专利名称：一种泵用水润滑轴承综合试验台的制作方法
技术领域：
本发明属于水润滑轴承试验台技术领域，特别涉及ー种智能的泵用水润滑轴承试验装置，主要用于泵用水润滑轴承的综合性能试验。
背景技术：
以水作为轴承的润滑介质具有成本低、环保无污染、減磨节能、降噪减振、阻燃性好、易维护等独特优点。机械设备中使用水润滑轴承，不但能简化轴承-转子系统与整机结构，而且可以提高机组整机运行可靠性及稳定性，因而除了在机床、舰船、水轮机、汽轮机、 航空航天等领域被广泛应用，水润滑轴承已越来越多地应用于燃油泵、井泵、屏蔽泵、海水淡化泵、核泵等诸多泵类产品。水的粘度仅为油的1/100 1/19，水膜的承载能力、吸振能力以及阻尼等比油膜要低许多，形成流体动压润滑的难度也要大，对于使用水润滑轴承的泵的性能參数及运行稳定性影响十分明显。为了掌握高參数化工、航空航天、超超临界火电汽轮机组、核电等极端条件下采用水作为轴承主要润滑介质的各种泵类产品的水润滑轴承摩擦副的承载特性、 摩擦学特性、振动特性、失效机理以及对转子动力学特性等的影响规律，除了需要检测轴和轴瓦间的楔形间隙内流体动压效应所形成的径向液膜压カ分布与承载能力、轴向液膜压カ 分布与承载能力、摩擦特性曲线以及最小液膜厚度等油润滑滑动轴承的主要指标參数外， 对于工作在极端エ况下的水润滑轴承，尤其是在开机、停机以及因各种原因造成润滑介质出现瞬变流的短暂瞬态过渡过程中，轴承的各种特性指标与性能參数会发生急剧的波动， 轻则引起转子与机组的短暂振动，重则会造成轴瓦失效，带来重大的经济损失。故对于这些水润滑轴承，还需要进行其它的ー些试验工作，如分析并绘制摩擦系数/与轴承特性I的关系曲线、轴心运动轨迹、粘温关系曲线、振动频谱图以及振动波形图等。另外，现有的油润滑轴承特性综合测试台的数据采集模块虽然大多能满足其使用性能的要求，但是无论是上位机还是便携式数据处理软件，其功能都不能完全满足水润滑轴承系统的要求，因此，迫切需要开发ー种智能的泵用水润滑轴承综合试验台，为研究和开发高性能、低成本、环保无污染、減磨节能、降噪减振、阻燃性好、易维护的泵用水润滑轴承提供良好的高精度技术參数支持。
发明内容
本发明的目的是针对当前油润滑轴承试验台的局限性，提供ー种新型智能的泵用水润滑轴承性能參数综合測量及试验装置，可以对化工、航空航天、超超临界火电汽轮机组、核电等极端条件下的泵类产品水润滑轴承主要润滑摩擦副的承载特性、摩擦学特性、振动特性等进行测试，得到液膜压カ分布与承载能力、摩擦特性曲线以及最小液膜厚度、轴心运动轨迹、粘温关系曲线、振动频谱图以及振动波形图等综合性能指标參数。本发明的水润滑轴承试验台，包括驱动传动系统、主机箱体、轴承及润滑系统、加载系统、測量系统以及信号分析与处理系统。驱动传动系统包括电机、弾性联轴器A、动カ轴、增速箱、弹性联轴器B和主轴；电机通过弹性联轴器A与动カ轴连接，动カ轴经增速箱增速后通过弹性联轴器B将动カ传给主轴，所述驱动传动系统整体固定在底座上；该底座与主机箱体安装在具有减振功能的底板上；主机箱体是ー个具有一定承压功能的立方形箱体，其底部及四周为不锈钢，顶部为由透明有机玻璃组成的盖板，顶部盖板上开有传感器进入孔(左右各I个)和压液体输入管孔(左右各I个)，主机箱体下部开有回收液体的出流孔管；主轴从主机箱体的侧壁孔水平穿入主机箱体的内部,主轴穿过主机箱体的侧壁孔处设置有轴封部件，该轴封部件包括端盖、骨架油封、挡流板以及0形圈，端盖位于主机箱体的外壁，骨架油封位于所述端盖内腔，挡流板位于主机箱体的内壁处，所述挡流板下部的主机箱体的侧壁上开有排出积液的泄漏小孔，所述0形圈位于挡流板内部紧贴主轴。在主机箱体内部,主轴依次穿过电涡流传感器支座A、滑动轴承座A、滚动轴承座、滑动轴承座B和电涡流传感器支座B ;主轴的末端面距所述主机箱体的内侧壁尚留一定距离，主机箱体内设有三个支撑座，其中，所述电涡流传感器支座A与所述滑动轴承座A共用一个支撑座，所述滚动轴承座単独占用一个支撑座、所述滑动轴承座B与所述电涡流传感器支座B共用ー个支撑座；所述滚动轴承座所在的支撑座下部设有加载装置；加载装置包括水压缸、弹簧以及弹簧容器，所述弹簧顶部与所述滚动轴承座连接，所述弹簧的底部与所述水压缸连接，所述弹簧位于所述弹簧容器内。弹簧为圆锥形弹簧，下面大上面小；；所述电涡流传感器支座 A与所述电涡流传感器支座B的四周分别开有若干电涡流传感器安装孔；电涡流传感器支座A与所述电涡流传感器支座B的支座内圈均为ー个正八边形状结构的通孔。所述滑动轴承座A与所述滑动轴承座B均为分体式轴承座，所述滑动轴承座A与所述滑动轴承座B的上端盖中间位置分别开有轴瓦振动传感器安装孔，所述滑动轴承座A与所述滑动轴承座B 的四周分别开有若干压カ传感器安装孔。本发明的水润滑轴承试验台与现有技术相比具有以下优点。( I)动カ驱动为变频电机，配合增速器与变频器控制可以实现无级变速，不但使被测试的水润滑轴承-转子系统的最大转速得到大幅提高，而且调速更加精确，调速性能曲线更加光润，从而可以模拟工作在化工、核电、航空航天等领域极端条件下泵水润滑轴承的运行エ况，确保将稳定的动カ输出并传递给试验台主体。(2)变频电机配合增速器与变频器控制实现的无级变速，在最大转速提高后，速度可调范围加宽，对于研究水润滑轴承系统在启动、停机瞬态以及模拟故障条件下的短暂过渡过程的润滑形成与失效的机理、承载特性、摩擦学特性、阻尼特性、振动特性、噪声控制以及故障诊断等创造了更多的加速时间裕度；时间维度长，研究的结果更可靠、更真实，更容易从中总结出机理与规律。(3)本发明的水润滑轴承的供水与系统径向カ加载装置的供水由同一套水压系统完成，简化了系统结构；二者的水压、流量等參数的调节则分别由各自的调节系统完成，互不干渉，避免了给对方參数带来不利的影响。(4)加载装置上布置的弹簧23既能确保将由供水系统及水压缸传过来的压カ准确地传递到滚动轴承座与系统转子上，而且由于该弹簧为圆锥形弹簧，下面大上面小，顶部与轴承座接触面积小，在水润滑轴承系统启动、停机等瞬态过渡过程中，由于可能形成的液体动压润滑对于主轴位置存在的偏移要求，此时圆锥形弹簧的使用可以使加载系统对于转子系统位置变化产生的不利影响最小，在避免系统之间干渉的条件下实现了加载系统加压的自动化。(5)轴封装置上设计布置的两道密封，即骨架油封和0形圈能在阻力增加很小的条件下有效防止液体外漏，橡胶的弾性可以保证良好的密封，同时对水润滑轴承形成液体动压润滑状态时主轴位置偏移的限制也很小。另外，挡流板下部主机箱体上开有的泄流孔可以确保轴封部位不积液。(6)主机箱体的盖板为透明的有机玻璃，试验时方便观察，必要时还可以改造为 PIV试验台，对水润滑轴承内外的流场特性进行试验研究，与理论研究、数值计算结果进行对比，更加深入地掌握水润滑轴承的润滑规律。(7)压カ传感器选用带无线信号发射类型，可减小安装空间要求，能最大限度的减少布线，井能在下半瓦上的关键位置上布置有压カ传感器，克服了常见油润滑试验台架一般只在上瓦布置压カ传感器的弊端，也克服了一些试验台架将压カ传感器安装到轴上使得主轴所在转子的动平衡特征參数发生改变的局限性。(8)数据采集參数比较齐全，数据处理系统功能相对完善，对研究水润滑轴承的润滑形成与失效的机理、承载特性、摩擦学特性、阻尼特性、振动特性、噪声控制以及故障诊断等提供了可靠的在线监控式的软硬件支撑。(9)对于不同领域的水润滑轴承，可以根据所研究对象的具体エ况条件对主轴直径、线速度、滑动轴承宽径比、轴瓦材质、轴瓦内部槽形等的要求,在只需更换主轴、滑动轴承以及滚动轴承的情况下轻松地达到研究的目的，降低了试验研究的強度，减低了试验研究的成本。(10)本发明的水润滑轴承试验台能同时进行双滑动轴承性能试验，对于某些特殊场合如核主泵的电机等设备的试验研究具有重要的意义。(11)本发明的水润滑轴承试验台安装、拆卸简单方便，对提高试验效率具有一定的现实意义。
图I是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的加载装置示意图。图3是本发明的电涡流传感器安装支架图。图4是本发明的轴部密封部件示意图。图5是本发明的滑动轴承座剖面结构示意图。图6是本发明的滑动轴承座左视图。其中I电机，2弹性联轴器A，3增速箱，4弹性联轴器B，5主轴，5_1动カ轴，6主机箱体，7电涡流传感器支座A，8滑动轴承座A，9传感器进入孔，10液压输入管孔，11滚动轴承座，12滑动轴承座B，13电涡流传感器支座B，14盖板，15出流孔管，16底板，17 加载装置，18端盖，19骨架油封，20挡流板，21 0形圏，22泄漏小孔，23弹簧，24弹簧容器，25水压缸，26支座内圏，27电涡流传感器安装孔，28上端盖，29压カ传感器安装孔， 30轴瓦振动传感器安装孔，31底座。
具体实施方式
附图I是本发明的ー个具体实施例，下面结合该具体实施例对本发明进行详细说明。本发明的水润滑轴承综合试验台，包括驱动传动系统、主机箱体、轴承及其润滑系统、加载系统、測量系统以及信号处理与分析系统等。驱动传动系统包括变频电机I、弾性联轴器 A2、增速箱3以及弹性联轴器B4等，主要功能是为试验台提供均匀可调的扭矩。试验台变频电机启动后，可以通过变频器将转速稳定运行在某个固定的转速值，也可以给定ー个速度增加梯度(或给定ー个启动时间段)来研究试验台的瞬态特性。驱动传动系统的扭矩通过弹性联轴器B4传递到主轴5上，主轴是试验台功能的执行部件，既要高速旋转，又要传递加载系统施加的载荷。主轴5周围布置有本发明所述测试系统的主要支撑元件、试验元件以及传感元件，支撑元件有电涡流传感器支座A7、滑动轴承座A8、滚动轴承座11、滑动轴承座B12、电涡流传感器支座B13，试验元件为两个滑动轴承， 传感元件有布置在滑动轴承座周向的采集液体压カ信号的双排压カ传感器、布置在滑动轴承上瓦的采集轴瓦振动信号的振动加速度传感器、分别布置在轴和座上的采集转速与相位信号的电涡流传感器、布置在滑动轴承上的采集温升信号的温度传感器等。当各功能系统开启后，数据信号采集系统就能将各传感器的传感信号按系统设定规定进行数据采集。所有在线采集得到的信号被送至上位机进行处理、显示和储存。上述的主轴5及主测试系统等都被布置到主机箱体6内，箱体为ー个立方体结构， 主要起支撑试验台各部分和对各零部件定位的作用，同时也将润滑过的水或润滑油收集起来通过出流孔管15重新送回到水箱或油箱中。本发明的水润滑轴承的润滑供水与系统径向カ加载装置的供水由同一套水压系统完成，二者的水压、流量等參数的调节分别由各自的调节系统完成。试验台上有一对滑动轴承和ー个滚动轴承需要润滑。滚动轴承为封闭轴承，采用脂润滑形式润滑，滑动轴承既是试验台主轴的支撑轴承，也是被测试的对象，因此润滑系统既要为其提供有压或无压的润滑，也要能根据要求改变轴承的润滑条件。本发明为连续润滑，用液压泵将水泵出，用电磁比例溢流阀和比例流量阀等控制水压和流量，用水冷却器控制油温。润滑系统通过管道与滑动轴承座AS和滑动轴承座B12的润滑水孔连接，为轴承提供一定压力、流量和温度的水液。加载系统采用液压加载，水源采用前述同一供水系统，但单独布置了一套阀控制系统。在控制阀的控制下，液体以一定压カ输入到液压缸25中，推动活塞上下运动。活塞受到的水压カ经过弹簧等加载カ传递装置传递给滚动轴承座11内的滚动轴承，再经过滚动轴承传递给主轴，最后通过主轴传递给滑动轴承。加载カ的大小及变化趋势由自动控制系统统ー集中控制，且在规定范围内载荷大小实现无级变化，使滑动轴承受载方式与实际 ェ况尽可能接近。
权利要求
1.ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，包括驱动传动系统、主机箱体(6)、 轴承及润滑系统、加载系统、測量系统以及信号分析与处理系统；所述驱动传动系统包括电机(I)、弾性联轴器A (2)、动カ轴(5-1)、增速箱(3)、弹性联轴器B (4)和主轴(5);所述电机(I)通过所述弾性联轴器A (2)与所述动カ轴(5-1)连接， 所述动カ轴(5-1)经所述增速箱(3)增速后通过所述弹性联轴器B (4)将动カ传给所述主轴(5)，所述驱动传动系统整体固定在底座(31)上；所述主机箱体(6)顶部设有盖板(14);所述盖板(14)上开有若干传感器进入孔(9)和若干液压输入管孔(10)，所述主机箱体(6)的底部开有回收液体的出流孔管(15)；所述主轴(5)从所述主机箱体(6)的侧壁孔水平穿入主机箱体(6)的内部，所述主轴(5)穿过所述主机箱体(6)的侧壁孔处设置有轴封部件；在所述主机箱体(6)内部，所述主轴(5 )依次穿过电涡流传感器支座A (7 )、滑动轴承座A (8 )、滚动轴承座(11)、滑动轴承座 B (12)和电涡流传感器支座B (13)；所述主机箱体出)内设有三个支撑座，其中，所述电涡流传感器支座A (7)与所述滑动轴承座A (8)共用一个支撑座，所述滚动轴承座(11)単独占用一个支撑座、所述滑动轴承座B (12)与所述电涡流传感器支座B (13)共用一个支撑座；所述滚动轴承座(11)所在的支撑座下部设有加载装置(17);所述电涡流传感器支座 A (7)与所述电涡流传感器支座B (13)的四周分别开有若干电涡流传感器安装孔(27);所述滑动轴承座A (8)与所述滑动轴承座B (12)均为分体式轴承座，所述滑动轴承座A (8) 与所述滑动轴承座B (12)的上端盖(28)的盖顶中间位置分别开有轴瓦振动传感器安装孔(30)，所述滑动轴承座A (8)与所述滑动轴承座B (12)的四周分别开有若干压カ传感器安装孔(29)。
2.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述电机(I) 为变频电机。
3.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述固定驱动传动系统的底座(31)与所述主机箱体(6)安装在具有减振功能的底板(16)上。
4.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述主机箱体(6)的底部及四周为不锈钢。
5.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述盖板(14)为透明有机玻璃。
6.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述主轴(5) 的末端面距所述主机箱体(6 )的内侧壁尚留一定距离。
7.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述主轴(5) 穿过所述主机箱体(6)的侧壁孔处设置的轴封部件包括端盖(18)、骨架油封(19)、挡流板(20)以及0形圈(21)，所述端盖(18)位于所述主机箱体(6)的外壁，所述骨架油封(19)位于所述端盖(18)内腔，所述挡流板(20)位于所述主机箱体(6)的内壁处，所述挡流板(20) 下部的主机箱体(6)的侧壁上开有排出积液的泄漏小孔(22)，所述0形圈(21)位于所述挡流板(20)内部紧贴主轴(5)。
8.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述加载装置(17)包括水压缸(25)、弹簧(23)以及弹簧容器(24)，所述弹簧(23)顶部与所述滚动轴承座(11)连接，所述弹簧(23)的底部与所述水压缸(25)连接，所述弹簧(23)位于所述弹簧容器(24)内。
9.根据权利要求8所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述弹簧(23)为圆锥形弹簧，下面大上面小。
10.根据权利要求I所述的ー种泵用水润滑轴承综合试验台，其特征在于，所述电涡流传感器支座A (7)与所述电涡流传感器支座B (13)的支座内圈(26)均为ー个正八边形状结构的通孔。
全文摘要
本发明公开了一种智能的泵用水润滑轴承综合试验台，包括驱动传动系统、主机箱体、轴承及润滑系统、加载系统、测量系统以及信号分析与处理系统等；驱动传动系统包括变频电机、弹性联轴器、增速箱等；主机箱体为一顶部盖板透明的立方体；主轴从靠近弹性联轴器端的主机箱体侧壁水平进入箱体。通过轴上或轴四周依次布置安装的压力传感器、电涡流传感器、振动加速度传感器、温度传感器等采集位移信号转速信号、相位信号、温度信号、压力信号、振动信号等，并将在线采集的各传感器的传感信号送至上位机进行处理、显示和储存。本发明具有性能好、精度高、成本低、环保无污染、减摩节能、降噪减振、阻燃性好、易维护等独特优点。
文档编号G01M13/04GK102607846SQ20121005887
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者施卫东, 曾培, 李伟, 李潜, 杨孙圣, 蒋小平 申请人:江苏大学