專(zhuān)利名稱(chēng)：一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
技術(shù)背景
電力在我國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要地位，水力發(fā)電和熱力發(fā)電是我目前最主要的電力來(lái)源，其中熱力發(fā)電目前仍然是我國(guó)最主要的、穩(wěn)定的電力來(lái)源。水力發(fā)電機(jī)組由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速較低，因而采用多極對(duì)數(shù)的剛性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以獲得市電頻率的電能，轉(zhuǎn)子為粗短型，額定工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于其一階臨界轉(zhuǎn)速；熱電站發(fā)電機(jī)組通常由燃煤的蒸汽輪機(jī)或是燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度高、載荷大，因而大型熱電站普遍采用單極對(duì)交流發(fā)電機(jī)，并采用滑動(dòng)軸承支撐，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為細(xì)長(zhǎng)型，其額定工作轉(zhuǎn)速高于其一階臨界轉(zhuǎn)速。
發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子與定子間的偏心，形成不均勻氣隙磁場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生具有徑向和切向分量的不平衡電磁作用力，會(huì)使得系統(tǒng)振動(dòng)加劇、發(fā)電效率降低，影響機(jī)組的安全運(yùn)行和電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于大型、柔性發(fā)電機(jī)組其影響更加顯著。研究偏心磁拉力的作用機(jī)理和影響因素，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、振動(dòng)控制、故障診斷等均具有重要的指導(dǎo)意義
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)， 其是一種多功能、適應(yīng)多工況實(shí)驗(yàn)研究測(cè)試平臺(tái)，可測(cè)試滑動(dòng)軸承周向油膜壓力的分布，并可測(cè)試轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同勵(lì)磁電壓、多種負(fù)載工況條件下系統(tǒng)振動(dòng)特性，通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈的極對(duì)數(shù)和平衡配重輪盤(pán)質(zhì)量，可以分別獲得兩組測(cè)試系統(tǒng)。具備測(cè)試系統(tǒng)在跨二倍一階臨界轉(zhuǎn)速過(guò)程中的振動(dòng)響應(yīng)的能力，通過(guò)改變負(fù)載特性，可測(cè)試發(fā)電機(jī)在空載、 平衡負(fù)載、不平衡負(fù)載下、電阻性/電感性/電容性負(fù)載等多種條件下，由于轉(zhuǎn)子與定子間的偏心而產(chǎn)生的不平衡電磁作用力對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架。
其中，可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)，進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、測(cè)速輪、前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)、傳感器支架、定子前端蓋、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈、發(fā)電機(jī)定子、集電環(huán)、碳刷支架、碳刷、定子后端蓋、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)；所述測(cè)速輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯、集電環(huán)均安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上；所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前后兩端由所述前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)支撐；所述發(fā)電機(jī)定子安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外， 所述定子前端蓋、定子后端蓋安裝于發(fā)電機(jī)定子上，所述碳刷支架安裝于定子后端蓋上； 實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架，進(jìn)一步包括電動(dòng)機(jī)、低速聯(lián)軸器、齒輪變速箱、高速聯(lián)軸器、平臺(tái)；所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)所述低速聯(lián)軸器與所述齒輪變速箱的低速軸連接，所述齒輪變速箱高速軸通過(guò)所述高速聯(lián)軸器與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接；電動(dòng)機(jī)通過(guò)低速聯(lián)軸器、高速聯(lián)軸器、齒輪變速箱最終驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)； 所述電動(dòng)機(jī)、齒輪變速箱、傳感器支架以及前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)均安裝于所述平臺(tái)上。
較佳地，所述可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)還包括平衡配重輪盤(pán)；所述平衡配重輪盤(pán)設(shè)置于轉(zhuǎn)子上。
較佳地，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈的極對(duì)數(shù)和平衡配重輪盤(pán)質(zhì)量，來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速，可以分別獲得兩組測(cè)試系統(tǒng)a)四極三相同步交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其額定工作轉(zhuǎn)速1500rpm/1800rpm，其低于系統(tǒng)一階固有頻率，可視作剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)； b)兩極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其額定工作轉(zhuǎn)速為3000rpm/3600rpm，其高于系統(tǒng)一階固有頻率，可視作柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)。
較佳地，對(duì)應(yīng)所述剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝四個(gè)鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，各個(gè)線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成兩個(gè)磁極對(duì)。
較佳地，對(duì)應(yīng)所述柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝兩個(gè)鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，各個(gè)線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成一個(gè)磁極對(duì)；且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝兩個(gè)平衡配重輪盤(pán)，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一階臨界轉(zhuǎn)速。
較佳地，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線(xiàn)圈采用外部供電勵(lì)磁，通過(guò)調(diào)節(jié)供電電壓，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而可分析磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的影響。
較佳地，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線(xiàn)圈通過(guò)一外部的可調(diào)壓直流穩(wěn)壓電源供電；所述直流穩(wěn)壓電源連接碳刷，碳刷與集電環(huán)接觸，集電環(huán)連接勵(lì)磁線(xiàn)圈。
較佳地，所述可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)發(fā)電機(jī)定子輸出負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 其進(jìn)一步包括負(fù)載電路，可變電阻器、可變電容器、可變電感器的一種或幾種的組合； 通過(guò)在定子各相輸出端中接入不同的負(fù)載，可以獲得不同的負(fù)載工況，進(jìn)而測(cè)試轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下的振動(dòng)響應(yīng)。
較佳地，所述前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)和后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)均包括前端蓋、滑動(dòng)軸承、墊塊、軸承座、軸承座上端蓋、后端蓋；所述滑動(dòng)軸承安裝于所述軸承座內(nèi)，并通過(guò)所述軸承座上端蓋定位，所述前端蓋和后端蓋用于軸承座密封，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝于滑動(dòng)軸承中，滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)所述軸承座上端蓋供入軸承座內(nèi)，并通過(guò)所述前端蓋回油孔回油。
較佳地，所述可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)還包括壓力傳感器；所述軸承承載面沿周向加工出若干個(gè)毛細(xì)導(dǎo)壓孔，為保證壓力順利導(dǎo)出，毛細(xì)導(dǎo)壓孔有多級(jí)孔徑，所述毛細(xì)導(dǎo)壓孔與所述壓力傳感器適配，其用于將油膜壓力導(dǎo)出到壓力傳感器測(cè)頭，從而測(cè)量軸承油膜壓力分布；壓力傳感器浸油安裝入毛細(xì)導(dǎo)壓孔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明為滑動(dòng)軸承支撐的柔性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試平臺(tái)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
2、本發(fā)明的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)采用滑動(dòng)軸承支撐，轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)良好的動(dòng)平衡，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000rpm，柔性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)具備跨二倍一階臨界轉(zhuǎn)速和跨二階臨界的測(cè)試言旨力。
3、本發(fā)明在流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承承載面布置有5個(gè)壓力傳感器，可測(cè)量軸承周向油膜壓力分布。
4、本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈的極對(duì)數(shù)和平衡配重輪盤(pán)質(zhì)量，來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速和額定工作轉(zhuǎn)速，可分別獲得剛性四極三相同步交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)、柔性?xún)蓸O三相交流同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，兩套不同的測(cè)試系統(tǒng)。
5、本發(fā)明可測(cè)試在不平衡電磁拉力和滑動(dòng)軸承油膜力耦合作用下，系統(tǒng)跨二倍一階臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)特性，可測(cè)試油膜渦動(dòng)、油膜振蕩特性及不平衡磁拉力影響下系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)特性。
6、本發(fā)明可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈的勵(lì)磁電壓，來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而測(cè)試不同勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
7、本發(fā)明可測(cè)試發(fā)電機(jī)在空載、平衡負(fù)載、不平衡負(fù)載、變負(fù)載、感性/容性/阻性負(fù)載等多種工況下系統(tǒng)的響應(yīng)特性。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)的分解圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)的的剖視圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例滑動(dòng)軸承下半瓦的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本年發(fā)明具體實(shí)施滑動(dòng)軸承下半瓦的剖視圖；圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例四極三相剛性交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)的分解圖；圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例四極三相剛性交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)的的剖視圖；圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例四極三相剛性交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)原理圖；圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例兩極三相柔性交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)的分解圖； 圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例兩極三相柔性交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)的的剖視圖； 圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例兩極三相柔性交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)原理圖。
具體實(shí)施方式
下方結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。 實(shí)施例
如圖1至圖3，一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架和發(fā)電機(jī)定子輸出負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
其中，可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)，進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301、測(cè)速輪302、前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)303、第一傳感器支架304、第一平衡配重輪盤(pán)305、定子前端蓋306、散熱風(fēng)扇307、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈308、發(fā)電機(jī)定子309、集電環(huán)310、碳刷支架311、碳刷、定子后端蓋312、第二平衡配重輪盤(pán)313、第二傳感器支架314、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)315。
測(cè)速輪302、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈308、集電環(huán)310均安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301 上；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301前后兩端由所述前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)支撐；發(fā)電機(jī)定子309安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301外，定子前端蓋306、定子后端蓋312安裝于發(fā)電機(jī)定子309上，碳刷支架 311安裝于定子后端蓋312上。第一傳感器支架304、第二傳感器支架314分別靠近前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)設(shè)置。
第一平衡配重輪盤(pán)305、第二平衡配重輪盤(pán)313設(shè)置于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301上，且分置轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈308的前后側(cè)。這里僅為舉例，具體實(shí)施時(shí)，也可以不設(shè)置平衡配重輪ο
其中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架，進(jìn)一步包括電動(dòng)機(jī)101、低速聯(lián)軸器102、齒輪變速箱103、高速聯(lián)軸器104、平臺(tái)108 ；電動(dòng)機(jī)101通過(guò)低速聯(lián)軸器102與齒輪變速箱103的低速軸連接，齒輪變速箱103高速軸通過(guò)高速聯(lián)軸器104與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301連接；電動(dòng)機(jī)101通過(guò)低速聯(lián)軸器102、高速聯(lián)軸器104、齒輪變速箱103最終驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301運(yùn)轉(zhuǎn)；電動(dòng)機(jī)101、齒輪變速箱103、傳感器支架以及前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)均安裝于平臺(tái)108上。
發(fā)電機(jī)定子輸出負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括負(fù)載電路，可變電阻器、可變電容器、可變電感器的一種或幾種的組合； 通過(guò)在定子各相輸出端中接入不同的負(fù)載，可以獲得不同的負(fù)載工況，進(jìn)而測(cè)試轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下的振動(dòng)響應(yīng)。
如圖4，本實(shí)施例中，前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)303和后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)315均包括前端蓋401、滑動(dòng)軸承402、墊塊403、軸承座404、軸承座上端蓋405、后端蓋406 ；滑動(dòng)軸承402安裝于軸承座404內(nèi)，并通過(guò)軸承座上端蓋405定位，前端蓋401和后端蓋406用于軸承座密封，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301安裝于滑動(dòng)軸承402中，滑動(dòng)軸承402的潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)軸承座上端蓋405供入軸承座404內(nèi)，并通過(guò)前端蓋401回油孔回油。
所述可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)還包括壓力傳感器；所述軸承承載面沿周向加工出若干個(gè)毛細(xì)導(dǎo)壓孔，為保證壓力順利導(dǎo)出，毛細(xì)導(dǎo)壓孔有多級(jí)孔徑，所述毛細(xì)導(dǎo)壓孔與所述壓力傳感器適配，其用于將油膜壓力導(dǎo)出到壓力傳感器測(cè)頭，從而測(cè)量軸承油膜壓力分布；壓力傳感器浸油安裝入毛細(xì)導(dǎo)壓孔。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301的勵(lì)磁線(xiàn)圈采用外部供電勵(lì)磁，通過(guò)調(diào)節(jié)供電電壓，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而可分析磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的影響。
本實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301的勵(lì)磁線(xiàn)圈通過(guò)一外部的可調(diào)壓直流穩(wěn)壓電源供電；所述直流穩(wěn)壓電源連接碳刷，碳刷與集電環(huán)310接觸，集電環(huán)310連接勵(lì)磁線(xiàn)圈。
本實(shí)施例，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈的極對(duì)數(shù)和平衡配重輪盤(pán)質(zhì)量，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速，以分別獲得兩組測(cè)試系統(tǒng)a)四極三相同步交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其額定工作轉(zhuǎn)速1500rpm/1800rpm(25HZ/30HZ)，其低于系統(tǒng)一階固有頻率， 可視作剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)；b)兩極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其額定工作轉(zhuǎn)速為 3000rpm/3600rpm(50HZ/60HZ)，其高于系統(tǒng)一階固有頻率，可視作柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)。
對(duì)應(yīng)所述剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝四個(gè)鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，各個(gè)線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成兩個(gè)磁極對(duì)。
對(duì)應(yīng)所述柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝兩個(gè)鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，各個(gè)線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成一個(gè)磁極對(duì)；且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝兩個(gè)平衡配重輪盤(pán)。
下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的工作過(guò)程。
滑動(dòng)軸承周向油膜壓力分布的測(cè)量方法本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用的滑動(dòng)軸承是一種流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承，此類(lèi)軸承一般用于高速、重載轉(zhuǎn)子的支撐，如大型蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子均采用此種支撐方式。測(cè)量滑動(dòng)軸承油膜壓力分布，對(duì)于獲得油膜動(dòng)力特性系數(shù)、研究流體動(dòng)力潤(rùn)滑機(jī)理，都具有重要意義。油膜壓力分布的測(cè)量方式參照?qǐng)D5至圖7所示。
如圖5至圖7，滑動(dòng)軸承為中心剖分式圓柱徑向滑動(dòng)軸承，由上半瓦62、下半瓦61 兩部分組成。圖6和圖7詳細(xì)展示了油膜壓力的測(cè)量和壓力傳感器5的安裝方法。如圖6 和圖7所示，潤(rùn)滑油通過(guò)供油孔1，進(jìn)入油腔2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將油腔中潤(rùn)滑油帶出，形成壓力油膜，從而實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油在壓力的作用下經(jīng)過(guò)端面或泄油楔4泄出，并經(jīng)回油油路回油，從而實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油循環(huán)供給。
為測(cè)量滑動(dòng)軸承周向壓力分布，在滑動(dòng)軸承下半瓦沿著周向開(kāi)有5個(gè)毛細(xì)導(dǎo)壓孔，如圖6中，為能準(zhǔn)確測(cè)量油膜壓力，同時(shí)又不破環(huán)承載瓦面3，要適當(dāng)選取導(dǎo)壓孔的直徑，同時(shí)為避免毛細(xì)導(dǎo)壓孔直徑過(guò)小引起的毛細(xì)效應(yīng)影響油膜壓力的測(cè)量，毛細(xì)導(dǎo)壓孔長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，毛細(xì)導(dǎo)壓孔應(yīng)該根據(jù)軸承尺寸，做成多級(jí)孔徑形式，其中，6對(duì)應(yīng)導(dǎo)壓孔中多級(jí)孔徑中最小孔徑的孔，如圖7中所示。壓力傳感器5采用螺紋安裝形式安裝于螺紋孔7中， 并用螺紋密封膠密封，安裝壓力傳感器5時(shí)，應(yīng)采用浸油安裝，保證安裝孔腔內(nèi)充滿(mǎn)潤(rùn)滑油，避免空氣進(jìn)入，影響壓力的測(cè)量。潤(rùn)滑油壓力經(jīng)過(guò)毛細(xì)導(dǎo)壓孔，傳遞至壓力傳感器測(cè)頭， 從而實(shí)驗(yàn)油膜壓力的測(cè)量。
)剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)置方法此處所說(shuō)的剛性轉(zhuǎn)子是指額定工作轉(zhuǎn)速低于系統(tǒng)一階臨界轉(zhuǎn)速。
剛性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)子為4極3相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，額定工作轉(zhuǎn)速為 25Hz/30Hz，小于系統(tǒng)一階臨界轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301安裝4個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈， 勵(lì)磁線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成2個(gè)磁極對(duì)。其結(jié)構(gòu)組成和裝方式參見(jiàn)圖8和圖9所示。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301安裝于前滑動(dòng)軸承支撐系統(tǒng)303和后滑動(dòng)軸承系統(tǒng)315之中，測(cè)速輪302安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，第一傳感器支架304、第二傳感器314安裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子附近，與轉(zhuǎn)子非接觸，散熱風(fēng)扇安裝306安裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301上，4個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁貼心線(xiàn)圈308 采用螺釘安裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301上，集電環(huán)310安裝于轉(zhuǎn)子301上，發(fā)電機(jī)定子套309套在轉(zhuǎn)子301上，定子前端蓋306、后端蓋312安裝于發(fā)電機(jī)定子上，碳刷支架安裝于定子后端蓋 312 上。
本系統(tǒng)中，不需要配備平衡配重輪盤(pán)，可認(rèn)為此時(shí)平衡配重輪盤(pán)的質(zhì)量為零。
如圖10，四個(gè)勵(lì)磁線(xiàn)圈依次串聯(lián)，從而形成2個(gè)磁極對(duì)?？烧{(diào)壓直流穩(wěn)壓電源501的正負(fù)兩極連接到碳刷502上，碳刷502與集電環(huán)的兩電極接觸，集電環(huán)的兩極連接到勵(lì)磁線(xiàn)圈的兩極上，從而實(shí)現(xiàn)向轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈供電和勵(lì)磁。通過(guò)調(diào)節(jié)供電電壓，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，從而可以測(cè)試在不同勵(lì)磁磁場(chǎng)下，偏心發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受不平衡電磁拉力時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)。
)柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)置方法柔性轉(zhuǎn)子是指其額定工作轉(zhuǎn)速高于系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速.柔性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)子為兩極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其額定工作轉(zhuǎn)速為 50Hz/60Hz，大于系統(tǒng)一階臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子安裝2個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯及其對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，勵(lì)磁線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成1個(gè)磁極對(duì)，另外為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)一階臨界轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)子鐵芯左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝兩個(gè)配重和平衡用輪盤(pán)，其主軸系統(tǒng)的組成如圖11所示。
如圖12所示，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301安裝于前滑動(dòng)軸承支撐系統(tǒng)303和后滑動(dòng)軸承系統(tǒng) 315之中，測(cè)速輪302安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，傳感器支架304、314安裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子附近，與轉(zhuǎn)子非接觸，平衡配重輪盤(pán)305、313對(duì)稱(chēng)安裝于轉(zhuǎn)子上，散熱風(fēng)扇安裝306安裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301上，2個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁貼心線(xiàn)圈308采用螺釘安裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子301上，集電環(huán)310安裝于轉(zhuǎn)子301上，發(fā)電機(jī)定子套309套在轉(zhuǎn)子301上，定子前端蓋306、后端蓋312安裝于發(fā)電機(jī)定子上，碳刷支架安裝于定子后端蓋312上。
如圖13，兩個(gè)勵(lì)磁線(xiàn)圈軸向?qū)ΨQ(chēng)安裝，依次串聯(lián)，如圖所示，從而形成1個(gè)磁極對(duì)。 可調(diào)壓直流穩(wěn)壓電源501的正負(fù)兩極連接到碳刷502上，碳刷與集電環(huán)的兩電極接觸，集電環(huán)的兩極連接到鐵芯線(xiàn)圈的兩極上，從而實(shí)現(xiàn)向轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈供電和勵(lì)磁。通過(guò)調(diào)節(jié)供電電壓，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，從而可以測(cè)試在不同勵(lì)磁磁場(chǎng)下，偏心發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受不平衡電磁拉力時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)。
)多種負(fù)載工況的設(shè)置方法在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，發(fā)電機(jī)定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓輸出，可根據(jù)研究需要，靈活設(shè)定不同的負(fù)載工況。圖13為Y型連接的三相定子繞組，并列舉了三種典型的負(fù)載形式。
空載工況三相輸出不接任何負(fù)載平衡負(fù)載三相輸出接相同性質(zhì)和相同大小的負(fù)載，如可同時(shí)接入電阻性、電感性、電容性負(fù)載不平衡負(fù)載三相處處接各種特性的負(fù)載的任意組合，如可在U-N、V-N和W-N端接入相同性質(zhì)但是不同大小的負(fù)載；或是U-N，V-N和W-N端接入不同性質(zhì)的負(fù)載；或是在U-N和 V-N端都接入電阻性負(fù)載，W-N端空載。通過(guò)不同的負(fù)載組合，可以研究不同工況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)特性變負(fù)載三相輸出接入的負(fù)載大小可以在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)，如接入可變電阻器、可變電感器、可變電容器，或者各種特性負(fù)載的組合。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明為滑動(dòng)軸承支撐的柔性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試平臺(tái)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
2、本發(fā)明的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)采用滑動(dòng)軸承支撐，轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)良好的動(dòng)平衡，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000rpm，系統(tǒng)具備跨二倍一階臨界轉(zhuǎn)速和跨二階臨界的測(cè)試能力。
3、本發(fā)明在流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承承載面布置有5個(gè)壓力傳感器，可測(cè)量軸承周向油膜壓力分布。
4、本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈的極對(duì)數(shù)和平衡配重輪盤(pán)質(zhì)量，來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速和額定工作轉(zhuǎn)速，可分別獲得剛性四極三相同步交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)、柔性?xún)蓸O三相交流同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，兩套不同的測(cè)試系統(tǒng)。
5、本發(fā)明可測(cè)試在不平衡電磁拉力和滑動(dòng)軸承油膜力耦合作用下，系統(tǒng)跨二倍一階臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)特性，可測(cè)試油膜渦動(dòng)、油膜振蕩特性及不平衡磁拉力影響下系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)特性。
6、本發(fā)明可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈的勵(lì)磁電壓，來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而測(cè)試不同勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
7、本發(fā)明可測(cè)試發(fā)電機(jī)在空載、平衡負(fù)載、不平衡負(fù)載、變負(fù)載、感性/容性/阻性負(fù)載等多種工況下系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式
。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，包括可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架；可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)，進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、測(cè)速輪、前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)、傳感器支架、定子前端蓋、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈、發(fā)電機(jī)定子、集電環(huán)、碳刷支架、碳刷、定子后端蓋、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)；所述測(cè)速輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯、集電環(huán)均安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上；所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前后兩端由所述前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)支撐；所述發(fā)電機(jī)定子安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外， 所述定子前端蓋、定子后端蓋安裝于發(fā)電機(jī)定子上，所述碳刷支架安裝于定子后端蓋上；實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架，進(jìn)一步包括電動(dòng)機(jī)、低速聯(lián)軸器、齒輪變速箱、高速聯(lián)軸器、平臺(tái)；所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)所述低速聯(lián)軸器與所述齒輪變速箱的低速軸連接，所述齒輪變速箱高速軸通過(guò)所述高速聯(lián)軸器與所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接；電動(dòng)機(jī)通過(guò)低速聯(lián)軸器、高速聯(lián)軸器、齒輪變速箱最終驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)； 所述電動(dòng)機(jī)、齒輪變速箱、傳感器支架以及前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)均安裝于所述平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)還包括平衡配重輪盤(pán)；所述平衡配重輪盤(pán)設(shè)置于轉(zhuǎn)子上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯線(xiàn)圈的極對(duì)數(shù)和平衡配重輪盤(pán)質(zhì)量，來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速，可以分別獲得兩組測(cè)試系統(tǒng)a)四極三相同步交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其額定工作轉(zhuǎn)速1500rpm/1800rpm，其低于系統(tǒng)一階固有頻率，可視作剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)；b)兩極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其額定工作轉(zhuǎn)速為 3000rpm/3600rpm,其高于系統(tǒng)一階固有頻率，可視作柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，對(duì)應(yīng)所述剛性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝四個(gè)鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，各個(gè)線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成兩個(gè)磁極對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，對(duì)應(yīng)所述柔性轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝兩個(gè)鐵芯和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，各個(gè)線(xiàn)圈之間串聯(lián)，形成一個(gè)磁極對(duì)；且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝兩個(gè)平衡配重輪盤(pán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線(xiàn)圈采用外部供電勵(lì)磁，通過(guò)調(diào)節(jié)供電電壓，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而可分析磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線(xiàn)圈通過(guò)一外部的可調(diào)壓直流穩(wěn)壓電源供電；所述直流穩(wěn)壓電源連接碳刷，碳刷與集電環(huán)接觸，集電環(huán)連接勵(lì)磁線(xiàn)圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，還包括發(fā)電機(jī)定子輸出負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 其進(jìn)一步包括負(fù)載電路，可變電阻器、可變電容器、可變電感器的一種或幾種的組合；通過(guò)在定子各相輸出端中接入不同的負(fù)載，可以獲得不同的負(fù)載工況，進(jìn)而測(cè)試轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下的振動(dòng)響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)和后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)均包括前端蓋、滑動(dòng)軸承、墊塊、軸承座、軸承座上端蓋、后端蓋；所述滑動(dòng)軸承安裝于所述軸承座內(nèi)，并通過(guò)所述軸承座上端蓋定位，所述前端蓋和后端蓋用于軸承座密封，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝于滑動(dòng)軸承中，滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)所述軸承座上端蓋供入軸承座內(nèi)，并通過(guò)所述前端蓋回油孔回油。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)還包括壓力傳感器；所述軸承承載面沿周向加工出若干個(gè)毛細(xì)導(dǎo)壓孔，為保證壓力順利導(dǎo)出，毛細(xì)導(dǎo)壓孔有多級(jí)孔徑，所述毛細(xì)導(dǎo)壓孔與所述壓力傳感器適配，其用于將油膜壓力導(dǎo)出到壓力傳感器測(cè)頭，從而測(cè)量軸承油膜壓力分布；壓力傳感器浸油安裝入毛細(xì)導(dǎo)壓孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種滑動(dòng)軸承支撐的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括可變磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架。所述轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、前滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)、傳感器支架、定子前端蓋、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯和勵(lì)磁線(xiàn)圈、發(fā)電機(jī)定子、集電環(huán)、碳刷支架、碳刷、定子后端蓋、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯、集電環(huán)均安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前后兩端由所述前、后滑動(dòng)軸承支撐子系統(tǒng)支撐；發(fā)電機(jī)定子安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外。實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)架包括電動(dòng)機(jī)、低速聯(lián)軸器、齒輪變速箱、高速聯(lián)軸器；電動(dòng)機(jī)通過(guò)低速聯(lián)軸器與齒輪變速箱的低速軸連接，齒輪變速箱高速軸通過(guò)高速聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接。
文檔編號(hào)G01L15/00GK102507120SQ201110367989
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者萬(wàn)召, 劉顯波, 孟光, 徐曉霞, 荊建平, 謝帆 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)