集电环、碳刷和刷架；
所述集电环安装在所述第一转子轴上；
所述碳刷固定在所述刷架上；
所述刷架安装在所述第二轴承座上。
可选地，所述信号采集系统包括采集卡模块、电源模块和光电隔离模块；
所述电源模块分别与所述采集卡模块和所述光电隔离模块电连接；
所述采集卡模块与所述光电隔离模块电连接。
可选地，所述第一轴承座上设置有第二止口和定位槽；
所述旋转密封装置通过所述第二止口和所述定位槽安装在所述第一轴承座上。
可选地，所述转子支架的数量为两个；
两个所述转子支架分别与所述底座滑动连接。
可选地，所述底座上表面沿长度方向设置有滑轨；
所述第一轴承座、所述第二轴承座、所述转子支架和所述第三轴承座均通过所述滑轨与所述底座滑动连接。
可选地，所述底座为铸铁底座。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本试验平台包括低温系统、旋转密封装置、第一转子轴、强电滑环、第二转子轴、信号采集系统和联轴器，可以为超导磁体、转子骨架、绝热力矩管、旋转密封装置等关键零部件提供了一个综合试验平台，并且通过设置与底座滑动连接的第一轴承座、第二轴承座、转子支架和第三轴承座，同时将转子支架设置为高度可调结构，方便了试验前的装配和试验后的拆卸，特别是简化了转子轴系的对中调试，具有很大的灵活性和便利性。
附图说明
图1为本申请实施例中滑轨式超导电机转子试验平台的结构示意图；
图2为本申请实施例中滑轨式超导电机转子试验平台在装配超导转子时的结构示意图；
图3为本申请实施例中滑轨式超导电机转子试验平台装配超导转子后的结构示意图；
其中，附图标记为：
1-低温系统，2-旋转密封装置，3-第一转子轴，4-强电滑环，5-超导转子，6-信号采集系统，7-联轴器，8-滑轨，9-底座，10-转子支架，11-第一轴承座，12-第二轴承座，13-第三轴承座，14-法兰，15-氦气管。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请提供了一种滑轨式超导电机转子试验平台的一个实施例，具体请参阅图1。
本实施例中的滑轨式超导电机转子试验平台包括：底座9和从左到右依次设置在底座9上且分别与底座9滑动连接的第一轴承座11、第二轴承座12、转子支架10和第三轴承座13，第一轴承座11上安装有旋转密封装置2，第二轴承座12和第三轴承座13上分别安装有用于连接超导转子5的第一转子轴3和第二转子轴，第一转子轴3上设置有强电滑环4和强电馈穿件，转子支架10为高度可调结构，第二转子轴靠近转子支架10的一侧安装有信号采集系统6，强电馈穿件与信号采集系统6电连接；第二转子轴远离转子支架10的一侧安装有用于连接驱动电机的联轴器7，旋转密封装置2的一端连接有低温系统1，另一端与第一转子轴3连接。
需要说明的是：本试验平台包括低温系统1、旋转密封装置2、第一转子轴3、强电滑环4、第二转子轴、信号采集系统6和联轴器7，可以为超导磁体、转子骨架、绝热力矩管、旋转密封装置2等关键零部件提供了一个综合试验平台，并且通过设置与底座9滑动连接的第一轴承座11、第二轴承座12、转子支架10和第三轴承座13，同时将转子支架10设置为高度可调结构，方便了试验前的装配和试验后的拆卸，特别是简化了转子轴系的对中调试，具有很大的灵活性和便利性。
以上为本申请实施例提供的一种滑轨式超导电机转子试验平台的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种滑轨式超导电机转子试验平台的实施例二，具体请参阅图1至图3。
本实施例中的滑轨式超导电机转子试验平台包括：底座9和从左到右依次设置在底座9上且分别与底座9滑动连接的第一轴承座11、第二轴承座12、转子支架10和第三轴承座13，第一轴承座11上安装有旋转密封装置2，第二轴承座12和第三轴承座13上分别安装有用于连接超导转子5的第一转子轴3和第二转子轴，第一转子轴3上设置有强电滑环4和强电馈穿件，强电馈穿件的作用是既保证电气绝缘又维持真空密封；转子支架10为高度可调结构，第二转子轴靠近转子支架10的一侧安装有信号采集系统6，强电馈穿件与信号采集系统6电连接；第二转子轴远离转子支架10的一侧安装有用于连接驱动电机的联轴器7，旋转密封装置2的一端连接有低温系统1，另一端与第一转子轴3连接。
需要说明的是：通过设置与底座9滑动连接的第一轴承座11、第二轴承座12、转子支架10和第三轴承座13，可以方便超导转子5的装配，同时在超导转子5装配后不需要重新进行对中调试，使用更加方便。
低温系统1用于为超导转子5提供低温循环氦气，以实现对超导转子5中超导磁体的冷却。具体的，低温系统1包括制冷机、与制冷机连接的氦气管道和设置在氦气管道上的氦气泵。
可以理解的是，氦气管道包括进气管和回气管，进气管从低温系统1开始经过旋转密封装置2和第一转子轴3最终到达超导转子5，回气管从超导转子5开始经过第一转子轴3和旋转密封装置2最终到达低温系统1，形成一个循环的回路。
旋转密封装置2包括磁流体密封件，磁流体密封件内设置有双轴承结构，旋转密封装置2的一侧可通过VCR接头与低温系统1连接，也可以直接焊接在一起；旋转密封装置2的另一侧可通过波纹管与第一转子轴3连接，波纹管内设置有用于与超导转子5上的氦气管15相连接的接头，氦气管道穿过旋转密封装置2后伸入至波纹管内，并与接头连接。
需要说明的是：旋转密封装置2外部设置有真空腔，其与低温系统1的真空腔相连接，以保证绝热效果；由于波纹管的伸缩量较大，在与超导转子5上的氦气管15连接时可将波纹管进行压缩，露出接头位置，操作完成后再将波纹管恢复原状，使得真空腔封闭。
第一转子轴3与第二转子轴相邻的一侧设置有用于连接超导转子5的法兰14，法兰14上设置有用于保证第一转子轴3与超导转子5同轴的第一止口，法兰14的法兰面上设置有用于真空密封的O圈槽。
强电滑环4用于对高速旋转的超导转子5输入直流电流，具备通流500A以上电流的能力，额定转速需高于1500RPM。强电滑环4包括集电环、碳刷和刷架，集电环安装在第一转子轴3上，碳刷为静止体，固定在静止的刷架上；刷架安装在第二轴承座12上；第二轴承座12所用的轴承可以是滚动轴承，也可以是滑动轴承。
信号采集系统6的作用是将旋转的超导磁体内的传感器信号和电压信号采集出来并通过无线发射的方式传递到监控系统。信号采集系统6包括采集卡模块、电源模块和光电隔离模块，电源模块分别与采集卡模块和光电隔离模块电连接，采集卡模块与光电隔离模块电连接。在安装超导转子5时，将超导转子5上的各个传感器和电压引线通过强电馈穿件连接到外部的信号采集系统6中。
第一轴承座11上设置有第二止口和定位槽，旋转密封装置2通过第二止口和定位槽安装在第一轴承座11上，通过第二止口和定位槽进行定位，可以有效保证旋转密封装置2的旋转轴心与超导转子5轴心同轴。
为了方便超导转子5与两端其它部件的装配和拆卸，转子支架10的数量可以为两个，两个转子支架10分别与底座9滑动连接，同时每个转子支架10还可以独立调整高度(类似千斤顶结构)。
底座9上表面沿长度方向设置有滑轨8，第一轴承座11、第二轴承座12、转子支架10和第三轴承座13均通过滑轨8与底座9滑动连接，使得底座9上的各个组件能够在维持同轴的情况下进行前后移动。可以理解的是，在滑轨8中可以设置滚珠丝杠和直线电机模块，能够通过电控前后移动各个组件，定位精度高。
底座9可以为铸铁底座9，其刚度较好，可有效防止出现变形。
具体实施时，如图2所示，首先利用行车将待装配的超导转子5吊起并放在两个转子支架10上，转子支架10可以沿着滑轨8在底座9上来回滑动(可利用直线电机控制)。超导转子5与第一转子轴3安装时，将超导转子5向左侧滑动靠近第二轴承座12，将超导转子5上的电流引线及氦气管15推入第一转子轴3，并分别与强电滑环4和氦气管道连接，然后对其超导转子5与法兰14上的螺孔位置进行安装(如果两侧螺孔高度有偏差，可以通过转子支架10调整超导转子5的高度)。超导转子5与第二转子轴安装时，将第三轴承座13向左侧滑动，然后调整转子支架10的高度使超导转子5对齐并安装在第二转子轴上，具体的，可通过螺栓进行固定。由于第三轴承座13只可以在底座9上水平滑动，因此超导转子5安装后不需要重新进行对中调试，大大简化了安装过程，并且由于超导转子5内部结构复杂，试验过程中可能需要反复拆装，按照上述方法可节省大量时间。
如图3所示，当超导转子5装配完成后，需要进行旋转测试时，可将转子支架10降低高度并移动到两侧，驱动电机通过联轴器7带动超导转子5、信号采集系统6、第一转子轴3等部件旋转，开展低温旋转测试。
可以理解的是，在超导电机研发过程中，由于各部件研发进度不一致或者某些部件存在缺陷的情况下，通常会造成试验停滞，影响项目进度。而本申请提出的试验平台具有一定的灵活性，可以在某些部件缺失的情况下提早开展已完成部件的验证试验，从而加快研发进度。比如：超导转子5缺失的情况下，试验平台仍可以使用替代轴来对旋转密封装置2、强电滑环4、信号采集系统6等其他部件进行旋转试验，类似的，旋转密封装置2缺失的情况下，可将低温系统1直接与第一转子轴3连接，对超导转子5开展静态低温试验。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，包括：底座和从左到右依次设置在所述底座上且分别与所述底座滑动连接的第一轴承座、第二轴承座、转子支架和第三轴承座；
所述第一轴承座上安装有旋转密封装置；
所述第二轴承座和所述第三轴承座上分别安装有用于连接超导转子的第一转子轴和第二转子轴；
所述第一转子轴上设置有强电滑环和强电馈穿件；
所述转子支架为高度可调结构；
所述第二转子轴靠近所述转子支架的一侧安装有信号采集系统；
所述强电馈穿件与所述信号采集系统电连接；
所述第二转子轴远离所述转子支架的一侧安装有用于连接驱动电机的联轴器；
所述旋转密封装置的一端连接有低温系统，另一端与所述第一转子轴连接。
2.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述低温系统包括制冷机、与所述制冷机连接的氦气管道和设置在所述氦气管道上的氦气泵。
3.根据权利要求2所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述旋转密封装置包括磁流体密封件；
所述磁流体密封件内设置有双轴承结构；
所述旋转密封装置通过波纹管与所述第一转子轴连接；
所述波纹管内设置有用于与超导转子上的氦气管相连接的接头；
所述氦气管道穿过所述旋转密封装置后伸入至所述波纹管内，并与所述接头连接。
4.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述第一转子轴与所述第二转子轴相邻的一侧设置有用于连接所述超导转子的法兰；
所述法兰上设置有用于保证所述第一转子轴与所述超导转子同轴的第一止口；
所述法兰的法兰面上设置有用于真空密封的O圈槽。
5.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述强电滑环包括集电环、碳刷和刷架；
所述集电环安装在所述第一转子轴上；
所述碳刷固定在所述刷架上；
所述刷架安装在所述第二轴承座上。
6.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述信号采集系统包括采集卡模块、电源模块和光电隔离模块；
所述电源模块分别与所述采集卡模块和所述光电隔离模块电连接；
所述采集卡模块与所述光电隔离模块电连接。
7.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述第一轴承座上设置有第二止口和定位槽；
所述旋转密封装置通过所述第二止口和所述定位槽安装在所述第一轴承座上。
8.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述转子支架的数量为两个；
两个所述转子支架分别与所述底座滑动连接。
9.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述底座上表面沿长度方向设置有滑轨；
所述第一轴承座、所述第二轴承座、所述转子支架和所述第三轴承座均通过所述滑轨与所述底座滑动连接。
10.根据权利要求1所述的滑轨式超导电机转子试验平台，其特征在于，所述底座为铸铁底座。
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