[发明专利]一种多级离心泵“湿”转子效应的实验装置

说明书

技术领域

本发明为一种研究多级离心泵“湿”转子效应的实验装置，用于研究多级离心泵转子系统“湿”转子效应的产生机理和在各种工作状态和不同级间密封结构对“湿”转子效应的影响。

背景技术

多级离心泵在石油、化工、电力和钢铁等重要行业得到广泛应用，成为生产装置的重要辅机，特别随着生产装置的大型化泵机组单机容量的不断增大，多级离心水泵正朝着大型高速方向发展，因此其转子动力学设计就显得十分重要。在多级离心泵的转子动力学设计中存在着“干”、“湿”临界转速分析设计的难题。“干”临界转速是只考虑泵转子在两端轴承支撑作用下的临界转速，但在泵工作状态下由于各级转子间存在密封口环和这些密封间隙两端存在很高的压差，这些间隙中流体的激烈湍流对转子有一定的平衡恢复作用，造成了工作条件下的“湿”临界转速要高于“干”临界转速。在大型的高压离心泵这种“湿”临界转速效应就很显著了，它成为这个泵机组安全设计的关键。

目前国内对多级离心泵的“湿”转子效应方面开展的研究相对较少，特别是在实验研究领域处于空白状态。这种情况使得国内多级离心泵行业在设计生产中还处于仿制和依靠经验的状态，没有充分的理论与实验研究支持，造成了我国大型超高压离心泵机组基本上依赖于国外进口产品的局面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于研究多级转子系统“湿”转子效应的实验装置，该装置可以对不同工作压力和级间密封结构下多级转子的振幅、转矩随转速的变化进行测量，以及探索多级转子临界转速、振型等动力学特性在“湿”转子效应研究变化规律。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多级离心泵“湿”转子效应的实验装置，包括设置在实验台基座上的皮带轮变速装置和驱动电机，还包括电机变频控制柜、信号采集处理系统和多级湿转子台，多级湿转子台包括内设至少2级的转子节段的承压壳体和贯穿承压壳体且与承压壳体转动相连的转轴；每级转子节段由高压仓和装有泵转子的低压仓组成，高压仓和低压仓之间设置级间密封；在泵转子根部的轴颈处设置速度位移传感器，用于模拟真实多级泵级间密封工作状态的压力循环系统分别与高压仓和低压仓相连通；驱动电机通过皮带轮变速装置与多级湿转子台上的转轴相连，在皮带轮变速装置和转轴之间设置扭矩转速测量仪；信号采集处理系统分别与扭矩转速测量仪、速度位移传感器信号相连；电机变频控制柜与驱动电机相连。

作为本发明的多级离心泵“湿”转子效应的实验装置的改进：在承压壳体的左右两侧分别设有左轴承座和右轴承座，在左轴承座内设有左滚动轴承，在右轴承座内设有右滚动轴承，转轴的左右两端分别与左滚动轴承和右滚动轴承相连；在转轴与承压壳体的左端面之间设置左机械密封，在转轴与承压壳体的右端面之间设置右机械密封；在低压仓上分别设有速度位移传感器接口和低压仓流体出口；在高压仓上设有高压仓流体进口；低压仓流体出口和高压仓流体进口分别与用于模拟真实多级泵级间密封工作状态的压力循环系统相连通。

作为本发明的多级离心泵“湿”转子效应的实验装置的进一步改进：用于模拟真实多级泵级间密封工作状态的压力循环系统包括循环水储存容器和加压用多级离心泵，循环水储存容器的出口经加压用多级离心泵与高压仓流体进口相连，低压仓流体出口与循环水储存容器的进口相连。

作为本发明的多级离心泵“湿”转子效应的实验装置的进一步改进：泵转子通过胀紧套与转轴固定相连。

作为本发明的多级离心泵“湿”转子效应的实验装置的进一步改进：在承压壳体上设置用于将高压仓和低压仓拉紧的拉杆。

作为本发明的多级离心泵“湿”转子效应的实验装置的进一步改进：位于高压仓和低压仓之间的级间密封可更换。

作为本发明的多级离心泵“湿”转子效应的实验装置的进一步改进：皮带轮变速装置、弹性联轴器I、扭矩转速测量仪、弹性联轴器II和转轴依次相连。

本实验装置是针对研究多级离心泵转子系统“湿”转子效应的产生机理和影响因素而专门设计的；在本发明的技术方案中：

采用驱动电机驱动，经皮带轮变速装置提高转速，通过2个弹性联轴器(弹性联轴器I和弹性联轴器II)将皮带轮变速装置、扭矩转速测量仪和与转轴相连的泵转子连接起来。驱动电机与电机变频控制柜相连，从而能够实现转速自由调控；皮带轮变速装置变速后转速达到6000r/min、并能够消除径向拉力；转子采用五级转子和节段式结构，分别设计高压仓和低压仓模拟真实多级离心泵内部级间密封的工作状态。在每个泵转子根部的轴颈上分别设置有一个速度位移传感器，扭矩转速测量仪和速度位移传感器均与信号采集处理系统相连，由信号采集处理系统负责进行动态信号的采集。