一种立式水润滑径向轴承试验装置及其试验模拟方法与流程

本发明涉及核电站反应堆冷却剂泵用轴承试验技术领域，特别涉及一种立式水润滑径向轴承试验装置及其试验模拟方法。

背景技术：

近年来，由于人们逐渐意识到环境、节省能源对人类可持续发展的重大意义，开发新型的节能无污染产品的呼声愈来愈高。核泵在这方面具有巨大的优势，因此水润滑轴承具有巨大的发展潜力。

在主泵中，水润滑轴承是主泵的关键核心部件之一，轴承系统设计的好坏、运行的可靠性和耐久性可直接影响主泵运行的安全可靠性和稳定性以及主泵的维修周期。轴承试验台架可以检验轴承的精准度，直接决定研制的轴承的精准度。而目前的水润滑径向轴承试验台架是通过拉拽转子模拟转子的径向载荷，虽然能够模拟转子运转性能，但是由于是通过拖拽转子进行模拟试验，这样容易造成试验台架中的密封件使用寿命缩短，从而提高了试验的经济成本，延长了试验的研制周期。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、适用性强、应用范围广的立式水润滑径向轴承试验装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种立式水润滑径向轴承试验装置，包括

由电机支架、中间支架和下支架构成的支架，设置在所述电机支架和中间支架结合部的上部转子支撑部件，设置在所述中间支架和下支架结合部的试验轴承固定部件，设置在所述下支架底部上的下部转子支撑部件，设置在所述下支架侧部的载荷施加装置，以及设置在所述电机支架上的驱动电机；

所述试验轴承固定部件包括两端分别设置在所述上部转子支撑部件和下部转子支撑部件之间的转轴、固定在中间支架内的轴承壳体以及与轴承壳体固定连接的轴承壳体压盖，水润滑径向轴承固定在轴承壳体内的轴承座内并固定套装在转轴上，轴承座上部固定设置上部滑动环，上部滑动环与轴承壳体压盖之间通过滚珠支撑，轴承座下部固定设置下部滑动环，下部滑动环与轴承壳体之间通过滚珠支撑；

所述载荷施加装置包括与所述轴承座连接的连接头，与连接头通过拉绳连接的连接杆，与连接杆连接的拉杆，拉杆中部设置载荷测量传感器，拉杆外部设置有与固定在下支架侧部的固定板固定连接的支撑压盖，拉杆端部螺接有抵在支撑压盖外侧的螺母，当拧紧螺母时，施加的载荷以固定板作为载荷施加支点通过拉绳传递给轴承座；

所述上部转轴支撑部件包括上部支撑轴承体，安装在上部支撑轴承体内的滚动轴承，所述滚动轴承套装在转轴上端并与转轴固定连接，所述上部支撑轴承体固定在中间支架内；

所述下部转轴支撑部件包括下部支撑轴承体，安装在下部支撑轴承体内的深沟球轴承，所述深沟球轴承套装在转轴下端并与转轴固定连接，所述下部支撑轴承体过盈装配在固定在下支架上的下部支撑轴承座内；

所述驱动电机通过由上弹性柱销联轴器和下弹性柱销联轴器连接在一起构成的联轴器与转轴联接。

进一步地，所述水润滑径向轴承与转轴之间设置有轴套和水润滑径向轴承轴套，轴套套装在转轴上，水润滑径向轴承轴套固定在轴套上，水润滑径向轴承套装在水润滑径向轴承轴套上，轴套和水润滑径向轴承轴套通过双螺母固定在转轴上，所述轴承座上下两端分别与上部滑动环和下部滑动环止口过盈装配，所述下部滑动环与轴承壳体之间设置o型密封圈，所述轴承壳体压盖内固定设置有分水板。

进一步地，所述连接头与轴承座的连接处设置有中心块，所述中心块套装在连接头上并与轴承座固定连接，所述连接头与轴承壳体之间设置有防止润滑水外泄的密封件，所述拉杆与支撑压盖的连接处套置有导杆，所述导杆支撑在所述固定板与支撑压盖之间，所述导杆上套装有弹簧，所述拉绳通过固定在下支架内侧壁的一对定滑轮改变与连接头和连接杆的连接方向。

进一步地，所述滚动轴承通过上部滑装轴套过盈装配在转轴上，所述滚动轴承内圈下端由转轴轴肩轴向定位，滚动轴承内圈上端通过圆螺母和止动垫片锁紧，所述滚动轴承外圈的上下端分别通过固定在上部支撑轴承体上的上滚动轴承压盖和下滚动轴承压盖固定。

进一步地，所述深沟球轴承通过下部滑装轴套过盈装配在转轴上，下端之间的深沟球轴承，所述下部滑装轴套与转轴之间通过键进行周向定位，所述深沟球轴承内圈上端由转轴轴肩轴向定位，深沟球轴承内圈下端通过螺母和螺母锁紧在转轴上，深沟球轴承外圈下端通过调整环和固定在下部支撑轴承体上的下深沟球轴承压盖限位，深沟球轴承外圈上端由上深沟轴承压盖限位。

进一步地，所述水润滑径向轴承的上下两端均分别设置有压盖和机械密封，所述水润滑径向轴承上端的压盖与轴承壳体压盖连接，所述水润滑径向轴承下端的压盖与轴承壳体连接，所述机械密封与压盖止口配合并通过螺栓连接。

进一步地，所述轴承座壁面设置有两支相互垂直的电涡流位移传感器。

进一步地，所述压盖处设置有水润滑径向轴承的润滑水进水和出水温度监测元件；所述压盖前后处设置有进出水压力监测元件和流量监测元件。

本发明还提供了一种立式水润滑径向轴承试验装置的试验模拟方法，包括以下步骤：

在试验装置中安装好被测试的水润滑径向轴承；

检查传感器和数据采集的线路连接，完成信号采集的初期工作；

将润滑水通过压盖通入被测试的水润滑径向轴承；

打开驱动电机，驱动电机驱动转轴运转，转轴带动水润滑径向轴承运转；

紧固载荷施加装置中的螺母，施加的载荷通过拉绳及中心块传递给轴承座；

通过轴承座壁面的两支电涡流位移传感器和载荷施加装置中的载荷测量传感器，实时记录施加的载荷数值与轴承座偏心距数值，根据载荷数值和偏心距数值得到水润滑径向轴承的承载能力与偏心率的对应关系；

通过载荷施加位置与两支电涡流位移传感器的夹角关系，分解载荷在两支电涡流位移传感器的方向载荷分量，用各自的方向载荷分量与对应电涡流位移传感器的位移得到被测试的水润滑径向轴承的刚度系数；

通过压盖处的进出水温度监测元件分别记录被测试的水润滑径向轴承的进水和出水温度，根据进出水温度数据得到被测试的水润滑径向轴承的承载能力与温升的对应关系；

通过压盖前后处的压力监测元件分别记录被测试的水润滑径向轴承的进水和出水压力，根据进出水压力数据得到被测试的水润滑径向轴承的承载能力与流阻关系；

通过压盖前后处的流量监测元件记录被测试的水润滑径向轴承的过流流量，根据过流流量数据得到被测试的水润滑径向轴承的过流流量与承载能力、流阻及温升等参数的对应关系。

本发明提供的立式水润滑径向轴承试验装置及其试验模拟方法具有如下优点和效果：

1.本发明为全尺寸1:1立式水润滑径向轴承试验装置，可完全模拟水润滑径向轴承在反应堆冷却剂泵中的工况。

2.机械接口兼容性强，节省金属资源。无须更换与试验轴承有机械接口的机械密封、压盖等零部件，即可实现，可操作性强。

3.利用滚珠支撑以及拉绳装置代替传统的激振器，节省设备成本。

4.利用滚珠支撑以及拉绳装置代替传统的激振器，仅需简单操作：拧紧载荷施加装置螺母即可给定载荷，机械方式代替电力操作，节能环保。

5.包络范围广，结构尺寸紧凑：可实现摩擦副直径为140——280mm、转速10——3000rpm、0——300℃环境温度、冷却水注入温度室温——95℃、水压0——5mpa、加载载荷0——40kn水润滑径向轴承。

6.节能环保：为国家节约大量的稀有金属；试验台架采用循环回路，节约水资源。

7.节约外汇：本发明能够适用于国内在役或后续主泵水润滑径向轴承，节省外汇，具有很好经济效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的立式水润滑径向轴承试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的立式水润滑径向轴承试验装置的载荷施加装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的立式水润滑径向轴承试验装置的下部转子支撑部件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的立式水润滑径向轴承试验装置的原理图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种立式水润滑径向轴承试验装置，包括由电机支架46、中间支架4和下支架9构成的支架，设置在电机支架46和中间支架4结合部的上部转子支撑部件，设置在中间支架4和下支架9结合部的试验轴承固定部件，设置在下支架9底部上的下部转子支撑部件，设置在下支架9侧部的载荷施加装置，以及设置在电机支架46上的驱动电机47。

其中，中间支架4的上下端分别与电机支架46及下支架9通过螺栓连接在一起形成支架作为试验装置的主支撑。试验轴承固定部件包括转轴1、轴承壳体38和轴承壳体压盖8。转轴1的两端分别固定在上部转子支撑部件和下部转子支撑部件之间，轴承壳体38的两侧通过螺栓固定在中间支架4内，轴承壳体压盖8与轴承壳体38通过螺栓固定连接在一起，对安装在轴承壳体38内的被测试的水润滑径向轴承40进行轴向定位。水润滑径向轴承40固定在轴承壳体38内的轴承座40-1内并与转轴1固定连接。并且，水润滑径向轴承40与转轴1之间设置有轴套39和水润滑径向轴承轴套40-2，轴套39固定套装在转轴1上，水润滑径向轴承轴套40-2固定在轴套39上，水润滑径向轴承40套装在水润滑径向轴承轴套40-2上，轴套39和水润滑径向轴承轴套40-2通过双螺母6固定在转轴1上，可以保证轴套39和水润滑径向轴承轴套40-2牢牢固定在转轴1上与转轴1不发生相对滑动。同时，为了防止轴套39在转轴1上发生周向转动，确保水润滑径向轴承40与转轴1同步转动，轴套39和转轴1之间用键进行周向定位。轴承座40-1上部通过止口过盈装配有上部滑动环41，上部滑动环41与轴承壳体压盖8之间通过滚珠19支撑，轴承座40-1下部通过止口过盈装配有下部滑动环18，下部滑动环18与轴承壳体38之间通过滚珠19支撑，这样可以确保水润滑径向轴承40水平自由移动。在水润滑径向轴承40的上下两端均分别设置有压盖5和机械密封29，水润滑径向轴承40上端的压盖5与轴承壳体压盖8通过螺栓固定连接，水润滑径向轴承40下端的压盖5与轴承壳体38通过螺栓固定连接，水润滑径向轴承40上下端的压盖5外侧分别设置机械密封29，机械密封29与压盖5止口配合并通过螺栓固定。为了使入口水温度均匀，在轴承壳体压盖8内固定还安装有分水板7。并且，为了保证下部滑动环18与轴承壳体38之间的密封性，在下部滑动环18与轴承壳体38之间设置有o型密封圈20，以防止润滑水从下部滑动环18与轴承壳体38之间泄漏出去。

参见图2，载荷施加装置包括与轴承座40-1连接的连接头13，与连接头13通过拉绳15连接的连接杆48，与连接杆48连接的拉杆26。连接头13与拉绳15通过螺栓11和螺母12连接在一起，连接杆48与拉绳15也通过螺栓11和螺母12连接在一起。拉杆26中部设置载荷测量传感器49，拉杆26外部连接有支撑压盖24，支撑压盖24通过螺钉23固定在固定板21上，固定板21通过螺钉22固定在下支架9的侧部，拉杆26的端部螺接螺母27，螺母27抵在支撑压盖24的外侧可以以固定板21为施力支撑点进行施加载荷。在连接头1与轴承座40-1的连接处设置有中心块16，中心块16套装在连接头13上并通过螺钉17与轴承座40-1固定连接。为了防止水润滑径向轴承40内的润滑水从连接头13与轴承座40-1的连接处向外泄漏，在连接头13与轴承壳体38之间安装有的密封件14。为了保证螺母对拉杆26施加载荷时能增加拉杆26的稳定性，在拉杆26与支撑压盖24的连接处的拉杆26上套装有导杆28，导杆28支撑在固定板21与支撑压盖24之间。为了方便拆卸支撑压盖24，在导杆28上还套装有弹簧25。由于与轴承座40-1连接的连接头13与连接杆48不是处在同一水平高度，为了使作用在轴承座40-1上载荷处于水平方向，拉绳15通过固定在下支架9内侧壁的一对定滑轮10改变与连接头13和连接杆48的连接方向。当拧紧螺母27时，施加在拉杆26上的载荷以固定板21作为载荷施加支点，通过拉绳15传递给连接头13，由连接头13和中心块16水平作用于轴承座40-1。

上部转轴支撑部件包括上部支撑轴承体50，安装在上部支撑轴承体50内的滚动轴承31。上部支撑轴承体50通过螺栓固定连接在中间支架4内。滚动轴承31通过上部滑装轴套2过盈装配在转轴1上与转轴1固定连接，滚动轴承31内圈下端由转轴1轴肩轴向定位，滚动轴承31内圈上端通过圆螺母42和止动垫片锁紧、防松，滚动轴承31外圈的上端通过由螺栓固定在上部支撑轴承体50上部的上滚动轴承压盖3固定，滚动轴承31外圈的下端通过由螺栓固定在上部支撑轴承体50下部的下滚动轴承压盖43固定。

参见图3，下部转轴支撑部件包括下部支撑轴承体30，安装在下部支撑轴承体30内的深沟球轴承53，深沟球轴承53为单列深沟球轴承，既可以承载运行工况下的轴向力，又可以保证轴系在高速工况下平稳运转。下部支撑轴承体30过盈装配在下部支撑轴承座36内，下部支撑轴承座36通过螺栓固定在下支架9上。深沟球轴承53通过下部滑装轴套32过盈装配在转轴1下端与转轴1固定连接，为了防止下部滑装轴套32相对于转轴1发生转动，在下部滑装轴套32与转轴1之间通过键51进行周向定位。深沟球轴承53内圈上端通过转轴1的轴肩轴向定位，深沟球轴承53的内圈下端通过螺母33和螺母34锁紧在转轴1上，实现对深沟球轴承53内圈在转轴1轴向上的定位。深沟球轴承53外圈上端通过由螺栓固定在下部支撑轴承体30上的上深沟轴承压盖52进行固定，深沟球轴承53外圈下端通过调整环37进行限位，并通过由螺栓固定在下部支撑轴承体30下部的下深沟球轴承压盖35进行固定，通过调节调整环37的在转轴1上的位置进而对深沟球轴承53进行轴向方向的限位，防止转轴1长时间运转发热而发生抱死的现象。

驱动电机47通过弹性联轴器与转轴1联接，弹性柱销联轴器由上弹性柱销联轴器44和下弹性柱销联轴器45连接在一起构成，驱动电机47运转时可以驱动与之相连的转轴1转动，从而带动固定在转轴1上的水润滑径向轴承40转动，上弹性柱销联轴器44和下弹性柱销联轴器45构成的弹性柱销联轴器既可以调整轴系对中，又可以承受较大的瞬时过载及缓冲吸振。

另外，在轴承座40-1的壁面设置有两支相互垂直的电涡流位移传感器，用于实时记录轴承座40-1在承受外载后所发生的偏心距数值。并且，在压盖5处设置有水润滑径向轴承40的润滑水进水和出水温度监测元件，分别记录水润滑径向轴承40的进水和出水温度，从而得到水润滑径向轴承40的承载能力与温升的对应关系。在压盖5前后处设置有进出水压力监测元件，分别记录水润滑径向轴承40的进水和出水压力，从而得到水润滑径向轴承40的承载能力与流阻的对应关系。在压盖5前后处设置有进出水流量监测元件，分别记录水润滑径向轴承40的进水和出水过流流量，从而得到水润滑径向轴承40的过流流量与承载能力、流阻以及温升等参数的对应关系。

参见图4，本发明提供的一种立式水润滑径向轴承试验装置的原理模型为对转子进行简支，通过对定子中部施加作用力使其产生偏心，将载荷f传递与中间测试轴承；偏心产生轴承动压效应形成支反力fr并对定子进行支撑，最终载荷f与轴承动压效应产生的支反力fr势必相等，轴承偏心位置也将稳定，支反力与支点距离无关仅与施加载荷有关，关系为：fr＝-f；通过对水润滑径向轴承轴承座位移监测，得到施加载荷与水膜厚度关系。

本发明提供的一种立式水润滑径向轴承试验装置的试验模拟方法，包括如下过程：

在试验装置中安装好被测试的水润滑径向轴承；

检查传感器和数据采集的线路连接，完成信号采集的初期工作；

将润滑水通过压盖5通入被测试的水润滑径向轴承40；

打开驱动电机47，驱动电机47驱动转轴1运转，转轴1带动水润滑径向轴承40运转；

紧固载荷施加装置中的螺母27，施加的载荷通过拉绳15及中心块16传递给轴承座40-1；

通过轴承座40-1壁面的两支电涡流位移传感器和载荷施加装置中的载荷测量传感器49，实时记录施加的载荷数值与轴承座40-1偏心距数值，根据载荷数值和偏心距数值得到水润滑径向轴承40的承载能力与偏心率的对应关系；

通过载荷施加位置与两支电涡流位移传感器的夹角关系，分解载荷在两支电涡流位移传感器的方向载荷分量，用各自的方向载荷分量与对应电涡流位移传感器的位移得到被测试的水润滑径向轴承40的刚度系数；

通过压盖5处的进出水温度监测元件分别记录被测试的水润滑径向轴承40的进水和出水温度，根据进出水温度数据得到被测试的水润滑径向轴承40的承载能力与温升的对应关系；

通过压盖5前后处的压力监测元件分别记录被测试的水润滑径向轴承40的进水和出水压力，根据进出水压力数据得到被测试的水润滑径向轴承40的承载能力与流阻关系；

通过压盖5前后处的流量监测元件记录被测试的水润滑径向轴承40的过流流量，根据过流流量数据得到被测试的水润滑径向轴承40的过流流量与承载能力、流阻及温升等参数的对应关系。

本发明提供的立式水润滑径向轴承试验装置及其试验模拟方法，适用性强、应用范围广，可适用于不同级别的核主泵水润滑径向轴承的性能测试。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。