一种离心泵轴向力的测试装置及方法与流程

[0001]
本发明涉及检测设备领域，尤其涉及一种离心泵轴向力的测试装置及方法。


背景技术：

[0002]
在离心泵正常运行过程中，因叶轮前后盖板存在轴向的压差，会产生轴向的作用力。如果没有适当地平衡，这些力将作用在轴上，导致轴窜动或偏转，并传递到轴承，容易导致过载，从而降低水泵的整体性能和使用寿命，严重时甚至危害操作人员的安全。
[0003]
为了确定轴承的尺寸以及轴承可能受到的轴向力大小，就必须要知道作用在泵转子上的轴向力大小。而通过理论计算得到的轴向力数值和实际运行情况往往是有很大差异的。因此，为设计完善的轴向力平衡机构，关键的一步就是通过试验准确测量离心泵轴向力的大小。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例提供一种离心泵轴向力的测试装置及方法，用以解决现有技术中通过理论计算得到的轴向力数值不准确的问题；从而为轴承的选择提供相关技术参数，也为设计轴向力平衡机构方案提供基础数据。
[0005]
本发明实施例提供一种离心泵轴向力的测试装置，所述测试装置包括：泵轴、第一轴承、第二轴承和轴承套筒，所述泵轴沿所述轴承套筒的轴向设置于所述轴承套筒内，所述第一轴承和所述第二轴承间隔套设于所述泵轴的外周面；还包括：预紧盖板和多个压力传感器，所述预紧盖板盖合于所述轴承套筒的一端的端口，所述预紧盖板与所述第一轴承的轴承外环的一侧边相抵靠，并给与所述轴承外环一个轴向的预紧力；多个所述压力传感器间隔设置于所述第一轴承背离所述预紧盖板的一侧，所述压力传感器用于检测所述轴承外环受到的轴向作用力。
[0006]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试装置，所述测试装置还包括：传感器固定环，所述传感器固定环设置于多个所述压力传感器背离所述第一轴承的一侧，多个所述压力传感器分别设置于所述传感器固定环靠近所述第一轴承的一侧。
[0007]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试装置，所述传感器固定环间隔设置有多个安装孔，多个所述压力传感器一一对应地安装于多个所述安装孔中；所述轴承套筒的一端的内壁径向向内延伸形成限位部，所述传感器固定环背离所述压力传感器的一侧与所述限位部相抵靠。
[0008]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试装置，所述测试装置还包括：传感器垫圈，所述传感器垫圈设置于多个所述压力传感器与所述第一轴承之间，所述传感器垫圈的一侧与所述轴承外环的另一侧边相抵靠，所述传感器垫圈的另一侧与多个所述压力传感器相抵靠。
[0009]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试装置，所述预紧盖板靠近所述第一轴承的一侧的外边沿设置有第一凸楞，所述预紧盖板通过所述第一凸楞与所述轴承外环的
一侧边相抵靠。
[0010]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试装置，所述第一轴承与所述轴承套筒在径向上间隙配合；所述第二轴承与所述轴承套筒在径向上过渡配合。
[0011]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试装置，所述测试装置还包括：信号转换器和信号采集系统，所述信号转换器的信号输入端与多个所述压力传感器的信号输出端电连接，所述信号转换器的信号输出端与所述信号采集系统的信号输入端电连接。
[0012]
本发明实施例还提供一种离心泵轴向力的测试方法，所述离心泵轴向力的测试方法包括以下步骤：
[0013]
通过多个压力传感器获取泵轴静止时轴承外环受到的静止轴向作用力f0；
[0014]
通过多个所述压力传感器获取所述泵轴转动时所述轴承外环受到的转动轴向作用力f1；
[0015]
基于所述静止轴向作用力f0和所述转动轴向作用力f1确定真实的离心泵轴向力f。
[0016]
根据本发明一个实施例的离心泵轴向力的测试方法，所述离心泵轴向力的测试方法还包括以下步骤：
[0017]
控制所述离心泵以不同的转速和流量工作，获取不同的转速和流量条件下真实的离心泵轴向力f。
[0018]
本发明实施例提供的离心泵轴向力的测试装置具有如下优点：
[0019]
1、本发明实施例的离心泵轴向力的测试装置可实现对于离心泵轴向力的实时测量，并获取记录轴向力数据，可为离心泵叶轮的优化设计、轴承的设计和选型提供参考依据。
[0020]
2、本发明实施例的离心泵轴向力的测试装置可以测得不同流量、不同转速下离心泵的轴向力数据。
[0021]
3、本发明实施例的离心泵轴向力的测试装置采用的是机械式的压力传感器，测得的数据具有更好的稳定性和可靠性。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1是本发明实施例提供的一种离心泵轴向力的测试装置的侧视剖面结构示意图；
[0024]
图2是本发明实施例提供的图1中a处的局部放大结构示意图；
[0025]
图3是本发明实施例提供的一种传感器垫圈的结构示意图；
[0026]
图4是本发明实施例提供的一种传感器垫圈的侧视剖面结构示意图；
[0027]
图5是本发明实施例提供的一种传感器固定环的结构示意图；
[0028]
图6是本发明实施例提供的一种转速、流量与离心泵轴向力的关系示意图。
[0029]
附图标记：
[0030]
1、泵体；2、前端盖；3、叶轮；4、泵轴；5、第二轴承；6、压力传感器；7、第一轴承；8、传
感器固定环；9、传感器垫圈；10、预紧盖板；11、轴承套筒；12、限位部；13、第一凸楞；14、第二凸楞。
具体实施方式
[0031]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
下面结合图1-图6描述本发明实施例的离心泵轴向力的测试装置。
[0033]
图1示例了一种离心泵轴向力的测试装置的侧视剖面结构示意图，如图1所示，测试装置包括：泵轴4、第一轴承7、第二轴承5、轴承套筒11、预紧盖板10和多个压力传感器6。轴承套筒11呈中空管状结构，轴承套筒11设置于泵体1内部，泵体1的一端设置有前端盖2，泵体1的另一端设置有后端盖，泵轴4沿轴承套筒11的轴向设置于轴承套筒11内，泵轴4的一端套设有叶轮3，泵轴4的另一端穿过后端盖后向外延伸。泵体1的内壁与叶轮3之间形成后腔体，前端盖2与叶轮3之间形成与后腔体连通的前腔体。
[0034]
第一轴承7和第二轴承5间隔套设于泵轴4的外周面，泵轴4通过第一轴承7、第二轴承5与轴承套筒11实现转动配合。第一轴承7与轴承套筒11在径向上间隙配合，配合公差带建议选用g6、h7和h6等，第一轴承7与轴承套筒11在径向上间隙配合保证了轴承套筒11不会对第一轴承7产生轴向摩擦力。第二轴承5与轴承套筒11在径向上过渡配合，配合公差带建议选用js6、j6和k6等，第二轴承5背离第一轴承7的一侧与轴承套筒11之间还存在轴向间隙，轴向间隙尺寸大于等于压力传感器6因受轴向作用力引起的最大形变量，这样就确保了第二轴承5不碰到其它部件，以防止压力传感器6未达到最大形变量之前，第二轴承5在轴向上与轴承套筒11或其它部件发生接触，造成压力传感器6的测量值偏小，从而确保压力传感器6测量结果的准确性。
[0035]
需要说明的是，本实施例中第一轴承7和所述第二轴承5均为角接触轴承，当然也可为深沟球轴承或者调心滚子轴承。角接触轴承的接触角越大则轴向负荷能力越大，接触角越小则越有利于高速旋转。由于水泵的叶轮3前后盖板存在轴向的压差，会产生轴向的作用力，这些作用力如果作用于轴承，会导致轴承损坏，因此需要轴向载荷能力较好的轴承，角接触轴承由于可同时承受径向和轴向载荷，相较于其它类型的轴承，角接触轴承更适合于离心泵。除了上述优点之外，角接触轴承还具有以下优点：1.极限转速比较高；2.摩擦力矩比较小；3.同样的外型尺寸比深沟球轴承动、静载荷容量大；4.旋转精度高、噪音小。相较于其它类型的轴承，角接触轴承更适用于高速、高精度旋转场合。
[0036]
图2示例了图1中a处的局部放大结构示意图，如图2所示，预紧盖板10呈环形结构，预紧盖板10盖合于轴承套筒11的一端的端口，预紧盖板10与轴承套筒11过盈配合，预紧盖板10与第一轴承7的轴承外环的一侧边相抵靠，并给与轴承外环一个轴向的预紧力。预紧力可使预紧盖板10、第一轴承7以及压力传感器6一直保持抵靠状态，以避免上述几个部件之间存在间隙，进而造成压力传感器6的测量结果存在误差。优选地，预紧盖板10靠近第一轴承7的一侧的外边沿设置有第一凸楞13，安装时预紧盖板10通过第一凸楞13与轴承外环的一侧边相抵靠。多个压力传感器6间隔设置于第一轴承7背离预紧盖板10的一侧，压力传感
器6用于检测第一轴承7的轴承外环受到的轴向作用力。压力传感器6的固定方式有多种，可以固定于轴承套筒11的内壁上，也可将多个压力传感器6固定于一个与轴承套筒11可拆卸连接的固定件上，压力传感器6的固定于有多种，在此不进行限定，本领域技术人员在具体实施例时可根据具体需要进行确定固定方式。
[0037]
进一步地，为了准确检测轴承外环受到的轴向作用力，多个压力传感器6等距间隔设置，这样轴承外环受到的轴向作用力可均匀地传递给每个压力传感器6，避免因为压力传感器6受力不均造成测量结果存在误差。优选地，压力传感器6为lfc-08型微型压式传感器，压力传感器6的量程为5-100kg，压力传感器6的输出灵敏度范围为1.0-1.5mv。微型压式传感器是基于压电效应的传感器，是一种自发电式和机电转换式传感器。微型压式传感器的压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。微型压式传感器具有灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和占用空间小的优点，特别适合像离心泵内部空间有限的使用工况。
[0038]
根据本发明的实施例，图5示例了一种传感器固定环8的结构示意图，如图5所示，本实施例中测试装置还包括：传感器固定环8，传感器固定环8呈环形结构，传感器固定环8的外径小于轴承套筒11的内径，传感器固定环8的内径大于轴承内环的外径。传感器固定环8设置于多个压力传感器6背离第一轴承7的一侧，多个压力传感器6分别设置于传感器固定环8靠近第一轴承7的一侧，设置传感器固定环8的目的在于对压力传感器6进行固定，方便对压力传感器6进行安装。
[0039]
进一步地，作为一种优选的固定方式传感器固定环8等距间隔设置有多个安装孔，安装孔的尺寸和形状与压力传感器6的尺寸和形状相匹配。多个压力传感器6一一对应地安装于多个安装孔中，压力传感器6具体可通过螺钉或胶粘固定于安装孔内。本实施例中安装孔的数量为三个，也可根据需要设置更多的安装孔。对应地，轴承套筒11的一端的内壁径向向内延伸形成限位部12，传感器固定环8背离压力传感器6的一侧与限位部12相抵靠。限位部12用于对传感器固定环8起限位作用，防止传感器固定环8在受到轴向作用力时发生移动，进而影响压力传感器6测量结果的准确性。本实施例中限位部12为连续的环状结构，当然限位部12的结构并不限定于此，限位部12也可以由多个呈环状布置的弧形片构成。
[0040]
进一步地，传感器固定环8背离压力传感器6的一侧设置有多个定位盲孔，限位部12靠近传感器固定环8的一侧设置有多个定位凸起，定位凸起的数量和位置与定位盲孔的数量和位置一一对应，安装传感器固定环8时通过定位凸起与定位盲孔配合，每次装入传感器固定环8后，每个压力传感器6的位置不会发生变化，保证每次测量基点相同。
[0041]
根据本发明的实施例，图3示例了一种传感器垫圈的结构示意图，图4示例了一种传感器垫圈的侧视剖面结构示意图，如图3和4所示，本实施例中测试装置还包括：传感器垫圈9，传感器垫圈9呈环形结构，传感器垫圈9设置于多个压力传感器6与第一轴承7之间，传感器垫圈9的一侧与第一轴承7的轴承外环的另一侧边相抵靠，传感器垫圈9的另一侧与多个压力传感器6相抵靠。传感器垫圈9的外径等于第一轴承7的外环的外径，传感器垫圈9的内径大于轴承内环的外径，传感器垫圈9的可增大压力传感器6与轴承外环的接触面，确保每个压力传感器6的接触点处于同一平面内，提高测量结果的准确性。
[0042]
进一步地，传感器垫圈9靠近第一轴承7的一侧的边沿设置有第二凸楞14，第二凸楞14与第一轴承7的外环相抵靠，从而避免传感器垫圈9与第一轴承7的内环接触。
[0043]
安装时将压力传感器6安装于安装孔内，再将传感器固定环8放入轴承套筒11的内部，使得传感器固定环8与限位部12相抵靠，再依次装入传感器垫圈9、第一轴承7和预紧盖板10，并使预紧盖板10、第一轴承7、传感器垫圈9和压力传感器6之间保持抵靠状态。
[0044]
根据本发明的实施例，本实施例中测试装置还包括：信号转换器和信号采集系统，信号转换器的信号输入端与多个压力传感器6的信号输出端电连接，信号转换器的信号输出端与信号采集系统的信号输入端电连接。本实施例中信号转换器的精度在
±
0.05％，采样频率在5000hz以上。
[0045]
测试时，压力传感器6将受到的轴向作用力转化成电信号，信号转换器将压力传感器6输出的电信号进行放大后转化成数字信号，信号采集系统对数字信号进行采集并记录。
[0046]
本发明还提供一种离心泵轴向力的测试方法，离心泵轴向力的测试方法包括以下步骤：
[0047]
通过多个压力传感器6获取泵轴4静止时轴承外环受到的静止轴向作用力f0；
[0048]
泵轴4静止时，由于预紧力的存在，压力传感器6会测量出静止轴向作用力f0，静止轴向作用力f0小于或等于预紧力。
[0049]
通过多个压力传感器6获取泵轴4转动时轴承外环受到的转动轴向作用力f1；
[0050]
基于所述静止轴向作用力f0和所述转动轴向作用力f1确定真实的离心泵轴向力f。
[0051]
其中离心泵轴向力f可根据以下公式(1)得到；
[0052]
f＝f
1-f0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0053]
进一步地，离心泵轴向力的测试方法还包括以下步骤：
[0054]
控制离心泵以不同的转速和流量工作，获取不同的转速和流量条件下真实的离心泵轴向力f。
[0055]
通过获取不同的转速和流量条件下真实的离心泵轴向力f，可便于总结离心泵轴向力f随转速、流量等的变化规律，可为离心泵轴承的选型提供基本数据，也可为离心泵轴向力平衡装置的优化设计提供可靠参考依据。
[0056]
图6示例了一种转速、流量与离心泵轴向力的关系示意图，如图6所示，本实施例中测得四种转速(n＝2000r/min、n＝3000r/min、n＝4000r/min、n＝5000r/min)和不同流量下的离心泵轴向力f的数据，可以发现，随着转速的增加，轴向力呈现增加的趋势，而随着流量的增加，轴向力减小。
[0057]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0058]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附
图中不需要对其进行进一步讨论。
[0059]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。