CN116754112A - 孔盘式水力测功器及测功方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种孔盘式水力测功器，包括主轴，主轴上套设壳体，所述壳体内设有：孔盘式转子，套设在主轴上，孔盘式静子，与孔盘式转子交错设置，形成静子进水间隙，静子进水间隙与孔盘式转子所在腔室连通，稳压腔，位于进水路径的进水端和出水端，所述主轴伸出壳体的端部上连接有测速齿轮，壳体上安装有测力臂、校验臂。本发明结构紧凑、合理，体积相较于常规的水力测功器大大减小，并且为双向旋转结构，具有精度高、适用范围广、维护安装简单的优势，能够大大提高发动机测试精度及效能。

Description

孔盘式水力测功器及测功方法

技术领域

本发明涉及测功器技术领域，尤其是一种孔盘式水力测功器及测功方法。

背景技术

作为燃气轮机等高速原动机的重要测试及耗功设备，目前国内未有适应能力广泛、使用安装方便、控制精度高、具备双向旋转等功能的大功率高速水力测功器。

目前仅有叶轮式高速水力测功器或发动机，通过减速齿轮箱减速后，进行功率的消耗及测量，导致整个系统不具备双向测量、安装设备及系统复杂。还因其吸收功率需求，造成了水力测功器本身体积庞大，重量大，功率起点高的问题；且整个测功系统存在结构复杂，测量不直接，精度不高，调节速率慢，系统惯性大，反应不灵敏，拆装维修不方便等缺点。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的孔盘式水力测功器及测功方法，其具有适应能力广泛、使用安装方便、控制精度高、具备双向旋转、转子自定心等功能，同时比叶轮式水力测功器响应更灵敏、运行能力强、维护性更好。

本发明所采用的技术方案如下：

一种孔盘式水力测功器，包括主轴，主轴上套设壳体，所述壳体内设有：

孔盘式转子，套设在主轴上，

孔盘式静子，与孔盘式转子交错设置，形成静子进水间隙，静子进水间隙与孔盘式转子所在腔室连通，

稳压腔，位于进水路径的进水端和出水端，

所述主轴伸出壳体的端部上连接有测速齿轮，壳体上安装有测力臂13、校验臂。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述孔盘式静子上设有沉孔，孔盘式转子上设有通孔；通孔与沉孔相对设置，

孔盘式静子、孔盘式转子采用对称结构。

孔盘式静子、孔盘式转子之间安装有排水环，孔盘式静子、孔盘式转子和排水环形成做功水腔。

孔盘式转子串联设置。

所述稳压腔包括进水稳压腔、排水稳压腔，

进水稳压腔位于壳体的进水口与孔盘式静子、孔盘式转子之间，

排水稳压腔位于孔盘式静子、孔盘式转子与壳体的出水口之间。

主轴两端设有轴承，主轴上的轴向应力传递至轴承处。

轴承对应有轴承支撑，所述壳体底部落在轴承支撑上。

壳体的轴向两端面设有迷宫密封结构和接触式石墨密封结构。

壳体内设有压力平衡阀，孔盘式静子、孔盘式转子的表面设有耐蚀层。

一种孔盘式水力测功器的测工方法，包括如下步骤：

外界发动机带动主轴，主轴转动，带动孔盘式转子旋转，孔盘式转子上的通孔带动腔室内的水高速流动，水流受到孔盘式静子、孔盘式转子的冲击，在孔盘式静子和孔盘式转子之间不断改变流动速度与流动方向，水流的冲击力通过转盘式静子传递至壳体，产生水力测功器的输出扭矩，消耗水力测功器功率；壳体上连接的外界测力臂13、校验臂14受力后，感知获得相应参数。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，体积相较于常规的水力测功器大大减小，并且为双向旋转结构，具有精度高、适用范围广、维护安装简单的优势，能够大大提高发动机测试精度及效能。

本发明中的主轴与转子部件之间采用非过盈配合，具有安装简单，运行自定心的优势，同时主轴具备多个测功器串联运行的能力，可应用场景更多；

本发明中的水力测功器采用孔盘结构，能够有效增加吸功性能，增加吸功重量比。

本发明的水力测功器通过设置对称的转子、静子，使水力测功器具备双向测量的优势，测量更为直接，所测得的结果精度更高。

附图说明

图1为本发明的水力测功器原理剖视图。

图2为图1的局部放大图用于体现密封结构。

图3为本发明的水力测功器主轴安装及动平衡示意图。

图4为本发明的水力测功器转子示意简图。

图5为本发明的水力测功器静子示意简图。

图6为本发明的水力测功器壳体示意图。

图7为本发明的水力测功器支架示意图。

图8为本发明的水力测功器振动监测系统原理示意图。

其中：1、主轴；2、壳体；3、孔盘式转子；4、孔盘式静子；5、进水端；6、出水端；7、轴承；8、轴承支撑；9、迷宫密封结构；10、接触式石墨密封结构；11、端盖；12、支架；13、测力臂；14、校验臂；15、排水环；

101、测速齿轮；

301、通孔；

401、沉孔；

501、进水稳压腔；

601、排水稳压腔。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的孔盘式水力测功器，包括主轴1，主轴1上套设壳体2，壳体2内设有：

孔盘式转子3，套设在主轴1上，

孔盘式静子4，与孔盘式转子3交错设置，形成静子进水间隙，静子进水间隙与孔盘式转子3所在腔室连通，

稳压腔，位于进水路径的进水端5和出水端6，

主轴1伸出壳体2的端部上连接有测速齿轮101，壳体2上安装有测力臂13、校验臂14。

孔盘式静子4上设有沉孔401，孔盘式转子3上设有通孔301；通孔301与沉孔401相对设置，

孔盘式静子4、孔盘式转子3采用对称结构。

孔盘式静子4、孔盘式转子3之间安装有排水环15，孔盘式静子4、孔盘式转子3和排水环15形成做功水腔。

孔盘式转子3串联设置。

稳压腔包括进水稳压腔501、排水稳压腔601，

进水稳压腔501位于壳体2的进水口与孔盘式静子4、孔盘式转子3之间，

排水稳压腔601位于孔盘式静子4、孔盘式转子3与壳体2的出水口之间。

主轴1两端设有轴承7，主轴1上的轴向应力传递至轴承7处。

轴承7对应有轴承支撑8，壳体2底部落在轴承支撑8上。

壳体2的轴向两端面设有迷宫密封结构9和接触式石墨密封结构10。

壳体2内设有压力平衡阀，孔盘式静子4、孔盘式转子3的表面设有耐蚀层。

本实施例的利用孔盘式水力测功器的测工方法，包括如下步骤：

外界发动机带动主轴1，主轴1转动，带动孔盘式转子3旋转，孔盘式转子3上的通孔301带动腔室内的水高速流动，水流受到孔盘式静子4、孔盘式转子3的冲击，在孔盘式静子4和孔盘式转子3之间不断改变流动速度与流动方向，水流的冲击力通过转盘式静子传递至壳体2，产生水力测功器的输出扭矩，消耗水力测功器功率；壳体2上连接的外界测力臂13、校验臂14受力后，感知获得相应参数。

本发明的具体结构及工作原理如下：

本发明的目的在于提供一种孔盘式大功率、高水速水力测功器，如图1所示，外界发动机提供动力，发动机所产生的负载通过联轴节传递至水力测功器的主轴1上，主轴1带动孔盘式转子3旋转，孔盘式转子3通过自身的孔，带动水腔内的水在孔盘式静子4水腔内高速流动，水在孔盘式转子3和孔盘式静子4之间不断改变速度、方向，并通过孔盘式静子4传递至壳体2，由此产生水力测功器的扭矩。

容纳水的水腔由机匣、端盖11拼合形成，内部布置有孔盘式转子3、孔盘式静子4等吸功零部件。水力测功器工作时，水由水力测功器的进水口进入水腔，并平稳分配至各个孔盘式转子3、孔盘式静子4的腔内做功后，排至排水稳压腔601，经过排水口，然后经排水阀排出。

参考图1，主轴1与转子部件采用等距面设计，部件之间为非过盈配合，具有扭矩吸收大、运行平稳可靠、安装简单、运行自定心的优势，同时，本发明的主轴1具备多个测功器串联运行的能力，能适用于更多应用场景。

如图1所示，水力测功器壳体2安装于设置精密轴承7的轴承支撑8上，使水力测功器在运行时，能以极小的摩擦阻力下进行扭矩测量，提高测量精度。

水力测功器内部设有接触式密封及迷宫式非接触式密封，如图2所示，用以使水力测功器运行时的水腔密封及油系统密封，使水力测功器能保证正常运行。

在孔盘式高速水力测功器整体装配之前，需对主轴1及其上所装的零件进行高精度动平衡，以保证高速水力测功器运行稳定、安全。结合参考附图3，为本发明的孔盘式大功率高速水力测功器转动部件高精度动平衡示意图。

图4为本发明的孔盘式大功率高速水力测功器转子简图，孔盘式转子3采用高强度不锈钢材料制作，盘片上钻有通孔301，以增大吸功功率。

图5为本发明的孔盘式大功率高速水力测功器静子简图，孔盘式静子4采用高强度不锈钢材料制作，盘片上钻有沉孔401，且与孔盘式转子3相对。孔盘式转子3、孔盘式静子4、排水环15构成作功水腔。

为提高水力测功器易汽蚀部件的抗汽蚀性能，在易汽蚀的转子、静子表面喷涂耐汽蚀涂层，以保护各部件，提高寿命。

图6为水力测功器壳体2简图，由中间壳体2及两端端盖11组成，方便水力测功器拆装及维护。壳体2上布置有进排水口及进排水口稳压腔。壳体2相对于各做功水腔位置设有压力平衡阀，以利于高速水力测功器加减载平稳运行。

图7为水力测功器支架12简图，其采用箱体式支承结构，采用上下分瓣结构，保证支承稳固的同时，方便拆装。同时集成水力测功器辅助系统设备，方便安装。

本发明中的水力测功器集成了整机振动监测系统，能实时监测水力测功器壳体2、轴承7及轴承支撑8振动，用以评判水力测功器运行情况；同时，还集成了集中数据系统，把水力测功器运行过程中的关键参数如转速、扭矩、振动、温度、压力、阀门位置等进行采集、分析，以实现多种控制模式的控制及智能化维修保养。综合水力测功器其他运行参数，进行水力测功器寿命评估。

本发明的水力测功器集中数据系统原理如框图8所示，采集得到的数据输入控制器进行数据整理，整理后的数据依据多线程原则，将控制器中整理的数据通过内部传输机制同时传输给控制指令处理线程、输出数据整理线程和报警判定线程。各线程相互独立、互不干扰，线程之间仅在控制器中进行数据交互。如输入数据整理发现异常，则报警处理，报警信号显示在操作界面上。

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)

1.一种孔盘式水力测功器，包括主轴(1)，主轴(1)上套设壳体(2)，其特征在于：所述壳体(2)内设有：

孔盘式转子(3)，套设在主轴(1)上，

孔盘式静子(4)，与孔盘式转子(3)交错设置，形成静子进水间隙，静子进水间隙与孔盘式转子(3)所在腔室连通，

稳压腔，位于进水路径的进水端(5)和出水端(6)，

所述主轴(1)伸出壳体(2)的端部上连接有测速齿轮(101)，壳体(2)上安装有测力臂、校验臂。

2.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：所述孔盘式静子(4)上设有沉孔(401)，孔盘式转子(3)上设有通孔(301)；通孔(301)与沉孔(401)相对设置，

孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)采用对称结构。

3.如权利要求2所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)之间安装有排水环(15)，孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)和排水环(15)形成做功水腔。

4.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：孔盘式转子(3)串联设置。

5.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：所述稳压腔包括进水稳压腔(501)、排水稳压腔(601)，

进水稳压腔(501)位于壳体(2)的进水口与孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)之间，

排水稳压腔(601)位于孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)与壳体(2)的出水口之间。

6.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：主轴(1)两端设有轴承(7)，主轴(1)上的轴向应力传递至轴承(7)处。

7.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：轴承(7)对应有轴承支撑(8)，所述壳体(2)底部落在轴承支撑(8)上。

8.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：壳体(2)的轴向两端面设有迷宫密封结构(9)和接触式石墨密封结构(10)。

9.如权利要求1所述的孔盘式水力测功器，其特征在于：壳体(2)内设有压力平衡阀，孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)的表面设有耐蚀层。

10.一种利用权利要求1所述的孔盘式水力测功器的测工方法，其特征在于，包括如下步骤：

外界发动机带动主轴(1)，主轴(1)转动，带动孔盘式转子(3)旋转，孔盘式转子(3)上的通孔(301)带动腔室内的水高速流动，水流受到孔盘式静子(4)、孔盘式转子(3)的冲击，在孔盘式静子(4)和孔盘式转子(3)之间不断改变流动速度与流动方向，水流的冲击力通过转盘式静子传递至壳体(2)，产生水力测功器的输出扭矩，消耗水力测功器功率；壳体(2)上连接的外界测力臂(13)、校验臂(14)受力后，感知获得相应参数。