文档介绍：1 绪论

大型旋转机械在运行中由于轴向力过大引起的止推轴承烧毁和断轴等故障频繁发生。目前,国内外解决这一问题的唯一办法是在设计机器时采用增大平衡盘,将大部分轴向力平衡掉,剩余部分由止推轴承承担。由于各种轴向力计算方法都要作许多假设,与实际工况相差较大,设计值、计算值与实际偏离较多,尤其在高速压缩机中,常常发生剩余轴向力超过止推轴承的承载能力。导致烧瓦以及密封、隔板的破坏,造成严重的损伤事故。而且平衡盘不能平衡掉由各种故障(诸如气流冲击、蒸汽节流和喘振等)引起的脉动轴向力。
解决这一问题更为有效的办法就是实时在线监测轴向力,作为超限报警和联锁停机的重要指标,并通过主动控制的办法将其控制在合适的范围之内。这对于维护机器稳定运行、减小功率损耗、提高瓦块使用寿命、防止灾难性事故发生,使企业避免蒙受巨大经济损失具有重要意义。
作用在止推轴承上的轴向力并不是固定不变的,随着机器操作工况的变动、级间或段间密封间隙的变化以及各级叶轮与隔板之间的间隙制造误差或装配误差等因素,均会引起轴向力的变化。因此仅仅通过计算得出的轴向力反映不出这些因素对轴向力的影响。动态轴向力是由于流体的压力脉动、气流冲击以及机械力的周期性作用引起的。这些脉动的力作用在转子上,通过转子的止推盘传递到瓦块和瓦座上,在瓦座上安装测力元件,就能测量到静态力和动态力的变化。
对动态力进行信号分析比取振动信号分析更为直接,不需要考虑与系统质量、阻尼和频率有关的传递特性。此外,从测力角度上分析信号、判别故障还有它的许多独特的优点。

通常在测量或计算某被测物所受的轴向力,非常简单;但若精确并实时地测量机械设备中的某零件运行时所受的轴向力,问题就复杂了。提出了简便精确的动态方法,对相关的工程设计有很强的指导意义。旋转机械轴向力是轴的刚度校核、推力轴承选择的重要依据,由于工况复杂有些机械轴向力往往无法计算,只能通过测量方法获得。该题目要求了解转轴轴向力测量方法,设计简单可行轴向力测量装置,设计中要进行必要的设计计算。根据实际情况,可加工设计的应变环,然后粘贴应变片,进行转轴轴力测量实验。
工程设计中,常需随时精确地测出现场机械设备中正在运行的某零部件所承受的轴向力。本课题动态测量要求达到以下目的:(1)被测物是正在运行的机械设备中的某一零部件;(2)在力不断变化时,要随时测量出具体值;(3)测量值要保证一定的精确度。
双螺杆磨浆机是造纸工业中一种新型的磨浆设备。螺杆的轴向力是该设备设计的重要参数,目前尚无有效计算方法。设计了采用推力轴承和测力环的双螺杆磨浆机轴向推力测量装置,其特点是相间干扰小,结构紧凑、简单;并应用弹性力学方法对测力环参数进行了计算,分析表明减小测力环支撑板横截面积或选用弹性模量较小的钢材有利于增加灵敏度。测量装置的标定实验表明, 测力环灵敏度较高,重复性较好。该测量装置用于双螺杆磨浆机轴向推力的测量,取得了良好的效果。
转轴的轴向力的测量有两个关键问题,一是传感器的选择,传感器应尽量结构简单、紧凑,并且灵敏度高;二是测量信号的引出,由于是旋转的轴,需要把旋转的测量信号传递到非转动的引线,以便于连接信号放大处理仪器。双螺杆磨浆机是一种新型磨浆设备,具有设备结构简单、磨浆质量好、能耗低、用水量少和减少排污等特性,具有广阔的应用前景,但由于物料在整个磨浆过程中的形态变化和运动情况复杂,目前,双螺杆磨浆机的、轴向推力(轴向力方向指向传动箱方向,与物料流动方向相反)无有效的计算方法,主电动机的选择只能根据经验或者实验方法,轴承寿命无法计算,,原材料进入机筒后将受到双螺杆的挤压、剪切、揉搓和分丝作用,同时物料会给机筒和螺杆施加反作用力,一方面使机筒内产生很高的压力,,双螺杆磨浆机螺杆扭矩、轴向推力和机筒压力的测量和研究,对于了解螺杆几何参数和结构对其力学性能的影响规律、对于电机功率和螺杆轴承的合理选择、对于双螺杆磨浆机挤压模型的研究等都是很有意义的。
2轴向力的测量原理

在一系列工程实际问题中,人们经常会遭到各种类型的冲击载荷材料在冲击载荷下的力学性能与准静态载荷下的力学性能有明显区别。因此,研究准静态载荷下的材料力学性能已远远不能适应工业、国防等方面的需要研究材料在冲击载荷下的力学性能,动态力。
目前已有如下测量方法:
(1)电容器法,由于受到安装位置的限制,仅适用于测杆端的位移,目前已很少采用;
(2)速度计法,主要是根据电磁感应原理测量压杆表面的质点速度,由于技术上的问题较多,该方法尚未普及;
(3)衍射光栅法,它要在试件上刻蚀条以上的光栅,并需配备等待式高速摄影机,难度