一種旋轉機械的軸向力測試裝置及其測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及旋轉機械領域，特別涉及一種旋轉機械的軸向力測試裝置及其測試方 法。
【背景技術】
[0002] 各種旋轉機械如水栗、風機、壓縮機，鼓風機、汽輪機等，其葉片在旋轉工作過程 中，由于介質的作用會產生軸向力。以水栗為例，葉片式水栗在運行過程中，水流經葉輪做 功后，變成高壓水，在葉輪前后產生水壓差，水壓差及水力動反力是栗轉子產生軸向力的主 要因素，而軸向力對軸承壽命、運行穩定性、機械損耗都會產生不利的影響；在產品設計過 程中需要考慮設置平衡軸向力的部件，如平衡孔、平衡管、背葉片、平衡鼓、平衡盤、結構對 稱布置等，軸向力隨著栗流量、轉速變化而變化，如果能夠準確地測量軸向力數據，對水栗 的研發過程有很大幫助。
[0003] 專利號為"201310673676. 2"的發明專利"一種離心栗葉輪動態軸向力的測試裝 置"，公開了離心栗的軸向力測試裝置，專利號為"201410138404. 7"的發明專利"栗軸軸 向力測試裝置"，公開了磁力栗的軸向力測試裝置，然而這兩個方案都需要對栗體做特殊改 造，結構復雜，并且沒有形成一個相對獨立的測試部件或測試裝置，導致使用缺乏通用性； 再有，對于單級單吸栗，需要人為在過流通道中增加了軸桿、栗軸等零件，與目前的主流水 栗結構不符，水流繞流這些零件后改變了原來流體的運行狀態，導致水栗的工作參數發生 變化，使得不能完全模擬真實工況，測試結果產生誤差。
[0004] 專利號為"201120184174. X"的實用新型專利"栗軸向力測試儀"，公開了一種栗軸 向力的測試裝置，然而該裝置只能測一個方向的軸向力，測雙向軸向力必須配兩個單獨的 部件，具有一定的局限性，除非特殊設計軸承體，否則靠內側的部件的安裝尺寸空間很難滿 足要求。為了實現高壓腔體的密封，該測試裝置的活塞與調壓蓋的密封之間的密封圈必須 要壓縮至一定的程度，因此活塞與調壓蓋之間會產生額外摩擦力。根據其功能實現原理，這 部分摩擦力會計入軸向力之中。而事實上，若不增加測力部件，此摩擦力是不存在的，因此， 軸向力中所包含的摩擦力是額外增加的，因此這種試驗方法存在不可忽略的偏差。
[0005] 目前對軸向力一般采用經驗公式進行估算；以密封環+葉輪平衡孔平衡軸向力為 例，關醒凡《現代栗設計手冊》（第1版，P502)的經驗值為可減少軸向力85~90%，即剩余 軸向力是原來的10~15%，事實上，各種栗的結構、比轉速、大小有很大差異，很多栗的軸 向力超出了此范圍，估算值與實際值還是存在較大的誤差；密封環+平衡孔進行軸向力平 衡的方式，平衡孔平衡大部分的軸向力，剩余軸向力則由軸承來承受，平衡孔過小，軸承機 械損耗會增大，造成總效率下降；然而平衡孔過大到一定程度，只會帶來泄漏的增加，不會 對軸向力產生變化，同樣導致了總效率的下降。因此，精確測量軸向力是迫切需要解決的問 題。
[0006] 目前對軸向力的測量方法有拉壓傳感器法和彈簧秤測量法，拉壓傳感器法是根據 離心栗的結構，將拉壓傳感器直接安裝在離心栗壓蓋上，拉力活塞與栗轉子部件相連，通過 它將軸向力傳遞給拉壓傳感器，再將力轉換為電信號而測得軸向力；彈簧秤測量法是軸承 座緊固在定子上不動，軸承套與右軸承座為間隙配合，安裝在軸承套內的零件可隨轉子一 起作軸向移動，壓蓋上接測力拉桿，利用杠桿原理，用彈簧秤進行軸向力測量，當栗運轉時， 葉輪轉子體在軸向力的作用下偏向一端，用外力拉動轉子居中，此拉力與軸向力相等，測力 機構測得的拉力即為軸向力；然而這兩種方法并不能夠精確地測量出軸向力，也沒有一個 成形一個獨立的測量裝置，給測量帶來了難度和不便。
【發明內容】
[0007] 本發明針對現有技術的不足，提出一種旋轉機械的軸向力測試裝置及其測試方 法，該裝置對各種機械的軸向力的測試具有廣泛的通用性，能夠實現對一個或兩個方向的 軸向力的精確測量，為解決各種機械的軸向力平衡問題提供了有效手段。本發明的技術方 案如下：
[0008] -種旋轉機械的軸向力測試裝置，包括殼體、軸承、轉軸和傳感器，轉軸與軸承的 內圈固定連接，軸承的外圈與殼體固定連接，在轉軸上套裝傳感器，傳感器的輸出信號與信 號處理裝置電連接，轉軸與旋轉機械采用無鍵式聯接件，轉軸與電機采用聯軸器聯接。
[0009] 進一步地，傳感器為環狀體，環狀體的中孔與所述的轉軸表面具有一定間隙。
[0010] 進一步地，軸承包括靠在一起的第一軸承和第二軸承，所述的傳感器為一個傳感 器，設置在第一軸承外圈的外側或第二軸承外圈的外側，在所述軸承和傳感器之間設置補 償環。
[0011] 進一步地，軸承包括靠在一起的第一軸承和第二軸承，所述的傳感器為兩個傳感 器，包括第一傳感器和第二傳感器，在第一軸承外圈的外側設置第一傳感器，在第二軸承外 圈的外側設置第二傳感器，在所述第一軸承和第一傳感器之間設置第一補償環，在所述第 二軸承和第二傳感器之間設置第二補償環。
[0012] 進一步地，轉軸為階梯形轉軸，所述軸承的內圈一側靠住轉軸的階梯，另一側通過 軸套和鎖緊螺母固定。
[0013] 進一步地，轉軸與旋轉機械聯接的無鍵式聯接件為夾套，所述轉軸與電機聯接的 聯軸器為爪形聯軸器。
[0014] 具體地，殼體包括安裝座和端蓋，軸承的外圈、傳感器的環狀體、補償環設置在安 裝座上，端蓋包括左端蓋和右端蓋，轉軸穿出端蓋的中孔，左、右端蓋的法蘭孔分別通過螺 栓與安裝座固定連接。
[0015] -種旋轉機械的軸向力測試裝置的測試方法，包括以下步驟：
[0016] 1)調節軸向力測試裝置的轉軸的軸向竄動量在0· 35~0· 45mm之間；
[0017] 2)測試之前，將旋轉機械的承受軸向力的軸承更換成只承受徑向力的軸承；
[0018] 3)將軸向力測試裝置的轉軸兩端分別與旋轉機械和電機進行聯接，傳感器的信號 線與信號處理裝置的變送器和觸摸屏進行聯接；
[0019] 4)粗調：將旋轉機械的轉軸進行軸向調中，以1毫米級別精度來計量；
[0020] 5)精調：將軸向力測試裝置的轉軸、旋轉機械的轉軸和電機軸進行徑向調中，以 〇. 01毫米級別精度來計量，確保軸向力測試裝置、旋轉機械和電機三個軸處在同一個軸線 上；
[0021] 6)啟動旋轉機械和電機，通過信號處理裝置實時顯示各個工況點的軸向力數據；
[0022] 7)改變旋轉機械的流量，分別記錄各流量點對應的軸向力數據；
[0023] 8)記錄3組以上的數據，求平均值。
[0024] 具體地，步驟1還包括，
[0025] 將轉軸沿軸方向往任意一側推至頂死為止，在另一側的軸端面安裝百分表，調零， 將所述轉軸向反方向推至頂死，通過百分表的讀數確定所述轉軸的軸向竄動量；若所述竄 動量不符合技術要求，需對補償環的尺寸進行調整重新裝配之后重復以上步驟，直至符合 要求為止。
[0026] 本發明具有以下優點和積極效果：
[0027] 本發明對各種機械的軸向力的測試具有廣泛的通用性，能夠實現對一個或兩個方 向的軸向力的精確測量，誤差范圍為1 %，結構簡單，是一個獨立的部件，安裝方便，不需要 對旋轉機械本身進行改造，為解決各種機械的軸向力平衡問題提供了有效手段，便于推廣 應用。
[0028] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明實施例一的結構示意圖；
[0030] 圖2是本發明與栗體連接的結構示意圖；
[0031] 圖3是本發明實施例二的結構示意圖；
[0032] 圖4是本發明實施例三的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 實施例一
[0034] 圖1是本發明實施例一的結構示意圖，用于測量第一軸承方向的軸向力。如圖1 所示，一種旋轉機械的軸向力測試裝置，包括殼體、軸承、轉軸1和傳感器，轉軸1與軸承的 內圈固定連接，軸承的外圈與殼體固定連接，在轉軸1上套裝傳感器，傳感器的輸出信號與 信號處理裝置電連接，轉軸1與旋轉機械采用無鍵式聯接件，轉軸與電機采用聯軸器聯接。
[0035] 轉軸1為階梯形轉軸，軸承的內圈一側靠住轉軸1的階梯，另一側通過軸套14和 鎖緊螺母15固定，從而實現軸向緊固；轉軸1與旋轉機械20聯接的無鍵式聯接件為夾套2， 轉軸1與電機21聯接的聯軸器為爪形聯軸器3。
[0036] 軸承包括靠在一起的第一軸承4和第二軸承5,實施例一的傳感器為一個傳感器 8,設置在第一軸承4外圈的外側，在第一軸承4和傳感器8之間設置第一補償環6,補償環 起補償軸向尺寸和傳遞軸向力的作用；當然，為了設備的拆裝和調整方便，實施例一在第二 軸承5外圈的外側也可以設置第二補償環7。
[0037] 傳感器8為環狀體，環狀體的中孔與轉軸1表面具有一定間隙；實施例一的傳感器 8為中空式結構的拉壓力傳感器，傳感器8的傳感元件為環狀體結構，轉軸1穿過傳感器的 內孔而過，傳感器8與轉軸1不直接接觸；軸向力由本發明的軸承承受，再由該軸承傳遞給 傳感器8的環形實體部位，從而解決了傳統的傳感器必須設計安裝在軸的端部才能測到軸 向力，電機、栗體的軸被傳感器隔開，電機的扭矩無法傳遞給栗體的問題。
[0038] 殼體包括安裝座9和端蓋，軸承的外圈、傳感器的環狀體、補償環設置在安裝座9 上，端蓋包括左端蓋10和右端蓋11，轉軸1穿出端蓋的中孔，左端蓋10和右端蓋11的法蘭 孔分別通過螺栓與安裝座9固定連接，在左端蓋10的內徑止口設置第一骨架油封12,在右 端蓋11的內徑止口設置第二骨架油封13,可以在左端蓋10或右端蓋11內側設置凸環，用 來壓靠住傳感器，實施例一在左端蓋10的內側設置