磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置

摘要

本发明提供了一种磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置，包括通过联轴器依次连接的磁粉制动器、输出端测功仪、输出轴，通过联轴器依次连接的输入轴、输入端测功仪、变频高速电机，以及磁力耦合器、PIV测量仪、高速摄像头和三维磁场测量仪；输出轴、输入轴分别装在输出轴承座、输入轴承座上；磁力耦合器两端分别与输入轴、输出轴连接，磁力耦合器的隔套为透明材质制成，PIV测量仪设置在隔套外侧、且位于输出轴承座和外磁转子之间；高速摄像头设置能够拍摄到外磁筒刻度盘与内磁筒刻度盘的位置；三维磁场测量仪固定在外磁转子支架外侧。本发明能同时进行磁力耦合器的磁场强度、磁转角、内部流场及磁力耦合器传动效率的研究。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁力泵性能研究试验装置，具体涉及一种磁力泵液磁耦合相干特性及磁 力耦合器传动特性研究试验装置。

背景技术

磁力泵采用磁力耦合器传动力矩，使动密封变为静密封，彻底解决了输送介质的跑、冒、 滴、漏问题，广泛应用于化工、石油、食品、制药、印染、冶金等行业。然而磁力泵普遍存 在效率低下，传动性能不稳定等问题，随着高速磁力泵在军工、航空航天等关键领域的推广 应用，这些问题显得日益突出。磁场和液体介质物性相干、内磁转子液体力和磁场力相干是 高速磁力泵磁力传动广泛存在但一直被忽略的重要问题。展开对该问题的研究，为高速磁力 泵的优化设计奠定理论基础，有助于提高高速磁力泵的效率和稳定性。然而目前，在磁力泵 液磁耦合相干特性及传动特性研究方面缺乏相干试验研究装置。

发明内容

本发明的目的是针对在磁力泵液磁耦合相干特性及传动特性研究方面缺乏试验研究装置 的问题，提出了一种磁力泵液磁耦合相干特性及传动特性研究试验装置，能同时进行磁力耦 合器的磁场强度、磁转角、内部流场及磁力耦合器传动效率的研究。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置，包括通过联轴器依次连接的磁粉制动器、 输出端测功仪、输出轴，通过联轴器依次连接的输入轴、输入端测功仪、变频高速电机，以 及磁力耦合器、PIV测量仪(粒子图像测速仪)、高速摄像头和三维磁场测量仪；输出轴、输 入轴分别装在输出轴承座、输入轴承座上；所述磁力耦合器包括内磁转子支架、内磁钢、外 磁转子支架、外磁钢、隔套，外磁转子支架装在输入轴上，外磁钢镶嵌在外磁转子支架的内 壁上；内磁转子支架装在输出轴上，内磁钢镶嵌在内磁转子支架的外壁上；所述内磁转子支 架位于外磁转子支架内、且外磁钢与内磁钢的位置相对应；输出轴承座与内磁转子支架之间 设置机械密封盖和机械密封；所述外磁转子支架与内磁转子支架之间设有隔套，隔套固定在 输出轴承座上；所述隔套为透明材质制成，输出轴承座、机械密封盖、机械密封、隔套围成 充液腔，所述充液腔上设有充液管接头，所述外磁转子支架上设有外磁转子支架刻度盘，内 磁转子支架上设有内磁转子支架刻度盘，外磁转子支架刻度盘和内磁转子支架刻度盘沿轴向 错开；PIV测量仪设置在隔套外侧、且位于输出轴承座和外磁转子之间；高速摄像头设置能 够拍摄到外磁筒刻度盘与内磁筒刻度盘的位置；三维磁场测量仪固定在外磁转子支架外侧。

进一步的，所述充液管接头有两个，分别为设置在输出轴承座上部和下部的上充液管接 头和下充液管接头。

进一步的，所述磁粉制动器、输出端测功仪、输出轴承座、输入轴承座、输入端测功仪、 变频高速电机均固定在底座上。

进一步的，所述隔套通过独立法兰固定在输出轴承座上。

进一步的，内磁转子支架通过螺母固定在输出轴上。

进一步的，所述内磁钢和所述外磁钢的轴向截面为长度相等且沿轴向对齐的长方形，所 述内磁钢和所述外磁钢垂直轴向的截面为角度相等的扇形。

进一步的，所述内磁钢和所述外磁钢数量相同。

在上述解决方案中，通过在磁力耦合器的两侧分别设置输入轴承座和输出轴承座，使输 入轴和输出轴径向定位；分别在输入轴承座和输出轴承座的远离磁力耦合器侧设置输入端测 功仪和输出端测功仪，用于计算磁力耦合器消耗的功率，在输出端测功仪一侧设置磁粉制动 器用于改变输出端负荷大小；隔套材料采用透明材质，便于PIV测量仪测量充液腔内部液体 流场，输出轴承座上部和下部分别设有上充液管接头和下充液管接头用于使充液腔进液和排 液，高速摄像头用于测量磁转角，固定在外磁转子支架外侧的三维磁场测量仪用于测量磁力 耦合器附近空间的三维磁场分布。

本发明的有益效果是：为高速磁力泵提供了一种能同时进行磁力耦合器的磁场强度、磁 转角、内部流场及磁力耦合器传动效率研究的试验装置，有助于磁力泵液磁耦合相干特性及 传动特性研究。

附图说明

图1为本发明所述的磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置一实施例的结构图。

图2为图1中Ⅰ处局部放大图。

图中：

1-磁粉制动器，2-输出端测功仪，3-输出轴，4-输出轴承座，5-外磁转子支架，6-输入轴， 7-输入轴承座，8-输入端测功仪，9-变频高速电机，10-底座，11-上充液管接头，12-机械密封 盖，13-凸缘，14-独立法兰，15-PIV测量仪，16-高速摄像头，17-外磁钢，18-内磁钢，19-隔 套，20-下充液管接头，21-机械密封，22-内磁转子支架，23-螺母，24-三维磁场测量仪.

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于 此。

如图1和图2所示，本发明包括磁粉制动器1、输出端测功仪2、输出轴3、输出轴承座 4、磁力耦合器、输入轴6、输入轴承座7、输入端测功仪8、变频高速电机9、底座10、输 入轴6、输出轴3、独立法兰14，PIV测量仪15、高速摄像头16和三维磁场测量仪24。磁粉 制动器1、输出端测功仪2、输出轴3通过联轴器依次连接；输入轴6、输入端测功仪8、变 频高速电机9通过联轴器依次连接。输出轴3、输入轴6分别装在输出轴承座4、输入轴承座 7上。磁粉制动器1、输出端测功仪2、输出轴承座4、输入轴承座77、输入端测功仪8、变 频高速电机9均固定在底座10上。

所述磁力耦合器包括内磁转子支架22、内磁钢18、外磁转子支架5、外磁钢17、隔套 19。外磁转子支架5装在输入轴6上，外磁钢17镶嵌在外磁转子支架5的内壁上，构成外磁 转子。内磁转子支架22通过螺母23固定在输出轴3上，实现轴向定位，内磁钢18镶嵌在内 磁转子支架22的外壁上，构成内磁转子。所述内磁转子支架22位于外磁转子支架5内、且 外磁钢17与内磁钢18的位置相对应。所述内磁钢18和所述外磁钢17的轴向截面为长度相 等且沿轴向对齐的长方形，所述内磁钢18和所述外磁钢17垂直轴向的截面为角度相等的扇 形。所述内磁钢18和所述外磁钢17数量相同。输出轴承座4与内磁转子支架22之间设置机 械密封盖12和机械密封21；所述外磁转子支架5与内磁转子支架22之间设有隔套19，隔套 19固定在输出轴承座4上，所述隔套19为透明材质制成。具体地，所述隔套19上设有凸缘 13，通过独立法兰14将凸缘13固定在输出轴承座4上。输出轴承座4、机械密封盖12、机 械密封21、隔套19围成充液腔，所述充液腔上设有充液管接头。本实施例中，所述充液管 接头有两个，分别为设置在输出轴承座4上部和下部的上充液管接头11和下充液管接头20。 所述外磁转子支架5上设有外磁转子支架刻度盘，内磁转子支架22上设有内磁转子支架刻度 盘，外磁转子支架刻度盘和内磁转子支架刻度盘沿轴向错开。

PIV测量仪15设置在隔套19外侧、且位于输出轴承座4和外磁转子之间；高速摄像头 16设置能够拍摄到外磁筒刻度盘与内磁筒刻度盘的位置；三维磁场测量仪固定在外磁转子支 架5外侧。

试验台运行前，将下充液管接头20旋紧，将上充液管接头11旋下，将充液腔内灌满液 体，然后将上充液管接头11旋上拧紧；启动并调节PIV测量仪15、高速摄像头16和三维磁 场测量仪24和磁粉制动器1。

所述试验装置运行时，通过充液管接头向充液腔内充满液体，启动变频高速电机9，变 频高速电机9带动同轴的输入端测功仪8、输入轴6和外磁转子同步旋转，外磁转子通过磁 力吸引，带动内磁转子旋转，内磁转子带动输出轴3、磁粉制动器1和输出端测功仪2同步 旋转，输入端测功仪8和输出端测功仪2分别测得磁力耦合器输入端和输出端的功率和转速， PIV测量仪15测量并记录充液腔内部流场，高速摄像头16测得运转过程中磁转角大小，三 维磁场测量仪24测得运转过程中三维磁场变化情况，然后分别调整磁粉制动器1的功率和变 频高速电机9的转速，重复进行以上过程，从而获得在不同电机转速、不同负荷下磁力耦合 器磁场性能与充液腔内流场的相互影响规律，以及磁力耦合器输入端和输出端之间的功率传 递特性。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本 发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均 属于本发明的保护范围。