无座叶轮式水力测功装置的制作方法

本发明属于柴油机试验测试，尤其是涉及无座叶轮式水力测功装置。

背景技术：

1、在旋转动力机械装置功率测量研究领域中，水力测功器因其结构相对简单，可靠性高、功率测量范围广、制造及维护成本低等优点，已成为当前主流机械功率测试设备之一，被广泛应用于柴油机、汽油机、变速箱等动力装置台架试验场景。

2、发明专利一种无座式水力测功器（申请公布号cn 117968906）其结构形式是无座光盘或孔盘式水力测功器，其主要优点是支持无基座测量功率、具有高转速的同时具有极小转动惯量、符合小型高速动力机的测试要求等，但是在相同功率测量条件下，与叶轮式水力测功器相比，其质量更重、体积及转动惯量更大。

3、实用新型专利一种新型的高功率密度水力测功器（授权公布号cn 211121713 u）其结构形式是基座式双叶轮水力测功器，具有通过合理设计增强轴系密封、在大扭矩状态下的增强抗振能力与抗气蚀能力等优点，尽管在相同测量能力下，叶轮式水力测功器与孔盘和光盘式水力测功器相比，质量、体积与转动惯量相对较小，可是叶轮式水力测功器安装固定方式采用基座式，扭矩测量采用力臂与拉压力传感器组合方式，增加了测功器体积与重量。

4、发明专利一种水力测功器及测量动力机械功率的方法（申请公布号cn 117490894a）的功率测量方法是利用转速传感器与力传感器测量计算而得，其优点是设备投资费用低、测试精度满足国家标准要求等，但是其测量结构包含力臂与基座等，增加了体积与重量。

5、综上：针对中大功率装甲车用柴油机外场试验便携移动试验需求，当前水力测功器存在总重量及总体积大的现象，所以，在相同测量能力条件下，需要进一步开展降低测功装置的质量与体积工作，以适用于中大功率装甲车用柴油机外场试验便携移动需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出无座叶轮式水力测功装置，在相同测量条件下，相较于叶轮式，孔盘式质量更重，体积更大，与有基座叶轮式水力测功器相比，本发明旨在使测功装置质量下降，体积下降、转动惯量下降，实现便捷性与灵活性最大化。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、无座叶轮式水力测功装置，包括最简测功组件、新功率测量组件、可调转动惯量零件和测功装置壳体连接零件；

4、所述最简测功组件与所述新功率测量组件连接，用于实现动力的加载与测量；

5、所述可调转动惯量零件设置于所述最简测功组件内部，用于调节装置的总转动惯量；

6、测功装置壳体连接零件设置于最简测功组件外侧，用于将柴油机与测功装置壳体刚性连接；

7、最简测功组件的轴系连接至柴油机的输出端，由柴油机带动最简测功组件的转动，实现对柴油机机械功率吸收，并转化为水的热能。

8、进一步的，所述最简测功组件包括轴系、转子定子结构、进排水及密封结构和附件；所述轴系贯穿所述转子定子结构的中心，并与所述新功率测量组件连接；进排水及密封结构用于完成最简测功组件进水和排水的功能。

9、进一步的，所述轴系包括主轴、连轴端花键、平键，以及相对主轴中心对称设置的两个甩水盘、两个一号轴套、两个二号轴套、两个轴承和两个轴端锁紧螺母；

10、所述连轴端花键设置于所述主轴的一端，用于连接外部动力输入；所述平键连接所述主轴与转子定子结构的转子，用于传递扭矩；轴端锁紧螺母分别固定于主轴两端，对所有旋转零部件进行轴向定位及锁紧；轴承采用渗沟球轴承，仅承受径向力，支撑转子转动；

11、一号轴套与主轴采用过盈配合，加热后安装，甩水盘对轴承起限位作用；

12、二号轴套与主轴采用过盈配合，加热后安装，对甩水盘和转子起限位作用；

13、转子设置在主轴的轴肩和其中一个二号轴套之间，另一个二号轴套设置在轴肩的另一面；转子与主轴通过平键连接，实现转速和扭矩的有效传递。

14、进一步的，转子定子结构包括含水腔、转子和定子；其中转子与定子的数量是一组或两组，一组转子是指分体或合体的双面叶轮结构，一组定子是指两个单面叶轮，分别位于一组转子的前、后或左、右两侧；两组转子同理。

15、进一步的，进排水及密封结构包括进水孔、环形水道、定子进水孔、定子侧回型轴封、主轴侧回型密封、一号排水孔、二号排水孔、呼吸孔和三号排水孔。

16、环形水道设置在定子上，呈环状形式，便于向定子叶轮供水；定子进水孔是环状形式，通过环形水道供水，将水引流至转子与定子间隙处；

17、定子侧回型轴封设置在定子上，主轴侧回型密封设置在甩水盘上，二者采用迷宫密封形式，通过多次变向增加流动阻力，降低流速与压力；

18、一号排水孔位于轴承与甩水盘之间水腔，排除此水腔水，防止轴承进水锈蚀；

19、二号排水孔位于定子与甩水盘之间水腔，排除此水腔水，防止轴承进水锈蚀；

20、呼吸孔位子定子处，将转子与定子处水腔与外部大气相连，并起排气作用；

21、排水孔用于将经转子与定子相互作用升温的热水流出至测功装置外。

22、进一步的，附件包含轴承端盖、轴承端盖螺栓、轴承外圈定位环、防护罩、编码器、转速传递轴；

23、轴承端盖通过轴承端盖螺栓安装至定子；能够对轴承加注润滑脂，并防止润滑脂飞溅；

24、轴承外圈定位环固定于定子侧，对轴承经行轴向限位；防护罩安装至轴承端盖，且其上设置编码器，所述编码器用于测量主轴转速。

25、进一步的，新功率测量组件包含进水管、进水体积流量计、进水温度传感器、出水管、出水温度传感器及编码器，柴油机转速通过编码器测取，柴油机功率通过测量进水体积流量、进水温度及出水温度，通过公式计算而得，式中是由进水体积流量计测得，式中是由出水温度25减进水温度计算间接获得进回水温差。扭矩通过公式而得，式中是由编码器测得，最终实现稳态工况下柴油机转速、扭矩和功率测量。

26、进一步的，可调转动惯量零件是指调节无座叶轮式水力测功装置转动惯量大小；具体方法是在无座叶轮式水力测功装置的基本转动惯量的基础上，增加可调转动惯量部分，实现无座叶轮式水力测功装置总转动惯量调节。

27、进一步的，柴油机飞轮壳体与测功装置壳体连接零件，采用前后变径结构形式，一端面与无座式水力测功器装置外壳通过螺栓刚性连接固定，依靠面接触抗扭转，另一端面与柴油机飞轮端面通过螺栓刚性连接固定，依靠面接触抗扭转。

28、相对于现有技术，本发明所述的一种无座叶轮式水力测功装置具有以下优势：

29、（1）本发明所述的一种无座叶轮式水力测功装置，结构最简，与基座叶轮式水力测功器相比，减少轴承支座、出水槽基座、测量和校准力臂及拉压力传感器，从结构设计方面减少零部件数量；与无座光盘或孔盘式水力测功器相比，不但减少轴承支座、出水槽基座、测量和校准力臂及拉压力传感器，而且转子采用叶轮式而非光盘或孔盘式，提高转子与定子作用效率，减少转子旋转半径，降低转子的质量与转动惯量，实现降低总体质量与总体体积目标，具体表现为：在某一相同测量功率条件下，质量由650kg下降至300kg，质量下降53.8%，最大外圆直径由450mm下降至430mm，轴长由880mm，下降至532mm，最大外轮廓体积下降44.8%。

30、（2）本发明所述的一种无座叶轮式水力测功装置，增加动态响应特性，在不配置可调转动惯量零件时，在某一相同测量功率条件下，转动惯量由1.2kg﹒m2下降至0.32kg﹒m2，转动惯量下降73.6%，提高了动态响应特性。

31、（3）本发明所述的一种无座叶轮式水力测功装置，同时考虑测功装置测量功率与转动惯量与柴油机匹配，需满足

i柴油机:

i总=5:1至10:1与p柴油机额定功率≤0.8·p测功器测量功率设计要求，不仅设计最简测功组件，满足功率匹配要求，而且增加设计可调转动惯量零件，使无座叶轮式水力测功器转动惯量可向上增加，尽可能多的匹配多款装甲车用中大功率柴油机。

32、（4）本发明所述的一种无座叶轮式水力测功装置，功率测量方式与基座叶轮式水力测功器、无座光盘或孔盘式水力测功器相比，测量方式采用编码器、体积流量计及温度传感器，而非传统的转速传感器与拉压力传感器组合形式，尽管受温度传导速度和部分散热影响，牺牲了部分功率测量精度及动态工况测量能力，但是其是实现便携移动的主要手段之一，同时在稳态工况情况下，采用两种方法同时测量某一动力机械功率，共计测量38个工况点，统计两种测量方式数值差异，发现新功率测量方法与传统方法相比平均数值差异为2.01%。

33、（5）本发明所述的一种无座叶轮式水力测功装置，在相同测量能力条件下，与基座叶轮式、无座光盘式、无座孔盘式水力测功器相比、无座叶轮式测功装置降低了总体质量、体积及转动惯量，满足了装甲车辆用中大功率柴油机外场试验便携移动需求。