一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置及测量方法

摘要

本发明公开了一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置及测量方法。测量装置主要包括两组安装布置在双螺杆压缩机排气端的推力轴承两侧的应力传感器，一组应力传感器包括三个标准应力传感器，受力均匀，可实现稳定的测量和实时监测；三个标准应力传感器分别固定在支架上，以贯通孔进行安装和定位。测量装置采用双向测力设计，能够准确的测量轴向力的方向和大小，且不会对转子的运行产生干扰。

说明书

技术领域

本发明属于旋转机械轴向力监测与测量领域，具体涉及一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置及测量方法。

背景技术

随着通用机械设计技术及机械加工能力的飞速发展，双螺杆压缩机以其稳定、高效的工作特点被广泛应用于冶金、动力、石油化工、机电、食品加工等领域；而且因为这些特点，其应用范围随着新能源、环保等要求的提高越来越大，对其提出的要求也越来越高。因此双螺杆压缩机在受力、振动、噪声等方面的问题也受到了工程技术人员的越来越多的关注。在螺杆转子承受的各种力和力矩中，作用在转子上的轴向力影响最为重要。承受转子轴向力的轴承往往是影响压缩机可靠性的决定性因素。当转子轴向力较大时，通常在其上装设平衡活塞，以减小承受轴向力的轴承负荷。但是，在工程实际中，由于平衡活塞设计不当，可能导致平衡过度，出现反向轴向力；压缩机的低载位启动也有可能出现反向轴向力。因此，有必要对双螺杆压缩机的轴向力进行监测。双螺杆压缩机的轴向力测量是在推力轴承与排气端座间直接安装测力传感器来完成的。但由于螺杆压缩机结构紧凑，传感器在轴承腔内其安装空间非常有限，要求传感器本身尺寸必须足够小；另外，压缩机的轴承在工作过程中存在油润滑及摩擦生热，也直接影响传感器的性能。

现有针对旋转机械的轴向力测量的测力环，其应变计粘贴于受力面，用以感受测力环的轴向应变，但由于测力环变形量极小，使输出信号灵敏度极低，使用范围受限制；另外，因测力装置需要接近推力轴承，轴承腔中有大量的油，空间也十分狭小，造成测力环安装和工作极为困难，非常容易造成测力环损坏或测试不准确。而且一旦损坏，需要整体更换，导致压缩机监测及维护成本提高。

有报道采用托盘将标准应力传感器安装在推力轴承两侧，但托盘在测量轴向力过程中直接受力，导致托盘容易损坏，而托盘一旦损坏，则极易导致测量结果发生偏差，甚至无法测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置及测量方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置，该测量装置包括两个设置在双螺杆压缩机转子轴承腔内的应力传感器组件，每个应力传感器组件包括支架以及设置在支架上的多个贯通孔，每个贯通孔内设置有应力传感器，其中一个应力传感器组件的应力传感器与所述轴承腔的一侧内壁及设置于所述轴承腔内的推力轴承的同侧端面接触配合，另一个应力传感器组件的应力传感器与所述轴承腔的另一侧内壁及所述推力轴承的另一侧端面接触配合。

优选的，所述测量装置还包括设置在所述轴承腔内的压环及垫片；垫片设置于用于轴向定位所述推力轴承的压紧螺母的外侧(沿径向)，垫片的内端面与推力轴承的一侧端面相接触，垫片的外端面与其中一个应力传感器组件的应力传感器相接触，该应力传感器组件的支架设置在垫片的外端面上；压环的内端面与推力轴承的另一侧端面相接触，压环的外端面与另一个应力传感器组件的应力传感器相接触，该应力传感器组件的支架设置在压环的外端面上。

优选的，所述支架的与压环或垫片的外端面相背的一侧端面上设置有用于限制应力传感器引线走线方向的线槽。

优选的，所述支架采用环状盘体，所述贯通孔均匀排布在环状盘体上。

优选的，所述支架上设置有三个贯通孔，每个贯通孔内设置有一个标准应力传感器，其中一个贯通孔位于支架的引线引出位置，该位置与设置在所述轴承腔上的线路通道相对，其余两个贯通孔与所述引出位置之间的支架端面上分别设置有若干个线槽。

一种双螺杆压缩机，该压缩机的转子轴承腔内设置有两个应力传感器组件，所述轴承腔包括壳体以及设置在壳体一侧端面的轴封套，轴承腔内设置有推力轴承，推力轴承上支撑有贯穿轴承腔的双螺杆压缩机转子伸出轴，两个应力传感器组件在轴承腔内沿轴向设置，每个应力传感器组件包括支架以及设置在支架上的多个贯通孔，每个贯通孔内设置有应力传感器，其中一个应力传感器组件的应力传感器与轴封套及与轴封套相对的推力轴承的一侧端面接触配合，另一个应力传感器组件的应力传感器与推力轴承的另一侧端面及轴封套对侧的壳体内壁接触配合。

优选的，所述压缩机还包括设置在所述轴承腔内的压环及垫片；垫片设置于用于轴向定位所述推力轴承的压紧螺母的外侧(沿径向)，垫片的内端面与推力轴承的一侧端面相接触，垫片的外端面与其中一个应力传感器组件的应力传感器相接触，该应力传感器组件的支架设置在垫片的外端面上；压环的内端面与推力轴承的另一侧端面相接触，压环的外端面与另一个应力传感器组件的应力传感器相接触，该应力传感器组件的支架设置在压环的外端面上。

优选的，所述压环、垫片、两个支架及轴封套的侧面与壳体内壁之间留有环状间隙。

一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量方法，包括以下步骤：

1)在双螺杆压缩机的排气端推力轴承两端分别设置应力传感器组件，所述应力传感器组件包括支架以及设置在支架上的多个贯通孔，每个贯通孔内设置有应力传感器，支架固定于推力轴承外侧的轴承腔内，其中一个应力传感器组件的应力传感器与所述轴承腔的一侧内壁及推力轴承的同侧端面接触配合，另一个应力传感器组件的应力传感器与所述轴承腔的另一侧内壁及推力轴承的另一侧端面接触配合，应力传感器通过承受双螺杆压缩机相应方向的转子轴向力而产生变形；

2)将各支架上应力传感器的引线沿支架走行至引线引出位置后引出至外部信号采集设备，所述引出位置与设置在所述轴承腔上的线路通道相对；

3)双螺杆压缩机运行时，根据采集自应力传感器组件的应力传感器实时信号，得到推力轴承所受轴向力的大小，根据该应力传感器组件的设置位置，即可确定轴向力的方向。

优选的，所述步骤1)具体包括以下步骤：将两个支架分别装入所述轴承腔，并利用与推力轴承两端分别相连的压环和垫片布置在推力轴承的两侧，于两个支架上各布置三个标准应力传感器，利用支架上带有的贯通孔固定标准应力传感器位置；两组应力传感器组件的标准应力传感器通过压环、垫片与推力轴承外圈间接接触，并承受双螺杆压缩机运行时产生的转子轴向力而产生变形。

本发明的有益效果体现在：

本发明所述测量装置采用分体式结构，两组传感器通过带有贯通孔的支架分别设置在轴承腔内，不仅方便于狭小的轴承腔内定位和安装，而且不会对转子的运行产生干扰，使传感器的信号引线可以安全穿过测量受力面，减少轴承腔内油对引线的搅动，支架自身不受轴向力作用，可实现稳定的测量及实时监测，较现有一体式测量装置具有测量准确、不易因为安装损坏、安装位置准确的优点。本发明所述测量方法采用双向测力设计，通过两组应力传感器，不但能够准确测量出螺杆转子对推力轴承的轴向力的大小和方向，还能准确的控制轴承的预紧力，防止被测受力轴承松动。

本发明能够独立更换传感器；当其中部分传感器有损坏时，仅需要更换该损坏的传感器即可，节约了维修时间和维修费用，可根据不同的安装空间，选择不同直径的应力传感器组件，从而可以覆盖全部的螺杆压缩机范围，满足多种不同型号的压缩机的测量需要。

进一步的，通过采用标准的应力传感器，测量范围宽广，更换不同量程的传感器，可以提高测量精度。

进一步的，通过设置在支架上的线槽，使传感器的引线可以可靠的沿支架一侧端面上由传感器分隔出的空间走行，彻底解决了引线在轴承腔内油的搅动下不稳定所造成的传感器损坏的问题。

进一步的，通过设置在支架上的多个(例如3个)传感器提供稳定支撑，确保传感器引线安全的引出的同时，使同一组件上各传感器所在环面的受力尽可能均匀。

附图说明

图1为双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置示意图；

图2为双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置的剖面工程图；

图3为支架上应力传感器及其引线走线布置主视图；

图4为支架上应力传感器及其引线走线布置侧视图；

图中：1-轴；2-壳体；3-支架；4-应力传感器；5-压环；6-推力轴承；7-压紧螺母；8-垫片；9-轴封套；10-盖板；11-引线；12-线槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1及图2，本发明所述双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置，包括两个设置在双螺杆压缩机排气座的轴承腔内的应力传感器组件，轴承腔包括壳体2以及设置于壳体一端的轴封套9，轴承腔内安装推力轴承6，转子伸出轴1套于推力轴承6内。应力传感器组件包括支架3以及布置在支架3上的标准应力传感器4，支架3整体为环状结构，以便沿压缩机转子轴向安装和定位(即图1中所示转子伸出轴1贯穿应力传感器组件)，支架3固定在轴承腔内。具体地，其中一个应力传感器组件还包括垫片8，垫片8安装位置与防止推力轴承6轴向窜动的压紧螺母7重合，垫片8的内圈环绕于压紧螺母7外侧，垫片8的左端与推力轴承6的右端面接触并紧固在一起，垫片8的左端与一个支架3固定，该支架3上布置的标准应力传感器4贯穿其在支架3上的安装位置，使标准应力传感器4分别与垫片8和轴封套9接触，从而确保支架3不受轴向力作用。另一个应力传感器组件还包括压环5，压环5的右端与推力轴承6的左端面接触并紧固在一起，压环5的左端与另个一支架3固定，该支架3上布置的标准应力传感器4贯穿其在支架3上的安装位置，使标准应力传感器4分别与压环5和轴封套9对侧的壳体2内壁接触，从而确保支架3不受轴向力作用。另外，压环5、垫片8、两个支架3、轴封套9(通过轴封套施加对推力轴承的预紧力)的侧面以及位于轴封套9外侧的盖板10的侧面均不与壳体2内壁接触，从而形成了位于壳体2轴向侧内壁处的环状间隙(盖板的端面用于密封环状间隙)，扩大了轴承腔内油的布置空间，降低了油对于标准应力传感器4的干扰、损坏。

参见图3及图4，两个支架3上开设有沿周向均匀分布的贯通孔，每个孔内安装一个标准应力传感器4。以具有三个贯通孔的支架为例，其中一个贯通孔位于传感线引线11(例如信号线)引出位置，其余两个贯通孔与所述引出位置之间的支架端面上分别设置有若干个(例如2个)线槽12，应力传感器向外凸出于支架一侧端面之外，从而形成了走线空间，可以使安装在这两个贯通孔的标准应力传感器的引线11沿着支架走行至所述引出位置，并与安装在所述引出位置处贯通孔的标准应力传感器的引线一起引出至支架3外，引出后经过壳体2上的线路通道连接至外部的传感器信号采集设备(例如计算机)上。

参见图1及图2，测量前，将两个支架3分别利用压环5和垫片8装入双螺杆压缩机排气座的轴承腔，并布置在推力轴承6的两侧，于两个支架3上各均匀布置三个标准应力传感器4，利用支架3上带有的贯通孔固定标准应力传感器4位置，利用支架3上带有的线槽12，使多个传感器的引线11由一侧安全的穿过测量受力面，每个支架3上的三个标准应力传感器4组成三点支撑结构，使支撑稳定；左、右两组测力元件(即应力传感器组件)的传感器通过压环5、垫片8与双螺杆压缩机阳转子排气端的伸出轴1上的推力轴承6外圈间接接触(内圈与压紧螺母7接触)，承受双螺杆压缩机运行时产生的转子轴向力而产生变形，从而测取推力轴承6所受力的方向与大小，即测得轴向力的方向与大小。

基于上述测量装置，本发明提出了一种双螺杆压缩机的转子轴向力的测量方法，包括以下步骤：应力传感器组件对双螺杆压缩机产生的轴向力进行实时监测，当产生轴向力且轴向力方向为由排气侧指向吸气测时，安装在左侧的应力传感器组件的传感器受到双螺杆压缩机运行时产生的转子轴向力而产生变形，产生的变形越大则螺杆压缩机运行时产生的由排气侧指向吸气测的转子轴向力越大，从而测得推力轴承所受力的大小与方向，即轴向力的方向与大小。当转子轴向力较大时，通常在其上装设平衡活塞，以减小承受轴向力的轴承负荷。但是，在工程实际中，由于平衡活塞设计不当，可能导致平衡过头，出现反向轴向力；压缩机的低载位启动也有可能出现反向轴向力，此时安装在右侧的应力传感器组件的传感器因受到反向轴向力而产生变形，从而测得推力轴承所受的反向轴向力的大小。从而可对双螺杆压缩机产生的轴向力的大小和方向进行实时监测。

本发明提出的双螺杆压缩机的转子轴向力的测量装置，其特点如下：

1)应力传感器固定于支架上，能够独立更换传感器，方便定位和安装。根据不同的安装空间，可以选择不同直径的应力传感器组件，因此可以覆盖全部的双螺杆压缩机范围。且工作可靠，无需订制传感器，通用性好。

2)推力轴承前后布置两组应力传感器，通过前后两组应力传感器实现双向测力设计，不但能够准确测量出轴向力的大小和方向，还能准确的控制轴承的预紧力，防止被测受力轴承松动。

3)采用标准的测力传感器，单个量程大(外形尺寸相同)，单个量程可达50～1500kg，测量范围广。根据不同型号的压缩机，可以更换不同量程的传感器，提高测量精度。

4)三个测力传感器支撑稳定，当其中一个传感器有损坏时，仅需要更换该传感器即可，不影响其余传感器，大大节约了维修时间和维修费用，可实现稳定的测量或者实时监测。

5)带有贯通孔的支架，可在完成三点支撑的同时，使支架在测量中不受力，不易损坏，提高测量的稳定性，对支架的选材要求降低。多个传感器的信号引线可以安全的穿过测量受力面，确保信号线安全的引出，彻底的解决引线在油的搅动下不稳定及受力造成的传感器损坏，且测量时允许油滴穿过支架。

6)可带电装配，装配后检查传感器读数，防止意外损坏传感器。

7)如果传感器损坏，可以及时发现并更换。

总之，本发明中的轴向力测量装置采用分体式结构，能够独立更换应力传感器，解决一体式测量装置损坏无法维修、更换缓慢的问题。传感器固定于具有贯通孔的支架上，结构紧凑，方便于狭小的空间内定位和安装，不仅解决了引线在油的搅动下不稳定造成的传感器损坏，而且提高了组件的稳定性。采用标准的测力单元，测量范围非常宽广，与现有的一体式测力装置相比，本发明具有安装方便、工作可靠、无需订制传感器、通用性好、双向测力、测量准确以及不影响压缩机工作等优点，实现双螺杆压缩机的转子轴向力稳定的测量及实时监测。