离心泵止推轴承磨损检测及磨损量测量装置solidworks三维设计
文献综述
摘要：本文简述了离心泵推力轴承磨损量测量的工程背景与研究意义，针对离心泵止推轴承的磨损测量，分别从轴承磨损试验研究和磨损量测量方法研究两方面出发，通过对前人的研究成果进行了归纳和总结，提出本课题的研究问题，并指出其主要工作。
关键词：离心泵；止推轴承；磨损量测量
Abstract: This paper briefly describes the engineering background and research significance of wear measurement of thrust bearings in centrifugal pumps. Aiming at the measurement of thrust bearings in centrifugal pumps, starting from the research of bearing wear test and wear measurement methods, this paper summarizes the previous research results, and puts forward the research problems of this subject, and points out its main work.
Keywords: Centrifugal pump；Thrust bearing；Wear measurement
1. 工程背景与研究意义
止推轴承的主要失效形式是磨损，由于磨损使轴承内部的游隙明显加大, 从而引起轴承支撑部位的振动和噪声增加，使机器的运行状态变差，常导致轴承不能正常工作, 使轴承在疲劳损坏前发生破坏[1]。离心泵的推力轴承工作面与透平涡轮端面之间由于性能的考虑，其轴向要求必须有一定的预紧力，加之离心泵透平涡轮在工作时对介质的离心加压作用，其轴向力是动态变化的。由于轴向力的存在，该端面之间不可避免会产生相应的磨擦副，进而导致止推轴承的磨损，使其承载性能随着离心泵运行时间的增加而降低，这反过来又会影响离心泵整体的使用效率。当止推轴承磨损量达到设计阈值，会引起离心泵透平涡轮等转动部件与导叶等静止部件发生剐蹭以及转轴偏心等严重故障[2,3]。另外，离心泵在较高的转速下，上述工作面将产生热能，而且轴向力越大，发热量就越大。若由于离心泵平衡管路内部流体介质不能有效通过该工作面，则将无法带走全部热量，该热量也会对推力轴承及透平涡轮同时造成热效应破坏[4-6]。同时，在较大的轴向力突变作用下（如启动、工况改变时等），特别是对于石墨推力轴承极易发生脆裂[7]。在实际工作中对离心泵止推轴承的磨损进行及时检测，在其未达到预期磨损量时及时更换止推轴承关键件，可以保证离心泵继续正常运行。因此，对设计一套满足工程使用误差的简易止推轴承磨损量测量装置具有一定的工程意义。特别地，该装置对于离心泵在实际工况下的磨损性能摸底试验对其止推轴承的磨损量测量具有现实使用价值。
2. 国内外相关研究现状
本文主要在以下两个方面分别进行文献回顾：一方面，主要从磨损量表示方法、磨损量测量方法、磨损量测量仪器和新技术进行论述；另一方面，主要针对不同产品的止推轴承磨损实验研究进行调研。
2.1 磨损量测量方法研究
在磨损量的测量方法上主要有1）称重法2）测长法3）微观轮廓法4）人工测量基准法5）化学分析法6）放射性同位素法7）运转特性改变法。磨损量表示方法包括1）线磨损2）质量磨损3）体积磨损4）磨损率5）磨损系数6）耐磨性系数。测量仪器和新技术方面包括采用数字图像测量、在位视觉检测、磨损专用装置检测、位移传感器测量加计算机实时数据处理。
范秋涛[8]等人在其研究中指出机件在机器运转时会发生接触，而这种相对运动会产生金属摩擦，这种摩擦会带来机件的磨损。例如，发动机的活塞环由于受磨损后尺寸的变化，致使活塞环开口间隙显著增大，结果引起发动机的功率不足，耗油量增加，产生噪音和振动等。降低工具和机器效率的一个主要原因是金属磨损，磨损也能引起机器准确率降低。
王长生和袁峰[9]在摩擦磨痕检测的新方法研究中指出快速准确的获取磨损量的变化、合理选用并试制新的耐磨材料和表面处理新工艺等都具有十分重要的意义。采用数字图像测量法对材料的磨损量进行测量及对其耐磨性进行评价不仅有效、可行，而且与传统的磨损量测量方法相比较，能实现磨痕的在线检测和磨损量的快速计算。
冯小琴[10]等人的主要成果是通过利用非接触检测原理，位移传感器加数据采集卡采集数据送入计算机处理。该系统由系统硬件和机械载体组成。检测时，记录每个固定距离的电压值，检测一段距离的钢轨。现场数据以规定的格式保存下来，当检测完毕后输人计算机系统用地面软件进行分析、处理，得出位移电压曲线变化图。
姜勇[11]在他的研究中指出对刀具磨损进行精确测量是研究精密微细加工工艺的重要内容，特别是精密微小型车铣过程中的刀具磨损检测。他的主要研究工作通过利用在位视觉检测系统检测车铣复合加工中立铣刀磨损量时，通过移动三维运动平台进行对焦，获得清晰刀具磨损区域图像，将图像数据输入计算机，在计算机测量软件中进行图像处理，识别刀具磨损区域，根据该放大倍率下的标定数值，测量出刀具的磨损面积和磨损宽度值，副后刀面与主后刀面检测，切换通过旋转台来完成。
洪鹤云[12]在针对一种矿井新型钻杆接头磨损设计了专用的检测装置，他指出由于常规测量工具结构较小，因此难以满足现场使用要求。对于这种现状他在综合考虑接触式测量和非接触式测量优缺点的基础上，设计出一种新型钻杆接头磨损检测装置。该系统采用 DY2000系列的数字显示仪表，读取数据方便，显示精度为0.01 mm。
2.2 轴承磨损试验研究
磨损使轴承内部的游隙明显加大，从而引起轴承支撑部位的振动和噪声增加，使机器的运行状态变差，常导致轴承不能正常工作，使轴承在疲劳损坏前发生破坏。因此对轴承投入生产前进行材料磨损实验研究是非常有必要的。
迟成芳[13]等人在研究关节轴承的磨损失效时，认为研究关节轴承的磨损寿命测试技术是一项非常重要的工作。从而设计出了检测设备，该轴承磨损试验机为二轴双向专用试验设备。轴承磨损试验机主要由主机、液压源、测量控制系统三部分组成。
柏耀星[14]等人在关节轴承磨损失效的研究中指出一些高速、高温、重载和精密等工况下工作的关节轴承，往往因其磨损导致整个设备的失效。关节轴承的主要失效形式是磨损，而磨损加剧关节轴承内、外圈配合间隙增大以及摩擦因数升高。会对机械本身造成影响。
李合[15]在他的研究中指出立式屏蔽泵由于其石墨轴承承受着包括电机转子、叶轮和主轴等部件的自重在内的全部轴向力，属于薄弱、易损坏部件。在检修现场，屏蔽泵停机检修等故障的发生，大部分是由于轴向力过大或石墨轴承磨损破坏引起的。
胡春燕[16]等人指出主燃油泵轴承对发动机的工作性能、寿命、各项经济指标及可靠性都有很大影响。
马骁雄[17]通过对原透平机组轴向力计算及推力轴承处受压面PV值计算，找出了原机组平衡水管路系统存在的问题，在改造接管的同时并对推力轴承也同时进行优化设计，大大提高了透平机组的稳定运行时间。
3. 研究问题的提出及主要工作
综上所述，对于止推轴承磨损的研究，大部分工作都是集中在实验室内的磨损试验机上完成材料试样的磨损性能研究，而对实际运行工况的轴承磨损研究较少。轴承磨损的实验室工况一般经过简化，并未能完全模拟止推轴承实际工况下的真实环境，因而得出的磨损性能结果准度和精度有时无法满足工程使用。
实际工作中对离心泵止推轴承的磨损进行及时检测，在其未达到预期磨损量时及时更换止推轴承关键件，可以保证离心泵继续正常运行。所以推力轴承磨损量的测量尤为重要。因此，本文研究的重点就是针对离心泵在实际工况下的磨损性能摸底试验，设计一套满足工程使用误差的简易止推轴承磨损量测量装置。拟开展的主要工作包括离心泵及止推轴承的选型、磨损量表示方法、磨损量测量方法和测量仪器的确定，并在此基础上完成测量装置的图纸设计。
参考文献
[1]J F Gulich. Centrifugal Pumps[M].Berlin Heidelberg:Spring-Verlag.2008
[2]关醒凡. 现代泵理论与设计[M].北京:中国宇航出版社.2011
[3]刁爱民,焦宇飞.燃油泵滑动轴承摩擦副材料试验研究[J].武 汉 理 工 大 学 学 报(交通科学与工程版)2018(12)
[4]华长权,寇东华,付石林,徐远中. 几种钢轨磨损检测方法和仪器的对比分析技术[J].技术与应 用.2012
[5]魏龙顾,伯勤,张鹏高.接触式密封端面磨损预测[J].南京工业大学学报(自然科学版).2012( 07)
[6]尹廷林,尹芳芳,赵国章.承磨损试验机的研制迟成芳[J].工程与实验.2008
[7]马庆春,徐珍,邓范君,马庆春.炭石墨止推轴承在潜水电机上的应用[J].碳素.2003 (03)
[8]范秋涛,翁榕,陈晓慧.金属磨损试验及测量方法[J].环境适应性和可靠性.2015(01)0048-04
[9]王长生,袁峰.摩擦磨损试验磨痕检测新方法的研究[J].制造业信息化.2009( 12)
[10]冯小琴,宋文爱,马锦红.铁轨磨损检测系统[J].研究与开发.2008( 10)
[11]姜勇.微小型车铣加工刀具磨损量检测方法研究[J].机械设计与制造工程.2017( 08)
[12]洪鹤云,温东,樊建春,张来斌,宋周成,秦宏德,龚建文.一种新型钻杆接头磨损检测装置的研制[J].石油机械.2007
[13]迟成芳,尹廷林,尹芳芳,赵国章.轴承磨损试验机的研制[J].工程与试验.2008(03)
[14]柏耀星,邱明,李迎春,闫佳飞.关节轴承磨损失效的研究现状及进展[J].现代制造工程.2014(0 3)
[15]李合,许洪元,张文达,罗闻.立式屏蔽泵的轴向力及石墨轴承耐磨性试验研究[J].农业工程学报.2004( 01)
[16]胡春燕,刘新灵,李莹.某发动机主燃油泵轴承失效分析[J].金属热原理.2011( 09)
[17]马骁雄.能量回收透平止推轴承频繁损坏的原因分析及解决办法[J].华北电力技术.2015
