转子油摩损耗测量装置及浸油电机转子油摩损耗分离方法

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种浸油电机转子油摩损耗分离方法。

背景技术

深地随钻测井系统、载人潜水器动力系统等极端探测设备都必须依靠电机系统为它们提供动力输出。然而由于这些设备都直接运行在高压强环境，电机内部都需要充油，以防止外部压力使电机损坏。不同于内部无填充介质的常规电机，浸油电机运行时除了产生铜耗、铁耗外，还会产生大量的油摩损耗。油摩损耗的增加对极端环境电机的温度变化影响明显，进而会影响电机工作状态和使用寿命。尽管目前已经有相关方法对浸油电机损耗进行抑制，但无法明晰各部分损耗的具体数值，尤其是油摩损耗作为流体损耗的一种在计算和测试中存在较大难度，如何准确分离电机转子结构中各个部分油摩损耗的大小，已经成为对浸油电机进行优化设计、提升充油电机性能的关键所在。

发明内容

本发明的目的是解决目前尚无浸油电机转子油摩损耗分离方法，无法实现对电机转子各部分油摩损耗大小进行准确测量的问题，提出一种转子油摩损耗测量装置及浸油电机转子油摩损耗分离方法。

本发明的方法不仅可以测量电机转子油摩损耗的大小，而且还可以实现转子柱体外圆柱面、转子柱体两侧端面、转子轴轴颈面以及轴承等各部分油摩损耗的分离。

测量组件可模拟电机转子工作环境，同时避免了因为电机其他损耗带来的油域温升变化的问题；驱动电机作为拖动装置将模拟转子拖动到相应转速，并分别测量驱动电机驱动不同结构模拟转子时输入的有功功率；驱动电机与模拟转子之间通过联轴器进行同轴连接。最终模拟转子结构差量带来的油摩损耗变化可由电机输入功率差值(有功功率之差)计算得出，进一步根据不同结构差量可对比分离出模拟转子各部分油摩损耗大小。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明的转子油摩损耗测量装置，包括测量组件、联轴器和驱动电机；测量组件包括机壳、模拟转子、两个端盖及两个轴承；模拟转子由转子轴及转子柱体组成；转子柱体固定套装在转子轴上，两个端盖可拆卸密封固定在机壳两端，模拟转子装在机壳内，两个轴承分别固定装配在相对应的端盖中心孔内，转子轴与两个轴承同轴装配，模拟转子与机壳、两个端盖以及两个轴承之间围成的区域为油域区，模拟转子与油域区相接触部分包括转子柱体外圆柱面、转子柱体两侧端面以及转子轴轴颈面；转子轴一端通过联轴器与驱动电机输出轴传动连接。

本发明的浸油电机转子油摩损耗分离方法，模拟转子油摩损耗包含转子柱体外圆柱面损耗、转子柱体两侧端面损耗、转子轴轴颈面损耗以及轴承损耗，其损耗分别用P

步骤一：将模拟转子记作结构一，转子柱体外圆柱面长度为l

步骤二：将步骤一的模拟转子的转子柱体外圆柱面长度减小Δl1，并将新结构记作结构二，将结构二的模拟转子按测量组件结构进行装配，装配好后，将结构二的模拟转子一端通过联轴器与驱动电机输出轴传动连接，并通过驱动电机将结构二的模拟转子拖动到额定转速，用功率分析仪测量驱动电机输入的有功功率，记为P

步骤三：将步骤一的模拟转子的转子柱体外圆柱面长度减小Δl2，并将新结构记作结构三，将结构三的模拟转子按测量组件结构进行装配，装配好后，将结构三的模拟转子一端通过联轴器与驱动电机输出轴传动连接，并通过驱动电机将结构三的模拟转子拖动到额定转速，用功率分析仪测量驱动电机输入的有功功率，记为P

步骤四：上述步骤一至步骤三的三次测量结果中，仅转子柱体外圆柱面和转子轴轴颈面长度发生变化，且变化量之和为0，因此模拟转子结构变化带来的驱动电机输入有功功率变化通过转子柱体单位外圆柱面损耗系数k

式(1)中，△P

根据式(1)即能求出转子柱体单位外圆柱面损耗系数k

步骤五：将步骤一的模拟转子的转子柱体外圆柱面长度l

步骤六：步骤一和步骤五两次测得的有功功率之差表示为：

ΔP

式(2)中，P

步骤七：根据步骤四求得的转子柱体单位外圆柱面损耗系数k

P

式(3)中，N选取0、1、2或3；

步骤八：改变驱动电机3转速执行上述步骤一至七，能够得到转子柱体外圆柱面、转子柱体两侧端面、转子轴轴颈面以及轴承油摩损耗与转速的关系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.所设计的转子油摩损耗测量装置解决了电机转子油摩损耗难以测量、转子各部分油摩损耗大小分离困难的问题，且操作简单、易于实现；

2.所提出的转子油摩损耗分离方法得出的结论可以有效验证相关油摩损耗算法的合理性和准确性；

3.通过该方法将电机转子各部分油摩损耗进行分离，可以明确电机转子结构中不同部分对油摩损耗的影响程度，为规划转子部分的油摩损耗分配、优化电机性能提供相关数据参考。

附图说明

图1是本发明的转子油摩损耗测量装置主剖视图；

图2是本发明的测量组件主剖视图。

上述附图中涉及的部件名称及附图标记如下：

测量组件1、机壳1-1、模拟转子1-2、转子轴1-2-1、转子柱体1-2-2、端盖1-3、轴承1-4、转子柱体外圆柱面1-5、转子柱体两侧端面1-6、转子轴轴颈面1-7、联轴器2、驱动电机3、油域区4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1-图2所示，本实施方式披露了一种转子油摩损耗测量装置，包括测量组件1、联轴器2和驱动电机3；测量组件1包括机壳1-1、模拟转子1-2(与实际被测电机转子尺寸相同)、两个端盖1-3及两个轴承1-4；模拟转子1-2由转子轴1-2-1及转子柱体1-2-2组成；转子柱体1-2-2固定套装在转子轴1-2-1上，两个端盖1-3(通过螺钉和密封垫)可拆卸密封固定在机壳1-1两端(使测量组件1内部充油获得良好密封)，模拟转子1-2装在机壳1-1内，两个轴承1-4分别固定装配在相对应的端盖1-3中心孔内，转子轴1-2-1与两个轴承1-4同轴装配，模拟转子1-2与机壳1-1、两个端盖1-3以及两个轴承1-4之间围成的区域为油域区4(油域区4充油，油域区4充油空间与实际被测电机保持一致)，模拟转子1-2与油域区4相接触部分包括转子柱体外圆柱面1-5、转子柱体两侧端面1-6以及转子轴轴颈面1-7；转子轴1-2-1一端通过联轴器2与驱动电机3输出轴传动连接(联轴器2和驱动电机3与模拟转子1-2同轴)。

模拟转子1-2与机壳1-1之间的间隙根据实际被测电机间隙大小确定。

具体实施方式二：如图1、图2所示，本实施方式是一种利用具体实施方式一所述的转子油摩损耗测量装置实现浸油电机转子油摩损耗分离方法，模拟转子1-2油摩损耗包含转子柱体外圆柱面1-5损耗、转子柱体两侧端面1-6损耗、转子轴轴颈面1-7损耗以及轴承损耗，其损耗分别用P

步骤一：将模拟转子1-2记作结构一，转子柱体外圆柱面1-5长度为l

步骤二：将步骤一的模拟转子1-2的转子柱体外圆柱面1-5长度减小Δl1，并将新结构记作结构二，将结构二的模拟转子1-2按测量组件1结构进行装配(模拟转子1-2的其余参数未改变，但转子柱体外圆柱面1-5长度变化会带来转子轴轴颈面1-7的变化)，装配好后，将结构二的模拟转子1-2一端通过联轴器2与驱动电机3输出轴传动连接，并通过驱动电机3将结构二的模拟转子1-2拖动到额定转速，用功率分析仪测量驱动电机3输入的有功功率，记为P

步骤三：将步骤一的模拟转子1-2的转子柱体外圆柱面1-5长度减小Δl2，并将新结构记作结构三，将结构三的模拟转子1-2按测量组件1结构进行装配(其余参数均未改变，解释与步骤二相同)，装配好后，将结构三的模拟转子1-2一端通过联轴器2与驱动电机3输出轴传动连接，并通过驱动电机3将结构三的模拟转子1-2拖动到额定转速，用功率分析仪测量驱动电机3输入的有功功率，记为P

步骤四：上述步骤一至步骤三的三次测量结果中，仅转子柱体外圆柱面1-5和转子轴轴颈面1-7长度发生变化，且变化量之和为0，因此模拟转子结构变化带来的驱动电机3输入有功功率变化通过转子柱体单位外圆柱面损耗系数k

式(1)中，△P

根据式(1)即能求出转子柱体单位外圆柱面损耗系数k

步骤五：将步骤一的模拟转子1-2的转子柱体外圆柱面1-5长度l

步骤六：步骤一和步骤五两次测得的有功功率之差表示为：

ΔP

式(2)中，P

步骤七：根据步骤四求得的转子柱体单位外圆柱面损耗系数k

P

式(3)中，N选取0、1、2或3；

步骤八：改变驱动电机3转速执行上述步骤一至七，能够得到转子柱体外圆柱面1-5、转子柱体两侧端面1-6、转子轴轴颈面1-7以及轴承油摩损耗与转速的关系。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。