CN116296331A - 一种用于桨轴的验证工装及其验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于桨轴的验证工装及其验证方法，包括水箱，用于为试验轴提供不同水压的工况环境；至少一个试验筒，沿水箱侧壁向内延伸并对水箱进行密封，且试验筒内通过上下两个轴承活动插接有试验轴，用于对试验轴进行防护、支撑；上密封端盖、下密封端盖；设置于试验筒和试验轴之间，对试验筒上下端面进行密封；两油封组，位于上下两个密封端盖内并套接在试验轴上。本发明结构紧凑、合理，操作方便，分别通过试验筒和水箱模拟实际工作环境，同时为试验轴和对照组进行模拟验证，采用厚度、温度、浓度和压力等多个参数多种方式对桨轴进行验证，试验方式简单，能够对修复后的试验轴的效果进行量化，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶桨轴修复技术领域，尤其是一种用于桨轴的验证工装及其验证方法。
背景技术
桨轴是船舶推进系统中非常重要的工作部件，尤其对于高速船艇及深海装备，要求耐海水腐蚀、结构紧凑，强度高。目前桨轴材料首选022Cr23Ni5Mo3N(2205)双相不锈钢，这种材料具有较高的抗腐蚀性、强度高、有足够的塑韧性，但其表面硬度不高，经过长期的航行后，在油封与轴段的结合处经常出现磨损现象，密封面间隙过大导致海水进入支撑轴承处破坏轴承的润滑环境，严重时损坏轴承，导致整个推进系统产生故障，因此必须采取相应的措施对桨轴表面进行修复处理，增强其硬度，提高桨轴的使用寿命。
目前并没有对桨轴验证的工装，而且经过修复后的桨轴质量也并不容易验证，通常的方式是在实际使用的过程中经过一段时间使用后测量其厚度，但是桨轴和油封的磨损是相互的，单纯的测量厚度，并不一定能够验证修复的质量。
为此，我们提出一种用于桨轴的验证工装及其验证方法。
发明内容
基于此，针对上述缺点和不足，本发明提供一种用于桨轴的验证工装及其验证方法，该工装结构的设置可以有效模拟桨轴修复的质量，且该种工装是针对浆轴在长时间使用后两段严重磨损区域设置的，能够对修复后的试验轴的效果进行量化，具有很强的实用性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于桨轴的验证工装，用于对修复后的桨轴进行质量验证，包括：
水箱，用于为试验轴提供不同水压的工况环境；
至少一个试验筒，沿水箱侧壁向内延伸并对水箱进行密封，且试验筒内通过上下两个轴承活动插接有试验轴，用于对试验轴进行防护、支撑，试验筒侧壁上开设有至少一个用于灌入润滑脂的润滑脂孔；
上密封端盖、下密封端盖；设置于试验筒和试验轴之间，对试验筒上下端面进行密封，以及对上下轴承进行固定限位；
两油封组，位于上下两个密封端盖内并套接在试验轴上，用于隔绝内部润滑脂与外部液体，包括若干叠放的油封。
其进一步特征在于：
所述水箱为上端开口，同时在水箱上设置有进水口和压力表，能够根据需要采用不同的水压，从而模拟试验轴的工作工况。
所述试验筒为一端带法兰的筒体结构，其作用是能够以比较紧凑的结构真实模拟桨轴在船艇的实际安装结构，试验筒通过法兰与水箱连接成一个密封的整体，试验筒外侧的润滑脂孔通过螺塞密封，润滑脂孔位于上下轴承支撑之间。
还包括与试验轴相连并提供驱动力的电机，以及将电机与试验筒固定连接的连接管，所述连接管为侧面开口、两端法兰的筒体结构，上法兰端面与电机的法兰连接，下法兰端面与试验筒的法兰面连接，连接管侧面开口用于散热以及为红外测温枪提供测温空间。
所述试验轴设置有与轴承相对应的轴肩，与上下密封端盖配合使用为轴承提供安装定位。
上端轴承采用深沟球轴承，深沟球轴承安装在试验筒的第一台阶处，通过上密封端盖进行固定；下端轴承采用滚针轴承，滚针轴承安装在试验筒的第二台阶处，通过下密封端盖进行固定，下密封端盖固定与第三台阶处。
上下两个所述密封端盖外表面与试验筒的内表面使用O形圈密封，O形圈套接在下密封端盖上开设的第二卡口中，在上下两个密封端盖内均设置有对油封组进行限位的弹性挡圈，且弹性挡圈位于上下两个密封端盖内设置的第一卡口中，同时在第一卡口和油封容置腔之间设置有倾斜台阶，能够为油封组的安装提供导向和保护。
所述密封端盖内设置有放置油封组的油封容置腔，油封采用旋转唇形密封，位于上下两端的两个叠放的油封组中，靠近轴承一侧的油封密封唇朝向轴承侧，而远离轴承的油封密封唇背向轴承侧，且背向轴承的油封数量大于朝向轴承的油封数量。
一种用于桨轴的验证工装的验证方法，包括如下步骤：
选择待测试试验轴，记录初始参数变量；
同时设置对照组，对照组为原装桨轴和/或其他方式修复的桨轴，在同一条件下记录初始参数变量；
控制工作水压；首先根据海面波浪载荷的大小或深水装备的桨轴工作深度通过计算换算成等效水压；
模拟桨轴工作；设定电机实际运行转速，试验轴和对照组中的桨轴分别在各自的电机的带动下在试验筒内部转动运行；
测量温度；利用红外测温枪对试验轴上层油封处温度测量；
在经过一段时间工作后，分别采集试验轴和对照组中的桨轴最新的参数变量，并将试验轴的最新参数变量值或差值与对照组中的桨轴的最新参数变量值或差值进行比较，从而验证修复质量。
所述参数变量包括厚度、重量、温度和浓度中的一种或以上。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，分别通过试验筒和水箱模拟实际工作环境，同时为试验轴和对照组进行模拟验证，采用厚度、温度、浓度和压力等多个参数多种方式对桨轴进行验证，试验方式简单，能够对修复后的试验轴的效果进行量化，具有很强的实用性。
同时，本发明还具备如下优点：
(1)设置多个试验筒可以同时让对照组中的桨轴和试验轴同时在同一个水箱中进行工作，从而提高验证效率，同时还可以控制在不同的压力条件下进行验证，提高了应用范围，整体组装方便。
(2)连接管为侧面开口、两端法兰的筒体结构，上法兰端面与电机的法兰连接，下法兰端面与试验筒的法兰面连接，连接管侧面开口一来方便对试验轴进行降温，二来也方便红外测温枪进行测温。
(3)试验筒内设置有润滑脂，润滑脂位于上下轴承支撑之间，其作用首先能够提供上下端轴承的润滑，保证装置长期工作的可靠性，其次试验轴在旋转的过程中润滑脂在离心力的作用下运动到油封与试验轴的接触面，润滑的同时也带走部分摩擦热量，尤其对于上端不接触水的油封安装区域，可有效增加试验轴和油封的使用寿命。
(4)通过验证桨轴工作前后的厚度差、工作前后的润滑脂压力、工作前后的润滑脂浓度，再通过与对照组的数据进行对比，能够判断试验轴的修复效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为图1中A部的局部放大图。
图3为图1中B部的局部放大图。
图4为本发明一实施例中试验筒和试验轴连接结构爆炸示意图。
图5为本发明一实施例中试验筒及其剖视结构示意图。
图6为本发明一实施例中下密封端盖及其剖视结构示意图。其中：1、电机；2、连接管；3、联轴器；4、上密封端盖；5、试验筒；501、第一台阶；502、第二台阶；503、第三台阶；6、水箱；7、深沟球轴承；8、试验轴；9、螺塞；10、滚针轴承；11、下密封端盖；1101、第一卡口；1102、倾斜台阶；1103、油封容置腔；1104、第二卡口；12、油封；13、O形圈；14、弹性挡圈；15、红外测温枪；16、进水口；17、压力表。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例提供了一种用于桨轴的验证工装，用于对桨轴(即本申请的试验轴8)激光熔覆修复后的质量验证，主要由电机1、连接管2、联轴器3、上密封端盖4、试验筒5、水箱6、深沟球轴承7、试验轴8、螺塞9、滚针轴承10、下密封端盖11、油封12、O形圈13、O形圈13、红外测温枪15等组成。
水箱6作为测试场所，水箱6为上端开口，同时在水箱6上设置有进水口16和压力表17，能够根据需要采用不同的水压，从而模拟试验轴8的工作工况。
本实施例中，包括至少一个试验筒5，设置多个试验筒5可以同时让对照组中的桨轴和试验轴8同时在同一个水箱6中进行工作，从而提高验证效率，对照组最优选择两个，第一个为原装桨轴，第二个为采用其他方式修复的桨轴，通过将对照组和试验轴8在同一个条件下进行工作对比，提高了验证效果。
试验筒5为一端带法兰的筒体结构，其作用是能够以比较紧凑的结构真实模拟桨轴在船艇的实际安装结构，试验筒5通过法兰与水箱6连接成一个密封的整体，从而方便调节水箱6内部的水压，更好的模拟真实工况。
本实施例中，为了方便散热和进行温度采集，其中连接管2为侧面开口、两端法兰的筒体结构，上法兰端面与电机1的法兰连接，下法兰端面与试验筒5的法兰面连接，连接管2侧面开口一来方便对试验轴8进行降温，二来也方便红外测温枪15进行测温，而通过采用红外测温枪15能够更直观的看到上层油封12与试验轴8修复段的摩擦温度，而且还可以以此来判断润滑脂的散热效果。
试验轴8安装在试验筒5的内部，与电机1的输出轴通过联轴器3连接。
本实施例中，试验轴8的上下端分别通过深沟球轴承7和滚针轴承10活动连接在试验筒5，且试验轴8设置有与轴承相对应的轴肩，与上下密封端盖配合使用为轴承提供安装定位，试验轴8位于两个轴承相背的侧壁上分别套接有油封12，油封12的位置与试验轴8实际安装位置相同，也是试验轴8磨损最严重的区域，在本实施例中油封12的位置也是试验轴8上进行激光熔覆的位置，也是本实施例进行验证的区域。
试验筒5外侧开有两处润滑脂孔，通过螺塞9密封，润滑脂位于上下轴承支撑之间，其作用首先能够提供上下端轴承的润滑，保证装置长期工作的可靠性，其次试验轴8在旋转的过程中润滑脂在离心力的作用下运动到油封12与试验轴8的接触面，润滑的同时也带走部分摩擦热量，尤其对于上端不接触水的油封12安装区域，可有效增加试验轴8和油封12的使用寿命。
本实施例中，如图2和图5所示，深沟球轴承7安装在试验筒5的第一台阶501处，通过上密封端盖4进行固定。上密封端盖4外表面与试验筒5的内表面使用O形圈13密封，内表面安装有多个呈垂直叠放的油封12，与试验轴8的激光熔覆区域段接触，上下轴承的设置是支撑桨轴的作用。原型设计上支撑用的是圆锥轴承可以承受螺旋桨产生的轴向力。因为试验工装没有螺旋桨所以不需要考虑轴向力所以用的是深沟球轴承。下支撑用滚针轴承是可以承受更大的径向力，且和其它轴承相比滚针轴承径向尺寸更小更利于减轻结构重量。
如图3和图5所示，滚针轴承10安装在试验筒5的第二台阶502处，通过下密封端盖11进行固定，下密封端盖11固定于第三台阶503附近，下密封端盖和第二台阶502分别与滚针轴承10的外圈和内圈接触，将滚针轴承固定在试验筒内提高滚针轴承10的运行稳定性。
本实施例中，如图6所示，下密封端盖11外表面与试验筒5的内表面使用O形圈13密封，O形圈13套接在下密封端盖11上开设的第二卡口1104中，能够防止高压水渗入；
下密封端盖11内设置有油封容置腔1103，油封容置腔1103内安装有多个呈垂直叠放的油封12，与试验轴8的激光熔覆区域段接触。
同时在上密封端盖4和下密封端盖11内均设置有对油封12进行限位的弹性挡圈14，且弹性挡圈14位于上密封端盖4和下密封端盖11内设置的第一卡口1101中，同时在第一卡口1101和油封容置腔1103之间设置有倾斜台阶1102，能够为油封组的安装提供导向和保护。
上下轴承的结构形式、支撑部位，以及油封12位置均与桨轴的实际安装位置相对应，能够切实模拟桨轴在水下的工作情况以及易磨损的轴段位置。
实施例2
与实施例1不同的在于，本实施例中为了提高密封效果，如图2-4所示，油封12采用旋转唇形密封，位于上下两端的两个叠放的油封组中，靠近轴承一侧的油封12密封唇朝向轴承侧，而远离轴承的油封12密封唇背向轴承侧，且背向轴承的油封12数量大于朝向轴承的油封数量，通过采用这种结构，一来能够防止内部润滑脂泄露，二来能够防止外界高压海水渗透，且由于桨轴会作用于高水压的环境中，因此更需要多个油封12来阻隔高压海水。
实施例3
本方案的安装方式如下步骤：
步骤1、将滚针轴承10安装在试验筒5的第二台阶502处，将O形圈13和油封12分别安装在下密封端盖11的外表面和内部，然后整体从下方装入试验筒5内部直至两者安装面贴合，用螺钉固定；
步骤2、将深沟球轴承7安装在试验轴8的轴肩上，从上方装入试验筒5内部直至深沟球轴承7外圈端面与第一台阶501贴合；
步骤3、将O形圈13和油封12分别安装在上密封端盖4的外表面和内部，然后整体从上方装入试验筒5内部直至两者安装面贴合，用螺钉固定；
步骤4、将润滑脂从试验筒5的外侧的润滑脂孔注入，注满后用螺塞9密封；
步骤5、将联轴器3的一端与试验轴8输入端连接，随后将连接管2用螺栓固定在试验筒5上，安装面采用密封胶密封；
步骤6、将电机1安装法兰与连接管2对接并用螺栓固定，同时这一操作将联轴器3与电机1轴输出端连接；
步骤7、将安装好的整套装置通过螺钉固定在水箱6上盖上，安装面采用密封胶密封。
试验例1
一种用于桨轴的验证工装的验证方法
包括如下步骤：
采集记录试验轴8修复位置的初始厚度；
同时设置对照组，对照组为原装桨轴和/或其他方式修复的桨轴，并记录相应位置的初始厚度；
控制工作水压；首先根据海面波浪载荷的大小或深水装备的桨轴工作深度通过计算换算成等效水压，开启控制阀门，启动增压水泵进行注水，同时观察压力表17的数值，达到设定数值时，关闭控制阀门和增压水泵；
模拟桨轴工作；设定电机1转速为桨轴实际运行转速，试验轴8和对照组中的桨轴分别在各自的电机1的带动下在试验筒5内部转动，激光熔覆区域为两端油封12接触区域；
测量温度；利用红外测温枪15在图示的角度通过连接管2侧面开口处观察试验轴8轴承支撑段与油封12处的工作情况和测量实际温度，由于桨轴的下端轴承支撑段油封12全部位于水中，其与相应轴段的摩擦热量可通过金属与水的热传递迅速降低，而上端的油封12隔绝了连接管2内部的润滑脂和上方的空气，热传递相对较慢，而这和船艇内部实际安装的桨轴支撑位置和工作情况是相符的，实际证明该位置就是船艇桨轴磨损最明显的位置；
通过一段时间的工作运行后，拆解后可观察并分析油封12接触区域的磨损和腐蚀情况，并通过测量厚度，确定试验轴修复效果；
通过本试验例1与对照组的数据进行对比，能够判断试验轴8的修复效果。
试验例2
一种用于桨轴的验证工装的验证方法，包括如下步骤：
称重，对未装配在水箱6上的试验筒5的组合工装(包括试验筒5和试验筒5内的试验轴8及其他部件)进行整体称重；
同时设置对照组，对照组为原装桨轴和/或其他方式修复的桨轴，并记录相应条件下的重量；
控制工作水压；首先根据海面波浪载荷的大小或深水装备的桨轴工作深度通过计算换算成等效水压，开启控制阀门，启动增压水泵进行注水，同时观察压力表17的数值，达到设定数值时，关闭控制阀门和增压水泵；
模拟桨轴工作；设定电机1转速为桨轴实际运行转速，试验轴8和对照组中的桨轴分别在各自的电机1的带动下在试验筒5内部转动；
测量温度；利用红外测温枪15在图示的角度通过连接管2侧面开口处观察试验轴8轴承支撑段与油封12处的工作情况和测量实际温度；
通过一段时间的工作运行后，将试验筒5的组合工装从水箱6中拆除，并去除表面水渍进行称重；
同时由于润滑脂的密度和压强通常是小于水的，此时若试验轴8和油封12的磨损较大，水箱6中的水会渗入试验筒5中，试验筒5的组合工装重量会比之前更大，根据重量差与对照组进行对比之后，确定其磨损程度，继而确定修复效果；
而且如果磨损较大，渗入的水更多，从而导致润滑脂向上移动，会显著的降低上层油封12处的温度，从而通过红外测温枪15测量的温度，也能确定磨损程度。
试验例3
一种用于桨轴的验证工装的验证方法，
通过压力进行验证修复质量效果；
测量试验筒5内润滑脂压力；
同时设置对照组，对照组为原装桨轴和/或其他方式修复的桨轴，并记录相应条件下的润滑脂压力；
控制工作水压；首先根据海面波浪载荷的大小或深水装备的桨轴工作深度通过计算换算成等效水压，开启控制阀门，启动增压水泵进行注水，同时观察压力表17的数值，达到设定数值时，关闭控制阀门和增压水泵；
模拟桨轴工作；设定电机1转速为桨轴实际运行转速，试验轴8和对照组中的桨轴分别在各自的电机1的带动下在试验筒5内部转动；
测量温度；利用红外测温枪15在图示的角度通过连接管2侧面开口处观察试验轴8轴承支撑段与油封12处的工作情况和测量实际温度；
通过一段时间的工作运行后，再次测量试验筒5内润滑脂压力；
同时由于润滑脂的密度和压强通常是小于水，此时若试验轴8和油封12的磨损较大，水箱6中的水会渗入试验筒5中，而且内部的润滑脂会大量向上溢出，从而导致试验筒5和水箱6内部压力变小，通过水箱6自带的压力表17可以判断压力的变化，根据压力差与对照组进行对比之后，确定其磨损程度，继而确定修复效果；
而且如果磨损较大，渗入的水更多，从而导致润滑脂向上移动，会显著的降低上层油封12处的温度，从而通过红外测温枪15测量的温度，也能确定磨损程度。
试验例4
一种用于桨轴的验证工装的验证方法，与试验例3不同的是，通过测量润滑脂的浓度变化，通过试验前后，取出单位体积的润滑脂，通过浓度判断，来确定磨损程度，同时与对照组进行对比，确定试验轴8的质量效果。
本发明结构紧凑、合理，操作方便，分别通过试验筒5和水箱1模拟实际工作环境，同时为试验轴8和对照组进行模拟验证，采用厚度、温度、浓度和压力等多个参数多种方式对桨轴进行验证，能够对修复后的试验轴8的效果进行量化，试验方式简单，具有很强的实用性。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种用于桨轴的验证工装，用于对修复后的桨轴进行质量验证，其特征在于，包括：
水箱(6)，用于为试验轴(8)提供不同水压的工况环境；
至少一个试验筒(5)，沿水箱(6)壁向内延伸并对水箱(6)进行密封，且试验筒(5)内通过上下两个轴承活动插接有试验轴(8)，试验筒(5)侧壁上开设有至少一个用于灌入润滑脂的润滑脂孔；
上密封端盖(4)、下密封端盖(11)；设置于试验筒(5)和试验轴(8)之间，对试验筒(5)上下端面进行密封，以及对上下轴承进行固定限位；
两油封组，位于上下两个密封端盖内并套接在试验轴(8)上，用于隔绝内部润滑脂与外部液体，包括若干叠放的油封(12)。
2.如权利要求1所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：所述水箱(6)为上端开口，同时在水箱(6)上设置有进水口(16)和压力表(17)，能够根据需要采用不同的水压，从而模拟试验轴(8)的工作工况。
3.如权利要求1所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：所述试验筒(5)为一端带法兰的筒体结构，试验筒(5)通过法兰与水箱(6)连接成一个密封的整体，试验筒(5)外侧的润滑脂孔通过螺塞(9)密封，润滑脂孔位于上下轴承支撑之间。
4.如权利要求1所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：还包括与试验轴(8)相连并提供驱动力的电机(1)，以及将电机(1)与试验筒(5)固定连接的连接管(2)，所述连接管(2)为侧面开口、两端法兰的筒体结构，上法兰端面与电机(1)的法兰连接，下法兰端面与试验筒(5)的法兰面连接，连接管(2)侧面开口用于散热以及为红外测温枪(15)提供测温空间。
5.如权利要求1所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：所述试验轴(8)设置有与轴承相对应的轴肩。
6.如权利要求1所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：上端轴承采用深沟球轴承(7)，深沟球轴承(7)安装在试验筒(5)的第一台阶(501)处，通过上密封端盖(4)进行固定；下端轴承采用滚针轴承(10)，滚针轴承(10)安装在试验筒(5)的第二台阶(502)处，通过下密封端盖(11)进行固定，下密封端盖(11)固定于第三台阶(503)处。
7.如权利要求1所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：上下两个所述密封端盖外表面与试验筒(5)的内表面使用O形圈(13)密封，O形圈(13)套接在下密封端盖(11)上开设的第二卡口(1104)中，在上下两个密封端盖内均设置有对油封组进行限位的弹性挡圈(14)，且弹性挡圈(14)位于上下两个密封端盖内设置的第一卡口(1101)中，同时在第一卡口(1101)和油封容置腔(1103)之间设置有倾斜台阶(1102)，能够为油封组的安装提供导向和保护。
8.如权利要求7所述的一种用于桨轴的验证工装，其特征在于：所述密封端盖内设置有放置油封组的油封容置腔(1103)，油封(12)采用旋转唇形密封，位于上下两端的两个叠放的油封组中，靠近轴承一侧的油封(12)密封唇朝向轴承侧，而远离轴承的油封(12)密封唇背向轴承侧，且背向轴承的油封(12)数量大于朝向轴承的油封(12)数量。
9.一种用于桨轴的验证工装的验证方法，其特征在于：包括如下步骤：
选择待测试试验轴(8)，记录初始参数变量；
同时设置对照组，对照组为原装桨轴和/或采用堆焊修复的桨轴，在同一条件下记录初始参数变量；
控制工作水压；首先根据海面波浪载荷的大小或深水装备的桨轴工作深度通过计算换算成等效水压；
模拟桨轴工作；设定电机(1)实际运行转速，试验轴(8)和对照组中的桨轴分别在各自的电机(1)的带动下在试验筒(5)内部转动运行；
测量温度；利用红外测温枪(15)对试验轴(8)上层油封(12)处温度测量；
在经过一段时间工作后，分别采集试验轴(8)和对照组中的桨轴最新的参数变量，并将试验轴(8)的最新参数变量值或差值与对照组中的桨轴的最新参数变量值或差值进行比较，从而验证修复质量。
10.如权利要求9所述的一种用于桨轴的验证工装的验证方法，其特征在于：所述参数变量包括修复位置的直径厚度、润滑脂的重量、水箱(6)的压力，上层油封(12)处的温度和润滑脂的浓度中的一种或以上。
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