CN214196658U - 一种啮合副的润滑性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种啮合副的润滑性能测试装置，包括电机，电机通过联轴器连接有用于固定螺杆的转子轴，转子轴上套接有密封壳体，螺杆位于密封壳体内，密封壳体内设有密封板，密封板伸入螺杆螺槽内将其分隔；密封壳体开设有安装孔，螺杆上设置有压力传感器；星轮轴活动连接在星轮支架上，星轮轴上方还设置有角位移传感器，星轮齿伸入安装孔与螺杆啮合，星轮上表面与密封板之间的密封壳上设置有进液孔，星轮下表面与密封板之间设置有回液孔。能实现对不同润滑介质、不同压缩工质、及不同型线的单螺杆压缩机/膨胀机啮合副润滑状态进行测试。

Description

一种啮合副的润滑性能测试装置

技术领域

本实用新型属于压缩机测试设备技术领域，涉及一种啮合副的润滑性能测试装置。

背景技术

单螺杆压缩机具有结构简单、无余隙容积、转子受力平衡，对工质要求不高(过热蒸汽、饱和蒸汽、气液两相都可以使用)等优点，已成功应用于热泵、中央空调、工业制冷领域，具有极大的发展前景。且近年来由于低温、中低温余热回收技术的发展，科技工作者在单螺杆压缩机的基础上已成功开发出单螺杆膨胀机，目前该膨胀机样机已成功试制并应用在低温发电试验系统中。

无论对于单螺杆压缩机还是膨胀机而言，其核心部件均为一个螺杆和两个与螺杆啮合的星轮(一个螺杆和一个星轮通常被称为一对啮合副)，如图1及图2所示。为了保证螺杆的运行寿命，星轮在选材时，其材料的耐磨损性能往往低于螺杆转子，因此星轮相对较易磨损。为了改善星轮齿的耐磨损性能，科研工作者相继开发出单直线型线，单直线二次包络型线、单圆柱(圆台)型线、单圆柱(圆台)二次包络型线、多直线型线、多圆柱型线、多圆柱非等长包络型线等各种啮合副型线。但由于单螺杆压缩机中的螺杆螺槽为螺旋槽结构，且一根螺杆上往往布置多个螺槽(4～8个)，而实际压缩机中星轮齿厚度较薄(6～10mm)，螺槽壁面和星轮齿壁面均无空间安装可测量啮合间隙内润滑液压力的压力测量装置。因此，其间隙内的润滑状态一直无从知晓。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种啮合副的润滑性能测试装置，解决了现有技术中存在的无法测试啮合副润滑状态的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种啮合副的润滑性能测试装置，啮合副包括螺杆、星轮，星轮通过星轮轴固定，包括电机，电机通过联轴器连接有用于固定螺杆的转子轴，转子轴上套接有密封壳体，螺杆位于密封壳体内，密封壳体内设有密封板，密封板伸入螺杆螺槽内将其分隔；密封壳体开设有安装孔，螺杆上设置有压力传感器；星轮轴活动连接在星轮支架上，星轮轴上方还设置有角位移传感器，星轮齿伸入安装孔与螺杆啮合，星轮上表面与密封板之间的密封壳上设置有进液孔，星轮下表面与密封板之间设置有回液孔。

本实用新型的特点还在于：

密封壳体包括密封壳，密封壳两端分别连接有第一密封盖体、第二密封盖体，密封板位于密封壳内。

星轮齿根外套接有密封压板，密封压板固定在密封壳上，且密封压板与密封壳之间设置有密封垫。

第一密封盖体包括依次套接在转子轴上的前密封盖、轴承座，前密封盖与转子轴之间设置有第一骨架密封，轴承座与转子轴之间设置有第一深沟球轴承，第一深沟球轴承靠近第一骨架密封一侧设置有第一轴承锁紧件；第二密封盖体包括依次套接在转子轴上的定位轴承座、后密封盖，定位轴承座与转子轴之间设置有双列角接触轴承，双列角接触轴承靠近后密封盖一侧设置有第二轴承锁紧件，后密封盖与转子轴之间设置有第二骨架密封；密封壳两端分别与轴承座、定位轴承座连接。

星轮轴上套接用于锁紧星轮的锁紧机构。

锁紧机构包括自下而上依次套接在星轮轴上的压盖、锁紧螺母，压盖与星轮紧密接触。

星轮支架包括支撑架，支撑架上连接有第一挂环、第二挂环，星轮轴两端分别活动连接在第一挂环、第二挂环内。

星轮轴下端与第二挂环之间自上而下依次设置有四点角接触轴承、第二深沟球轴承，第二深沟球轴承通过下轴承端盖与第二挂环固定；星轮轴上端与第一挂环之间设置有第三深沟球轴承，第三深沟球轴承通过上轴承端盖与第一挂环固定。

还包括有底座，底座上设置有电机支架、转子支座，电机支架与电机之间设置有弹性垫块，转子支座位于螺杆下方。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种啮合副的润滑性能测试装置，通过第一密封盖体、第二密封盖体及密封壳为螺杆与星轮啮合提供密封环境，测量润滑液从星轮齿上表面泄入星轮齿下表面的压力分布值，同时测量星轮的偏转角度，通过压力分布值及偏转角度得出星轮齿与螺槽壁面的润滑状态；能实现对不同润滑介质、不同压缩工质、及不同型线的单螺杆压缩机/膨胀机啮合副润滑状态进行测试。

附图说明

图1是单螺杆压缩机的结构示意图；

图2是实际螺杆与星轮啮合状态图；

图3是本实用新型一种啮合副的润滑性能测试装置的结构示意图；

图4是本实用新型一种啮合副的润滑性能测试装置的主剖视图；

图5是本实用新型一种啮合副的润滑性能测试装置的侧剖图；

图6是实际星轮与本实用新型中试验星轮的对比图；

图7是实际螺杆与本实用新型中试验螺杆的对比图；

图8是本实用新型一种啮合副的润滑性能测试装置内啮合副的结构示意图；

图9是本实用新型一种啮合副的润滑性能测试装置内星轮齿的结构示意图。

图中：1.电机，2.联轴器，3.转子轴，4.螺杆，401.第一螺杆，402.第二螺杆，5.密封壳，6.密封板，7.安装孔，8.压力传感器，9.星轮轴，10.星轮支架，101.支撑架，102.第一挂环，103.第二挂环，11.星轮，12.角位移传感器，13.进液孔，14.第一测压装置安装座，15.回液孔，16.第二测压装置安装座，17.前密封盖，18.轴承座，19.第一骨架密封，20.第一深沟球轴承，21.定位轴承座，22.后密封盖，23.双列角接触轴承，24.第二骨架密封，25.压盖，26.锁紧螺母，27.四点角接触轴承，28.第二深沟球轴承，29.下轴承端盖，30.第三深沟球轴承，31.上轴承端盖，32.传感器支座，33.底座，34.电机支架，35.转子支座，36.弹性垫块，37.密封压板，38.密封垫，39.第一止动垫圈，40.轴承垫圈，41.定位轴承垫圈，42.第二止动垫圈，43.引线固定卡，44.集流环，45.轴承内压圈，46.轴承外压圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种啮合副的润滑性能测试装置，如图3-5所示，包括用于固定星轮11的星轮轴9，包括电机1，电机1通过联轴器2连接有用于固定螺杆4的转子轴3，为了方便安装密封壳5，将螺杆4分为第一螺杆401、第二螺杆402，待第一螺杆401安装完成后，再将第二螺杆402与第一螺杆401通过螺栓紧固在一起。转子轴3上套接有密封壳体，密封壳体内设有密封板6，密封板6伸入螺杆4螺槽内将其分隔；螺杆4位于密封壳体内，密封壳体包括密封壳5，密封壳5两端连接有第一密封盖体、第二密封盖体，螺杆4位于第一密封盖体、第二密封盖体之间，螺杆4与密封壳5间留有0.03～0.1mm的间隙。密封板6位于密封壳5内，密封壳5开设有安装孔7，安装孔7的尺寸略大于星轮11齿的尺寸；沿螺杆4两侧壁径向设置有3-10个压力传感器8，采用引线固定卡43将传感器信号线分别固定在第一螺杆401、第二螺杆402外壁上，防止其信号线与转子轴3、密封壳5、第一密封盖体、第二密封盖体发生缠绕和摩擦损坏。星轮轴9活动连接在星轮支架10上，星轮轴9上套接用于锁紧星轮11的锁紧机构，星轮轴9上方还设置有角位移传感器12，测试时，星轮11齿伸入安装孔7与螺杆4啮合，由于星轮11齿两侧表面均有润滑液通过，因此两侧表面均受到润滑膜的作用力，在润滑膜的作用力下，星轮11齿朝向受力较小的一侧发生偏转。星轮11上表面与密封板6之间的密封壳5上设置有进液孔13、第一测压装置安装座14，星轮11上表面与密封板6、螺杆4内壁形成高压密封腔，星轮11下表面与密封板6之间设置有回液孔15、第二测压装置安装座16，第一测压装置安装座14、第二测压装置安装座16用于安装测压表或压力传感器；星轮11下表面与密封板6、螺杆4内壁形成低压密封腔，当电机带动螺杆转动时，在螺杆4螺槽内壁对润滑液的带动作用及星轮11齿上下表面压差的作用下，高压气液混合物沿着星轮11与螺杆4的间隙从高压密封腔泄入低压密封腔。星轮11齿根套接有密封压板37，密封压板37固定在密封壳5上，且密封压板37与密封壳5之间设置有密封垫38。密封垫38可选用软橡胶，防止高压油气沿安装孔7四周间隙向外侧泄漏。

转子轴3末端还设置有集流环44，压力传感器8的信号线连接在集流环44上。集流环44内圈随转子轴3一起转动，集流环44外圈静止并与压力传感器8信号输出线相连，集流环44内圈外圈通过滑动触头进行信号传输，最终将采集到数据输出到采集系统中。

第一密封盖体包括依次套接在转子轴3上的前密封盖17、轴承座18，前密封盖17与转子轴3之间设置有第一骨架密封19，轴承座18与转子轴3之间设置有第一深沟球轴承20，第一深沟球轴承20靠近第一骨架密封19一侧设置有第一轴承锁紧件，第一轴承锁紧件包括第一止动垫圈39、轴承垫圈40，轴承垫圈40位于第一深沟球轴承20与第一止动垫圈39之间；第二密封盖体包括依次套接在转子轴3上的定位轴承座21、后密封盖22，定位轴承座21与转子轴3之间设置有双列角接触轴承23，双列角接触轴承23靠近后密封盖22一侧设置有第二轴承锁紧件，后密封盖22与转子轴3之间设置有第二骨架密封24；密封壳5两端分别与轴承座18、定位轴承座21连接；第二轴承锁紧件包括定位轴承垫圈41、第二止动垫圈42，定位轴承垫圈41位于第二止动垫圈42与双列角接触轴承23之间。第一深沟球轴承20、双列角接触轴承23用于承受螺杆4的径向力和轴向力。第一骨架密封19、第二骨架密封24用于防止润滑液沿螺杆4轴向泄漏。

锁紧机构包括自下而上依次套接在星轮轴9上的压盖25、锁紧螺母26，压盖25与星轮11紧密接触。

星轮支架10包括支撑架101，支撑架101上连接有第一挂环102、第二挂环103，星轮轴9两端分别活动连接在第一挂环102、第二挂环103内。

星轮轴9下端与第二挂环103之间自上而下依次设置有四点角接触轴承27、第二深沟球轴承28，第二深沟球轴承28通过下轴承端盖29与第二挂环103固定，四点角接触轴承27、第二深沟球轴承28之间设有轴承内压圈45和轴承外压圈46；星轮轴9上端与第一挂环102之间设置有第三深沟球轴承30，第三深沟球轴承30通过上轴承端盖31与第一挂环102固定。

星轮支架10上设置有传感器支座32，角位移传感器12安装在传感器支座32上。

还包括有底座33，底座33上设置有电机支架34、转子支座35，电机支架34与电机1之间设置有弹性垫块36，转子支座35位于螺杆4下方。

本发明一种啮合副的润滑性能测试装置的使用方法如下：

步骤1、如图6-9所示，通过公式(1)将实际星轮齿面每个几何形态特征点S₁(x₁,y₁,z₁)转换为试验星轮齿面几何形态特征点S₂(x₂,y₂,z₂)，且转换前后星轮与螺杆啮合间隙几何形态相同；

上式中，

为坐标系S₁和坐标系S₂之间的x轴夹角，若为星轮齿前侧几何形态

若为星轮齿后侧几何形态

某一啮合位置处，星轮齿前侧螺槽偏角α_f的表达式如下：

上式中，n₁为螺杆头数，n₂为星轮齿数，r_f1为星轮齿前侧啮合点至螺杆回转轴线距离，r_f2为星轮齿前侧啮合点至星轮回转轴线距离；

某一啮合位置处，星轮齿后侧螺槽偏角α_b的表达式如下：

上式中，r_b1为星轮齿后侧啮合点至螺杆回转轴线距离，r_b2为星轮齿后侧啮合点至星轮回转轴线距离；

步骤2、根据试验星轮齿面几何形态特征点S₂(x₂,y₂,z₂)加工得到星轮；

步骤3、使星轮11齿伸入安装孔7与螺杆4啮合，并向进液孔13注入润滑液进行润滑性能测试，电机1带动螺杆4转动进行测试，在测试过程中，通过调整螺杆4的转速使星轮与螺杆啮合间隙内流体的雷诺数与实际星轮与螺杆啮合间隙内流体的雷诺数相同，并使注入的润滑液的气体体积含气率与实际星轮与螺杆啮合间隙内气体体积含气率一致；当高压气液混合物沿着星轮11与螺杆4的间隙从高压密封腔泄入低压密封腔时，压力传感器8测量高压气液混合物从星轮11齿上表面泄入星轮11齿下表面的压力分布值；同时通过角位移传感器12测量星轮11的偏转角度，得到星轮与螺杆啮合的润滑性能。

压力分布值的高压区面积越大及高压区压力峰值越高，说明润滑膜承载能力越大，则代表该星轮齿与螺槽壁面的润滑状态优良，反之则润滑状态不佳。偏转角度越小，说明星轮齿两侧表面受力越均衡，偏转角度越大，说明星轮齿背离偏转方向侧的润滑膜承载能力较大，而与偏转方向同侧的润滑膜承载能力较小。润滑膜承载能力小则表明星轮齿侧面润滑状态不良，易于发生磨损。

通过以上方式，本实用新型的一种啮合副的润滑性能测试装置，通过第一密封盖体、第二密封盖体及密封壳为螺杆与星轮啮合提供密封环境，测量润滑液从星轮齿上表面泄入星轮齿下表面的压力分布值，同时测量星轮的偏转角度，通过压力分布值及偏转角度得出星轮齿与螺槽壁面的润滑状态；能实现对不同润滑介质、不同压缩工质、及不同型线的单螺杆压缩机/膨胀机啮合副润滑状态进行测试。

Claims (9)

1.一种啮合副的润滑性能测试装置，所述啮合副包括螺杆(4)、星轮(11)，所述星轮(11)通过星轮轴(9)固定，其特征在于，包括电机(1)，所述电机(1)通过联轴器(2)连接有用于固定螺杆(4)的转子轴(3)，所述转子轴(3)上套接有密封壳体，所述螺杆(4)位于密封壳体内，所述密封壳体内设有密封板(6)，所述密封板(6)伸入螺杆(4)螺槽内将其分隔；所述密封壳体开设有安装孔(7)，所述螺杆(4)上设置有压力传感器(8)；所述星轮轴(9)活动连接在星轮支架(10)上，所述星轮轴(9)上方还设置有角位移传感器(12)，所述星轮(11)齿伸入安装孔(7)与螺杆(4)啮合，所述星轮(11)上表面与密封板(6)之间的密封壳(5)上设置有进液孔(13)，所述星轮(11)下表面与密封板(6)之间设置有回液孔(15)。

2.根据权利要求1所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述密封壳体包括密封壳(5)，所述密封壳(5)两端分别连接有第一密封盖体、第二密封盖体，所述密封板(6)位于密封壳(5)内。

3.根据权利要求2所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述星轮(11)齿根外套接有密封压板(37)，所述密封压板(37)固定在密封壳(5)上，且所述密封压板(37)与密封壳(5)之间设置有密封垫(38)。

4.根据权利要求2所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述第一密封盖体包括依次套接在转子轴(3)上的前密封盖(17)、轴承座(18)，所述前密封盖(17)与转子轴(3)之间设置有第一骨架密封(19)，所述轴承座(18)与转子轴(3)之间设置有第一深沟球轴承(20)，所述第一深沟球轴承(20)靠近第一骨架密封(19)一侧设置有第一轴承锁紧件；所述第二密封盖体包括依次套接在转子轴(3)上的定位轴承座(21)、后密封盖(22)，所述定位轴承座(21)与转子轴(3)之间设置有双列角接触轴承(23)，所述双列角接触轴承(23)靠近后密封盖(22)一侧设置有第二轴承锁紧件，所述后密封盖(22)与转子轴(3)之间设置有第二骨架密封(24)；所述密封壳(5)两端分别与轴承座(18)、定位轴承座(21)连接。

5.根据权利要求1所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述星轮轴(9)上套接用于锁紧星轮(11)的锁紧机构。

6.根据权利要求5所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述锁紧机构包括自下而上依次套接在星轮轴(9)上的压盖(25)、锁紧螺母(26)，所述压盖(25)与星轮(11)紧密接触。

7.根据权利要求1所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述星轮支架(10)包括支撑架(101)，所述支撑架(101)上连接有第一挂环(102)、第二挂环(103)，所述星轮轴(9)两端分别活动连接在第一挂环(102)、第二挂环(103)内。

8.根据权利要求5所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，所述星轮轴(9)下端与第二挂环(103)之间自上而下依次设置有四点角接触轴承(27)、第二深沟球轴承(28)，所述第二深沟球轴承(28)通过下轴承端盖(29)与第二挂环(103)固定；所述星轮轴(9)上端与第一挂环(102)之间设置有第三深沟球轴承(30)，所述第三深沟球轴承(30)通过上轴承端盖(31)与第一挂环(102)固定。

9.根据权利要求1所述的一种啮合副的润滑性能测试装置，其特征在于，还包括有底座(33)，所述底座(33)上设置有电机支架(34)、转子支座(35)，所述电机支架(34)与电机(1)之间设置有弹性垫块(47)，所述转子支座(35)位于螺杆(4)下方。

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