用静压支承实现的大型转动构件偏心质量测量装置

　　转动构件通常要求质量分布均匀,使其在转动过程中不平衡力矩最小。但对大型的转动构件而言,纯粹的制造工艺措施很难保证质量平衡精度,因此必须 采用其它方法进行补偿,如大型的水轮机转子,质量达数百吨,而且造型结构复杂,未经质量补偿的转子存在较大的偏心质量。这种不平衡质量在实际运转过程中会 造成主轴偏磨,水导轴承摆度增大,并引起水轮机在运行过程中的振动,从而影响到转轮和水导轴承及主轴等部件的寿命。因此,在安装前必须对其偏心质量进行补 偿,而补偿的前提是首先要测出偏心质量。目前普遍采用静平衡测试法来测量转子的偏心质量并进行补偿,平衡装置可以分为立式和卧式两种[1],前者适合于轴 流式和混流式的水轮机转子,后者适合于冲击式的水轮机转轮。从支承形式来看,这两种平衡方法都是采用刚性支承,在支承处采用钢球与平板或导轨与滚轮的接触 形式。由于加工制造误差以及承重变形,这两种接触形式都不可能达到理论上点接触或线接触的效果,因此刚性支承的形式都存在较大的摩擦力,难以得到很高的平 衡精度。由上可见,支承系统的低摩擦性能是提高平衡系统灵敏度(也即提高平衡精度)的关键。静压支承就是一种很好的低摩擦的支承形式。

　　1　基于静压支承的平衡测量装置

　　1.1　静压支承的基本原理

　　静压支承的结构形式很多,基本原理见图1a。压力为ps的油液,通过进口阻尼器而产生压降,在油腔内形成压力pc,在pc的作用下,液流通过密 封带而产生泄漏流量,并在密封带内形成呈一定变化规律的压力场,见图1b。这个压力场和中心油腔内pc的压力场,共同产生一个液压作用力,用以支承外负载 力F,并在两个支承面间形成约为几微米间隙的油膜,从而将这一对支承面隔开,使两个支承面之间不产生刚性接触,这样,就可以使其摩擦力降至最低。

　　静压支承具有双重阻尼,即进口固定阻尼R1和支承面密封带可变间隙阻尼R2的串联组合,从液压桥路的观点来看,它相当于一个B型压半桥(图 1c)。当外负载力增大时,破坏了外负载与液体支承推力原有的平衡,支承面密封带处的油膜厚度便在外负载力的作用下而减小,使可变阻尼增大,泄漏流量变 小,固定阻尼器的压降也降低,在恒压供油的情况下,油腔内压力pc必定升高。这样就改变了油膜间的压力场,使油膜内的压力升高,液体支承推力也相应提高, 于是外负载力与支承推力在新的油膜厚度下达到新的平衡。由此可见,静压支承是一个具有压力反馈作用的闭环自动调节系统。静压支承的上下支承面,一般是图1 所示的两平板结构,在特殊场合也可以采用球面与球窝结构形式。