СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РАДИАЛЬНЫХ ПАР ТРЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01M13/04 F04B51/00 G01N3/56 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования свойств радиальных пар трения, в частности радиальных подшипников валов скважинных центробежных насосов.

Известен стенд для испытания вращающихся валов (см. патент RU 2101589 С1, 6 F 16 J 15/00. 10.01.1998), содержащий корпус и приводной вал, на котором установлен исследуемый элемент пары трения. Кроме того, известный стенд содержит привод вращения вала и нагружающее устройство.

Недостаток известного технического решения заключается в том, что конструкция стенда не приспособлена к испытаниям радиальных пар трения в условиях, максимально приближенных к реальным, например, соответствующих рабочим условиям центробежных насосов, используемых при добыче нефти и перекачке многофазных сред.

Техническим решением, наиболее близким к заявленному изобретению, является стенд для испытания радиальных пар трения (см. патент RU 2163013 С1, G 01 N 3/56, 10.02.2001), содержащий корпус, предназначенный для заполнения жидкой испытательной средой, смонтированный в вертикальном положении, блок приложения радиальной нагрузки, приводной вал, первая концевая часть которого соединена с двигателем, а на второй концевой части вала, расположенной внутри корпуса, закреплен один из элементов испытуемой радиальной пары трения.

К недостаткам известного аналога можно отнести невозможность проведения испытаний в многофазных средах, содержащих газовые включения и механические частицы, например частицы абразивного материала, так как подвод и отвод испытательной среды может осуществляться только по трубопроводам с помощью насосов. При этом конструкция насосов в большинстве случаев не предназначена для формирования устойчивых многофазных испытательных сред. В связи с тем, что испытательная среда в известном устройстве подается тангенциально к стенке корпуса, при работе устройства формируется вихревой центробежный поток, исключающий возможность попадания частиц абразива в зону трения, что ограничивает функциональные возможности стенда. Кроме того, конструкция известного технического решения не обеспечивает возможность быстрой замены образцов испытуемых пар трения.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении достоверности снятых характеристик, обеспечении возможности быстрой установки и замены образцов, повышении надежности и долговечности стенда, обеспечении возможности проведения испытаний в условиях, наиболее приближенных к реальным условиям эксплуатации радиальных пар трения. Кроме того, изобретение позволяет производить испытания в любых многофазных средах без необходимости переналадки устройства и использования дополнительного оборудования.

Стенд для испытания радиальных пар трения содержит первый корпус, при этом согласно изобретению в первой из двух противолежащих вертикальных стенок первого корпуса закреплен с возможностью вращения первый вал, первая концевая часть которого предназначена для соединения с приводом, предназначенным для приведения первого вала во вращение. Вторая концевая часть первого вала, расположенная внутри первого корпуса, предназначена для закрепления на ней внутреннего элемента радиальной пары трения. Внутри первого корпуса расположена обойма, предназначенная для закрепления в ней внешнего элемента радиальной пары трения и соединенная со штоком, выступающим из верхней части корпуса, предназначенным для приложения к обойме радиальной силы. Во второй из двух противолежащих вертикальных стенок корпуса выполнено отверстие, на котором съемно закреплен второй корпус с обеспечением герметичности соединения первого и второго корпусов. Во втором корпусе установлен с возможностью вращения второй вал, первая концевая часть которого расположена внутри второго корпуса, а на второй концевой части второго вала, расположенной внутри первого корпуса, закреплено лопастное колесо. Торцевые части вторых концевых частей первого и второго валов выполнены с возможностью фиксации торцевых частей друг относительно друга в радиальном направлении и передачи вращающего момента от первого вала ко второму. На втором корпусе закреплен направляющий аппарат, охватывающий лопастное колесо и обеспечивающий направление на радиальную пару трения потока находящейся внутри первого корпуса испытательной среды, формируемого лопастным рабочим колесом при вращении второго вала.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в нижней части первого корпуса может быть выполнено отверстие, предназначенное для подачи газа внутрь корпуса.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения торцевая часть второй концевой части второго вала может быть выполнена в виде конусной поверхности с расположенным на ней выступом, а на взаимно соответствующей поверхности торцевой части второй концевой части первого вала может быть выполнена прорезь, соответствующая по ширине указанному выступу.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения направляющий аппарат может быть выполнен в виде кожуха, в котором выполнены отверстия, расположенные между плоскостью вращения лопастного колеса и вторым корпусом.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения кожух со стороны обоймы может быть выполнен сужающимся от лопастного колеса к обойме.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения между узкой частью кожуха и обоймой может быть образован зазор.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором изображен стенд в разрезе.

Стенд содержит накрытый сверху крышкой 16 первый корпус 7 с противолежащими вертикальными стенками 12 и 13. В отверстии, выполненном в стенке 13, с помощью подшипников и уплотнений закреплен первый вал 1, связанный первой концевой частью с приводом, например, с одним из шкивов клиноременной передачи, другой шкив которой закрепляется на валу электродвигателя (на чертежке не показаны).

В электрической схеме питания двигателя может быть предусмотрен электронный таймер, позволяющий задавать время продолжительности испытаний, могут быть установлены датчики потребляемой мощности, позволяющие определять потери энергии в паре трения.

Вал 1 закреплен в корпусе 7 с помощью подшипников и уплотнений таким образом, что вторая концевая часть первого вала 1 размещена внутри первого корпуса 7. Вторая концевая часть вала 1 предназначена для закрепления на ней внутреннего элемента 3 испытуемой радиальной пары трения, внешний элемент 4 которой закреплен в обойме 5. Обойма 5 соединена со штоком 6, выступающим через крышку 16 в верхней части корпуса 7. Шток 6, предназначенный для передачи радиальной нагрузки на пару трения, связан с рычагом 8, на котором закреплен груз, вес которого определяет радиальную нагрузку на пару трения при проведении испытаний. В отверстии во второй стенке 12 корпуса 7, противолежащей первой стенке 13, закреплен второй цилиндрический корпус 14 с обеспечением герметичности соединения первого и второго корпусов. Корпус 14 может быть выполнен составным, например, содержащим крышку 15, расположенную с внешней стороны стенда. Первая концевая часть второго вала 2 закреплена в подшипниках, установленных внутри второго корпуса 14, что обеспечивает возможность вращения вала 2. На второй концевой части вала 2, расположенной внутри первого корпуса 7, установлено лопастное колесо 10, предназначенное для формирования потока испытательной среды. Лопастное колесо выполняется с лопастями, обеспечивающими перемещение испытательной среды преимущественно вдоль оси вращения лопастного колеса.

Лопастное колесо 10 расположено внутри направляющего аппарата, выполненного в виде закрепленного на съемном корпусе 14 кожуха 11. Сужающаяся часть кожуха 11, диаметр которой больше наружного диаметра внешнего элемента 4 радиальной пары трения, обращена к торцевой поверхности обоймы 5 таким образом, что между узкой частью кожуха 11 и обоймой 5 образован зазор. Для обеспечения притока жидкости к лопастному колесу в кожухе 11 выполнены отверстия, расположенные между плоскостью вращения лопастного колеса 10 и вторым корпусом 14. При этом кожух 11 со стороны обоймы 5 выполнен сужающимся от лопастного колеса 10 к обойме 5.

В нижней части корпуса 7 выполнено отверстие, на котором закреплен штуцер 9, предназначенный для подачи газа.

Для передачи вращающего момента с первого вала на второй торцевая часть второй концевой части вала 2 выполнена в виде конусной поверхности с расположенным на конусной поверхности выступом, а на взаимно соответствующей поверхности торцевой части второй концевой части вала 1 выполняется прорезь, соответствующая по ширине выступу на концевой части вала 2.

Диаметр обоймы 5, расположенной в первом корпусе 7, меньше диаметра отверстия в стенке 12, в котором установлен второй корпус 14.

Установка испытуемой пары трения на испытательном стенде осуществляется следующим образом.

При снятой крышке 16 первого корпуса 7 на второй концевой части первого вала 1 закрепляют внутреннюю втулку 3 испытуемой пары трения, а в обойме 5 жестко крепится наружная втулка 4 испытуемой пары трения. Обойма 5 с втулкой 4 размещается на внутренней втулке 3 и посредством штока 6 соединяется с нагружающим рычагом 8. После этого осуществляется закрепление второго корпуса 14 на корпусе 7 с обеспечением фиксации торцевых частей вторых концевых участков валов 1 и 2 друг относительно друга путем совмещения взаимно соответствующих поверхностей и их поджатия при закреплении корпуса 14. При этом выступ на концевой конусной поверхности вала 2 входит в прорезь на концевой части вала 1. Далее закрепляется съемная крышка 16 первого корпуса 7 стенда и устанавливается предусмотренная технологией испытаний контрольно-измерительная аппаратура. Стенд готов к испытаниям.

В общем случае при проведении испытаний на рычаг 8 устанавливают груз, соответствующий требуемой нагрузке, а корпус 7 стенда заполняют испытательной средой таким образом, чтобы, по крайней мере, часть пары трения находилась в жидкой среде. Включают привод, вращающий первый вал 1 и второй вал 2 с лопастным колесом 10. При вращении лопастного колеса 10 формируется циркулирующий поток испытательной среды в объеме корпуса 7 стенда, а направляющий аппарат обеспечивает приток испытательной среды к зоне контакта трущихся поверхностей испытуемой пары трения.

При необходимости исследования работы пары трения в условиях загрязнения жидкости абразивными частицами в жидкость добавляется абразивный порошок, например порошок глинозема. После этого испытательная среда барботируется газом, подаваемым через штуцер 9, что обеспечивает равномерное распределение абразивных частиц в жидкости. После включения двигателя формируется поток испытательной среды, обеспечивающий перемешивание абразивных частиц, в результате чего отпадает необходимость в продолжении барботирования жидкости, находящейся внутри первого корпуса.

Аналогичным образом осуществляется подготовка к испытаниям и испытания пары трения при использовании в качестве испытательной среды смеси не растворимых друг в друге жидкостей, например воды и нефти. В этом случае перемешивание жидкостей до момента пуска двигателя осуществляется барботированием, а после пуска двигателя воздействие лопастей лопастного колеса на смесь жидкостей обеспечивает эффективное формирование эмульсии в процессе испытаний.

При необходимости исследования работы пары трения в жидкости с высоким содержанием свободного газа барботирование жидкости осуществляют и после пуска двигателя.

Следует отметить, что операция барботирования не является существенной при проведении испытаний, так как перемешивание жидкости может осуществляться и за счет воздействия на жидкость вращающегося рабочего колеса. Вместе с тем барботирование испытательной среды позволяет существенно сократить время стабилизации состава испытательной среды, поступающей к паре трения, что повышает достоверность проводимых испытаний.

В процессе проведения испытаний может быть осуществлен контроль температуры исследуемого образца с помощью термопары, установленной в обойме 5. Термопара может быть подключена к любой контрольно-измерительной аппаратуре, например, к регистратору, позволяющему отключать стенд при достижении температуры, предельно допустимой для условий эксплуатации узлов трения. Регистрация износа пар трения в процессе испытания может осуществляться непрерывно, например, с помощью рычажно-зубчатого индикатора, измерительный наконечник которого выставляется до касания торцевой поверхности штока 6, а на шкале индикатора устанавливается "0".

После завершения испытаний и выключения электродвигателя съемный второй корпус 14 демонтируют, после чего демонтируют пару трения. После смены испытуемых образцов на валу 1 в первом корпусе 7 и установки съемного корпуса 14 с валом 2 стенд снова готов к испытаниям. При необходимости смены испытательной среды производят слив жидкости через штуцер и промывку внутреннего объема корпуса 7.

Стенд обеспечивает быструю сменяемость испытуемых элементов пары трения при минимальных затратах труда и времени. Возможность использования сменных насадок (второго корпуса с различными лопастными колесами и направляющими аппаратами) обеспечивает простоту изменения режимов проведения испытаний. Возможность перемешивания испытательной среды путем барботирования до начала проведения испытаний обеспечивает высокую достоверность снятых характеристик.

Осуществление фиксации торцевыми поверхностями вторых концевых частей валов обеспечивает передачу вращательного движения от первого вала второму, уменьшает радиальное биение соединения, способствует более равномерному распределению нагрузки в сопряжении трущихся пар.

Из-за отсутствия в корпусе избыточного давления испытательной среды снижается скорость протечки испытательной среды в подшипники стенда, что существенно снижает износ узлов стенда в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования свойств радиальных пар трения, в частности радиальных подшипников валов скважинных центробежных насосов. Стенд для испытания радиальных пар трения содержит первый корпус, первый вал, первая концевая часть которого предназначена для соединения с приводом, а вторая концевая часть, расположенная внутри первого корпуса, предназначена для закрепления на ней внутреннего элемента радиальной пары трения. Внутри первого корпуса расположена обойма, предназначенная для закрепления в ней внешнего элемента радиальной пары трения. В стенке корпуса выполнено отверстие, на котором съемно закреплен второй корпус с обеспечением герметичности соединения первого и второго корпусов. Во втором корпусе установлен второй вал, на второй концевой части которого, расположенной внутри первого корпуса, закреплено лопастное колесо. Торцевые части вторых концевых частей первого и второго валов выполнены с возможностью передачи вращающего момента от первого вала ко второму. На втором корпусе закреплен направляющий аппарат, охватывающий лопастное колесо. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении достоверности снятых характеристик, обеспечении возможности быстрой установки и замены образцов, повышении надежности и долговечности стенда, обеспечении возможности проведения испытаний в условиях, наиболее приближенных к реальным условиям эксплуатации радиальных пар трения. Кроме того, изобретение позволяет производить испытания в любых многофазных средах без необходимости переналадки устройства и использования дополнительного оборудования. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Стенд для испытания радиальных пар трения, содержащий первый корпус, отличающийся тем, что в первой из двух противолежащих вертикальных стенок первого корпуса закреплен, с возможностью вращения, первый вал, первая концевая часть которого предназначена для соединения с приводом, предназначенным для приведения первого вала во вращение, а вторая концевая часть первого вала, расположенная внутри первого корпуса, предназначена для закрепления на ней внутреннего элемента радиальной пары трения, внутри первого корпуса расположена обойма, предназначенная для закрепления в ней внешнего элемента радиальной пары трения и соединенная со штоком, выступающим из верхней части корпуса, предназначенным для приложения к обойме радиальной силы, во второй из двух противолежащих вертикальных стенок корпуса выполнено отверстие, на котором съемно закреплен второй корпус, с обеспечением герметичности соединения первого и второго корпусов, причем во втором корпусе установлен, с возможностью вращения, второй вал, первая концевая часть которого расположена внутри второго корпуса, а на второй концевой части второго вала, расположенной внутри первого корпуса, закреплено лопастное колесо, торцевые части вторых концевых частей первого и второго валов выполнены с возможностью фиксации торцевых частей друг относительно друга в радиальном направлении и передачи вращающего момента от первого вала ко второму, на втором корпусе закреплен направляющий аппарат, охватывающий лопастное колесо и обеспечивающий направление на радиальную пару трения потока находящейся внутри первого корпуса испытательной среды, формируемого лопастным рабочим колесом при вращении второго вала. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что в нижней части первого корпуса выполнено отверстие, предназначенное для подачи газа внутрь корпуса. 3. Стенд по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что торцевая часть второй концевой части второго вала выполнена в виде конусной поверхности, с расположенным на ней выступом, а на взаимно соответствующей поверхности торцевой части второй концевой части первого вала выполнена прорезь, соответствующая по ширине указанному выступу. 4. Стенд по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен в виде кожуха, в котором выполнены отверстия, расположенные между плоскостью вращения лопастного колеса и вторым корпусом. 5. Стенд по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что кожух, со стороны обоймы, выполнен сужающимся от лопастного колеса к обойме. 6. Стенд по п.5, отличающийся тем, что между узкой частью кожуха и обоймой образован зазор.