一种旋转机械的轴向力测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及旋转机械领域，特别涉及一种旋转机械的轴向力测试装置及其测试方 法。
【背景技术】
[0002] 各种旋转机械如水栗、风机、压缩机，鼓风机、汽轮机等，其叶片在旋转工作过程 中，由于介质的作用会产生轴向力。以水栗为例，叶片式水栗在运行过程中，水流经叶轮做 功后，变成高压水，在叶轮前后产生水压差，水压差及水力动反力是栗转子产生轴向力的主 要因素，而轴向力对轴承寿命、运行稳定性、机械损耗都会产生不利的影响；在产品设计过 程中需要考虑设置平衡轴向力的部件，如平衡孔、平衡管、背叶片、平衡鼓、平衡盘、结构对 称布置等，轴向力随着栗流量、转速变化而变化，如果能够准确地测量轴向力数据，对水栗 的研发过程有很大帮助。
[0003] 专利号为"201310673676. 2"的发明专利"一种离心栗叶轮动态轴向力的测试装 置"，公开了离心栗的轴向力测试装置，专利号为"201410138404. 7"的发明专利"栗轴轴 向力测试装置"，公开了磁力栗的轴向力测试装置，然而这两个方案都需要对栗体做特殊改 造，结构复杂，并且没有形成一个相对独立的测试部件或测试装置，导致使用缺乏通用性； 再有，对于单级单吸栗，需要人为在过流通道中增加了轴杆、栗轴等零件，与目前的主流水 栗结构不符，水流绕流这些零件后改变了原来流体的运行状态，导致水栗的工作参数发生 变化，使得不能完全模拟真实工况，测试结果产生误差。
[0004] 专利号为"201120184174. X"的实用新型专利"栗轴向力测试仪"，公开了一种栗轴 向力的测试装置，然而该装置只能测一个方向的轴向力，测双向轴向力必须配两个单独的 部件，具有一定的局限性，除非特殊设计轴承体，否则靠内侧的部件的安装尺寸空间很难满 足要求。为了实现高压腔体的密封，该测试装置的活塞与调压盖的密封之间的密封圈必须 要压缩至一定的程度，因此活塞与调压盖之间会产生额外摩擦力。根据其功能实现原理，这 部分摩擦力会计入轴向力之中。而事实上，若不增加测力部件，此摩擦力是不存在的，因此， 轴向力中所包含的摩擦力是额外增加的，因此这种试验方法存在不可忽略的偏差。
[0005] 目前对轴向力一般采用经验公式进行估算；以密封环+叶轮平衡孔平衡轴向力为 例，关醒凡《现代栗设计手册》（第1版，P502)的经验值为可减少轴向力85~90%，即剩余 轴向力是原来的10~15%，事实上，各种栗的结构、比转速、大小有很大差异，很多栗的轴 向力超出了此范围，估算值与实际值还是存在较大的误差；密封环+平衡孔进行轴向力平 衡的方式，平衡孔平衡大部分的轴向力，剩余轴向力则由轴承来承受，平衡孔过小，轴承机 械损耗会增大，造成总效率下降；然而平衡孔过大到一定程度，只会带来泄漏的增加，不会 对轴向力产生变化，同样导致了总效率的下降。因此，精确测量轴向力是迫切需要解决的问 题。
[0006] 目前对轴向力的测量方法有拉压传感器法和弹簧秤测量法，拉压传感器法是根据 离心栗的结构，将拉压传感器直接安装在离心栗压盖上，拉力活塞与栗转子部件相连，通过 它将轴向力传递给拉压传感器，再将力转换为电信号而测得轴向力；弹簧秤测量法是轴承 座紧固在定子上不动，轴承套与右轴承座为间隙配合，安装在轴承套内的零件可随转子一 起作轴向移动，压盖上接测力拉杆，利用杠杆原理，用弹簧秤进行轴向力测量，当栗运转时， 叶轮转子体在轴向力的作用下偏向一端，用外力拉动转子居中，此拉力与轴向力相等，测力 机构测得的拉力即为轴向力；然而这两种方法并不能够精确地测量出轴向力，也没有一个 成形一个独立的测量装置，给测量带来了难度和不便。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术的不足，提出一种旋转机械的轴向力测试装置及其测试方 法，该装置对各种机械的轴向力的测试具有广泛的通用性，能够实现对一个或两个方向的 轴向力的精确测量，为解决各种机械的轴向力平衡问题提供了有效手段。本发明的技术方 案如下：
[0008] -种旋转机械的轴向力测试装置，包括壳体、轴承、转轴和传感器，转轴与轴承的 内圈固定连接，轴承的外圈与壳体固定连接，在转轴上套装传感器，传感器的输出信号与信 号处理装置电连接，转轴与旋转机械采用无键式联接件，转轴与电机采用联轴器联接。
[0009] 进一步地，传感器为环状体，环状体的中孔与所述的转轴表面具有一定间隙。
[0010] 进一步地，轴承包括靠在一起的第一轴承和第二轴承，所述的传感器为一个传感 器，设置在第一轴承外圈的外侧或第二轴承外圈的外侧，在所述轴承和传感器之间设置补 偿环。
[0011] 进一步地，轴承包括靠在一起的第一轴承和第二轴承，所述的传感器为两个传感 器，包括第一传感器和第二传感器，在第一轴承外圈的外侧设置第一传感器，在第二轴承外 圈的外侧设置第二传感器，在所述第一轴承和第一传感器之间设置第一补偿环，在所述第 二轴承和第二传感器之间设置第二补偿环。
[0012] 进一步地，转轴为阶梯形转轴，所述轴承的内圈一侧靠住转轴的阶梯，另一侧通过 轴套和锁紧螺母固定。
[0013] 进一步地，转轴与旋转机械联接的无键式联接件为夹套，所述转轴与电机联接的 联轴器为爪形联轴器。
[0014] 具体地，壳体包括安装座和端盖，轴承的外圈、传感器的环状体、补偿环设置在安 装座上，端盖包括左端盖和右端盖，转轴穿出端盖的中孔，左、右端盖的法兰孔分别通过螺 栓与安装座固定连接。
[0015] -种旋转机械的轴向力测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0016] 1)调节轴向力测试装置的转轴的轴向窜动量在0· 35~0· 45mm之间；
[0017] 2)测试之前，将旋转机械的承受轴向力的轴承更换成只承受径向力的轴承；
[0018] 3)将轴向力测试装置的转轴两端分别与旋转机械和电机进行联接，传感器的信号 线与信号处理装置的变送器和触摸屏进行联接；
[0019] 4)粗调：将旋转机械的转轴进行轴向调中，以1毫米级别精度来计量；
[0020] 5)精调：将轴向力测试装置的转轴、旋转机械的转轴和电机轴进行径向调中，以 〇. 01毫米级别精度来计量，确保轴向力测试装置、旋转机械和电机三个轴处在同一个轴线 上；
[0021] 6)启动旋转机械和电机，通过信号处理装置实时显示各个工况点的轴向力数据；
[0022] 7)改变旋转机械的流量，分别记录各流量点对应的轴向力数据；
[0023] 8)记录3组以上的数据，求平均值。
[0024] 具体地，步骤1还包括，
[0025] 将转轴沿轴方向往任意一侧推至顶死为止，在另一侧的轴端面安装百分表，调零， 将所述转轴向反方向推至顶死，通过百分表的读数确定所述转轴的轴向窜动量；若所述窜 动量不符合技术要求，需对补偿环的尺寸进行调整重新装配之后重复以上步骤，直至符合 要求为止。
[0026] 本发明具有以下优点和积极效果：
[0027] 本发明对各种机械的轴向力的测试具有广泛的通用性，能够实现对一个或两个方 向的轴向力的精确测量，误差范围为1 %，结构简单，是一个独立的部件，安装方便，不需要 对旋转机械本身进行改造，为解决各种机械的轴向力平衡问题提供了有效手段，便于推广 应用。
[0028] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明实施例一的结构示意图；
[0030] 图2是本发明与栗体连接的结构示意图；
[0031] 图3是本发明实施例二的结构示意图；
[0032] 图4是本发明实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033] 实施例一
[0034] 图1是本发明实施例一的结构示意图，用于测量第一轴承方向的轴向力。如图1 所示，一种旋转机械的轴向力测试装置，包括壳体、轴承、转轴1和传感器，转轴1与轴承的 内圈固定连接，轴承的外圈与壳体固定连接，在转轴1上套装传感器，传感器的输出信号与 信号处理装置电连接，转轴1与旋转机械采用无键式联接件，转轴与电机采用联轴器联接。
[0035] 转轴1为阶梯形转轴，轴承的内圈一侧靠住转轴1的阶梯，另一侧通过轴套14和 锁紧螺母15固定，从而实现轴向紧固；转轴1与旋转机械20联接的无键式联接件为夹套2， 转轴1与电机21联接的联轴器为爪形联轴器3。
[0036] 轴承包括靠在一起的第一轴承4和第二轴承5,实施例一的传感器为一个传感器 8,设置在第一轴承4外圈的外侧，在第一轴承4和传感器8之间设置第一补偿环6,补偿环 起补偿轴向尺寸和传递轴向力的作用；当然，为了设备的拆装和调整方便，实施例一在第二 轴承5外圈的外侧也可以设置第二补偿环7。
[0037] 传感器8为环状体，环状体的中孔与转轴1表面具有一定间隙；实施例一的传感器 8为中空式结构的拉压力传感器，传感器8的传感元件为环状体结构，转轴1穿过传感器的 内孔而过，传感器8与转轴1不直接接触；轴向力由本发明的轴承承受，再由该轴承传递给 传感器8的环形实体部位，从而解决了传统的传感器必须设计安装在轴的端部才能测到轴 向力，电机、栗体的轴被传感器隔开，电机的扭矩无法传递给栗体的问题。
[0038] 壳体包括安装座9和端盖，轴承的外圈、传感器的环状体、补偿环设置在安装座9 上，端盖包括左端盖10和右端盖11，转轴1穿出端盖的中孔，左端盖10和右端盖11的法兰 孔分别通过螺栓与安装座9固定连接，在左端盖10的内径止口设置第一骨架油封12,在右 端盖11的内径止口设置第二骨架油封13,可以在左端盖10或右端盖11内侧设置凸环，用 来压靠住传感器，实施例一在左端盖10的内侧设置