專利名稱：屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種研究屏蔽電機屏蔽套間隙流場的實驗裝置，該實驗裝置是一種研究兩個直徑不同的相互的嵌套圓柱形結構在內(nèi)部圓柱高速旋轉(zhuǎn)的條件下，兩個圓柱間隙的流場分布，特別涉及一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置。
背景技術：
在工業(yè)使用的屏蔽電機中，轉(zhuǎn)子和定子之間是充滿液體的，轉(zhuǎn)子和定子都是由屏蔽套包起來的線圈，屏蔽套可防止液體進入屏蔽電機。轉(zhuǎn)子和定子之間的液體有潤滑和冷卻電機的功能。在屏蔽電機正常運轉(zhuǎn)的時，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，定子固定不動。在這種工況下，轉(zhuǎn)子和定子之間的液體在轉(zhuǎn)子外壁粘性力的作用下也隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成轉(zhuǎn)子和定子之間的流場。該流場不可避免的要和轉(zhuǎn)子發(fā)生力的相互作用。這種相互作用會對轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性 造成影響，嚴重的時候會造成轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)。因此有必要對這種流場展開相關的研究。一般的計算機仿真采用了很多的假設，可能會得到一些近似的解，這種理論分析還需要試驗加以驗證。經(jīng)過對現(xiàn)有的實驗裝置檢索發(fā)現(xiàn)，一般的實驗裝置都是使用兩個不同直徑的圓柱，小的圓柱放置在大的圓柱的內(nèi)部，在兩個圓柱中間的間隙注滿水，在一端使用電機帶動小的圓柱，在中間形成類似的流場，之后研究流場的分布規(guī)律。這種實驗裝置能夠在一定程度上反映該種流動的規(guī)律，但是，存在以下缺陷
1、現(xiàn)有的實驗裝置的變速范圍較窄，柔性很差，修改起來很不方便；
2、現(xiàn)有的實驗裝置的偏心率是固定的，可變的參數(shù)很少；
3、現(xiàn)有的實驗裝置本身不能模擬在屏蔽套間隙的軸向流動，因此不能研究軸向流動對電機轉(zhuǎn)子的影響；
4、現(xiàn)有的實驗裝置能模擬的流場流動形式單一，不能全方位模擬各種工況下的流場分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，以解決現(xiàn)有技術中的研究屏蔽電機屏蔽套間隙流場的實驗裝置的變速范圍較窄，柔性很差，修改起來很不方便的技術性問題。本發(fā)明目的通過以下技術方案實現(xiàn)
一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，包括轉(zhuǎn)子、電機主軸和殼體，所述轉(zhuǎn)子與所述電機主軸連接，所述轉(zhuǎn)子設置在所述殼體內(nèi)，所述電機主軸上設有測力儀。優(yōu)選地，所述電機主軸包括五軸聯(lián)動的電機主軸。優(yōu)選地，所述殼體包括依次連接的端蓋、殼體本體和底蓋，所述轉(zhuǎn)子設置在所述殼體本體內(nèi)。優(yōu)選地，所述殼體本體和所述底蓋上分別開有通孔，所述通孔通過管道連接可形成回路。優(yōu)選地，所述研究裝置還包括若干傳感器，所述殼體本體上設有連接孔，所述傳感器可通過所述連接孔與所述殼體連接。優(yōu)選地，所述傳感器包括位移傳感器。優(yōu)選地，所述傳感器還包括壓力傳感器和/或加速度傳感器。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子的下端側(cè)面可設有徑向孔，所述轉(zhuǎn)子的底面可設有軸向孔，所述徑向孔與所述軸向孔相通。優(yōu)選地,所述測力儀包括三維力扭矩力測力儀,所述三維力扭矩力測力儀連接在所述電機主軸上。優(yōu)選地，所述殼體本體為有機玻璃殼體。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點
1、本發(fā)明的研究裝置的電機主軸可以在0-8000rpm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速，這種轉(zhuǎn)速能夠完全滿足實驗的轉(zhuǎn)速要求，而且為實驗中轉(zhuǎn)速改變提供了很大的柔性，可以很方便的在各種轉(zhuǎn)速下試驗；
2、本發(fā)明的研究裝置的電機主軸可以實現(xiàn)高精度的連續(xù)位移運動，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置實現(xiàn)在各種偏心下進行試驗，研究偏心量對流場的影響，可變的參數(shù)較多；
3、本發(fā)明的研究裝置的電機主軸可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子正向和反向的渦動，以模擬轉(zhuǎn)子的實際運動，以便研究裝置能夠模擬實際電機內(nèi)部轉(zhuǎn)子的運動情況，使試驗結果更可靠，有助于還原實際的流動狀態(tài)；
4、本發(fā)明的研究裝置的電機主軸上有三維力扭矩力測力儀，能夠測量轉(zhuǎn)子所受到的三維力和扭矩，能夠較準確、有效地檢測轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中受到流場的作用力；
5、可在本發(fā)明的研究裝置的轉(zhuǎn)子下部設置成葉輪結構，該葉輪結構可以提供軸向流動的水頭，形成完整的軸向循環(huán)，添加這一結構有助于使研究裝置內(nèi)的流動狀態(tài)更進一步地接近實際流動狀態(tài)；
6、本發(fā)明的研究裝置的傳感器的布置密度比較大，沿殼體本體的軸向和徑向均勻密布傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)整個流場變化狀態(tài)的實時監(jiān)控，這些傳感器的數(shù)據(jù)有助于還原整個流場的壓力分布以及整個轉(zhuǎn)子的振動狀態(tài)，并和電機主軸上的測力儀的數(shù)據(jù)相互印證，使試驗結果更為可靠和可信；
7、本發(fā)明的研究裝置的采用有機玻璃外殼，可以實現(xiàn)流場的可視化，在流場中添加示蹤粒子，同時采用高速攝像機能夠提取內(nèi)部流體流動狀態(tài)的圖片，有助于更進一步的熟悉內(nèi)部流場的流動規(guī)律。


圖I為本發(fā)明的研究裝置的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖，詳細說明本發(fā)明。請參閱圖1，本發(fā)明的屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，包括轉(zhuǎn)子2、傳感器
4、電機主軸I和殼體，轉(zhuǎn)子2與電機主軸I連接,轉(zhuǎn)子2設置在殼體內(nèi)，電機主軸I上設有測力儀。在本實例中，電機主軸I為五軸聯(lián)動的電機主軸。本發(fā)明的五軸聯(lián)動的電機主軸可以在O-SOOOrpm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速，這種轉(zhuǎn)速能夠完全滿足實驗的轉(zhuǎn)速要求，而且為實驗中轉(zhuǎn)速改變提供了很大的柔性，可以很方便的在各種轉(zhuǎn)速下試驗。電機主軸的定位精度可以達到IOy m，可以依靠主軸的移動實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的任意偏心率，可以實現(xiàn)高精度的連續(xù)位移運動，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置實現(xiàn)在各種偏心下進行試驗，研究偏心量對流場的影響。電機主軸還可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子正向和反向的渦動，以模擬轉(zhuǎn)子的實際運動。以便試驗裝置能夠模擬實際電機內(nèi)部轉(zhuǎn)子的運動情況，使試驗結果更可靠，有助于還原實際的流動狀態(tài)。殼體包括依次連接的端蓋31、殼體本體32和底蓋33，轉(zhuǎn)子2設置在殼體本體32內(nèi)。殼體本體32和底蓋33上分別開有通孔，通孔通過管道7連接可形成水流回路。當轉(zhuǎn)子2在殼體本體32內(nèi)高速轉(zhuǎn)動時，水流回路可使得水不會從殼體上滲出，可防止殼體內(nèi)的水弄濕工作臺。、
殼體本體32上設有連接孔，傳感器可通過連接孔與殼體本體32連接。在本實例中，傳感器與殼體本體螺接連接。傳感器包括位移傳感器、壓力傳感器和加速度傳感器。位移傳感器、壓力傳感器和加速度傳感器可穿過殼體本體上的連接孔與殼體本體內(nèi)的水接觸。位移傳感器、壓力傳感器和加速度傳感器可沿著殼體本體的徑向和軸向分布。傳感器的布置密度比較大，能夠?qū)崿F(xiàn)整個流場變化狀態(tài)的實時監(jiān)控。這些傳感器的數(shù)據(jù)有助于還原整個流場的壓力分布以及整個轉(zhuǎn)子的振動狀態(tài)，并和電機主軸上的測力儀的數(shù)據(jù)相互印證，使試驗結果更為可靠和可信。為了研究軸向流場對轉(zhuǎn)子的影響，可在轉(zhuǎn)子的下端側(cè)面設置徑向孔21，在轉(zhuǎn)子的底面設置軸向孔22，徑向孔21與軸向孔22相通以形成葉輪結構。該葉輪結構可以提供軸向流動的水頭，形成完整的軸向循環(huán)，添加這一結構有助于使試驗裝置內(nèi)的流動狀態(tài)更進一步地接近實際流動狀態(tài)。同時，本發(fā)明的研究裝置還配有另一轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子的下部不設置葉輪結構，當不需要研究軸向流動的影響時，可將有葉輪結構的轉(zhuǎn)子取下，更換上沒有葉輪結構的轉(zhuǎn)子，消除葉輪結構的影響，以研究其他因素對流場造成的影響。測力儀包括三維力扭矩力測力儀，三維力扭矩力測力儀連接在電機主軸上。三維力扭矩力測力儀能夠測量轉(zhuǎn)子所受到的三維力和扭矩力，能夠直接有效地檢測轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中受到流場的作用力。本發(fā)明的殼體本體32為有機玻璃殼體，可以實現(xiàn)流場的可視化，在流場中添加示蹤粒子，同時采用高速攝像機能夠提取內(nèi)部流體流動狀態(tài)的圖片，有助于更進一步的熟悉內(nèi)部流場的流動規(guī)律。進行實驗時，電機主軸轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，可模擬屏蔽電機轉(zhuǎn)子的運動，轉(zhuǎn)子外部的有機玻璃殼體模擬的是屏蔽電機定子部分。在轉(zhuǎn)子和殼體之間形成一個環(huán)形的流道，該環(huán)形的流道內(nèi)部有液體流動，隨著轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)，該間隙內(nèi)部的液體會有相應的流動，形成屏蔽套間隙的流場。有機玻璃殼體上端設有一個端蓋31,下端設有一個底蓋33,底蓋和殼體本體上各開有一個孔，通過管道7連接，形成水流回路，可以防止水流外溢。在葉輪結構泵出水頭后，為了防止水流向下回流，將轉(zhuǎn)子和底蓋的距離縮短，形成動密封。在有機玻璃殼體上布置多個位移傳感器和壓力傳感器，可完整地監(jiān)測整個流場的分布和轉(zhuǎn)子的振動。在轉(zhuǎn)子的下端設置葉輪結構，該葉輪結構包括徑向孔和軸向孔，徑向孔和軸向孔相通。這種結構在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)后，會向外泵水，形成向上的水流循環(huán)，也即軸向流動，藉此可以研究軸向流動對轉(zhuǎn)子的作用力。整個研究裝置是放置在機床工作臺6上的，并使用夾具6進行定位夾緊。本發(fā)明的研究裝置的提出設計是為了研究屏蔽電機屏蔽套之間的流場分布狀況和流場與轉(zhuǎn)子的作用規(guī)律。本發(fā)明的研究裝置的顯著特點是實驗系統(tǒng)柔性更大，測試方案完善，并具有添加軸向流動的能力，能夠在多個偏心率和轉(zhuǎn)速下，實現(xiàn)各種流動狀態(tài)的模擬。本發(fā)明的研究裝置能夠透徹的研究這種流動的分布規(guī)律和該種流動對轉(zhuǎn)子的作用規(guī)律，為轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性研究墊定基礎。
以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領域 的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，包括轉(zhuǎn)子、電機主軸和殼體，所述轉(zhuǎn)子與所述電機主軸連接，所述轉(zhuǎn)子設置在所述殼體內(nèi)，所述電機主軸上設有測力儀。
2.如權利要求I所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述電機主軸包括五軸聯(lián)動的電機主軸。
3.如權利要求I所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述殼體包括依次連接的端蓋、殼體本體和底蓋，所述轉(zhuǎn)子設置在所述殼體本體內(nèi)。
4.如權利要求3所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述殼體本體和所述底蓋上分別開有通孔，所述通孔通過管道連接可形成回路。
5.如權利要求3所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述研究裝置還包括若干傳感器，所述殼體本體上設有連接孔，所述傳感器可通過所述連接孔與所述殼體連接。
6.如權利要求5所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述傳感器包括位移傳感器。
7.如權利要求6所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述傳感器還包括壓力傳感器和/或加速度傳感器。
8.如權利要求I所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的下端側(cè)面可設有徑向孔，所述轉(zhuǎn)子的底面可設有軸向孔，所述徑向孔與所述軸向孔相通。
9.如權利要求I所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述測力儀包括三維力扭矩力測力儀，所述三維力扭矩力測力儀連接在所述電機主軸上。
10.如權利要求3所述的一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，其特征在于，所述殼體本體為有機玻璃殼體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種研究屏蔽電機屏蔽套間隙流場的實驗裝置，特別涉及一種屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置。本發(fā)明的屏蔽電機屏蔽套的間隙流場研究裝置，包括轉(zhuǎn)子、電機主軸和殼體，所述轉(zhuǎn)子與所述電機主軸連接，所述轉(zhuǎn)子設置在所述殼體內(nèi)，所述電機主軸上設有測力儀。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的研究裝置的電機主軸可以在0-8000rpm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速，這種轉(zhuǎn)速能夠完全滿足實驗的轉(zhuǎn)速要求，而且為實驗中轉(zhuǎn)速改變提供了很大的柔性，可以很方便的在各種轉(zhuǎn)速下試驗。
文檔編號G01M10/00GK102735422SQ20121020961
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者姚振強, 徐正松, 成德, 沈洪, 薛亞波 申請人:上海交通大學