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    重庆时时彩乐天国际: 水轮机转轮三支点称重式静平衡装置及静平衡工艺.pdf

    关 键 词:
    水轮机 转轮 支点 称重 平衡 装置 工艺
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110262941.9

    申请日:

    2011.09.06

    公开号:

    CN102359848A

    公开日:

    2012.02.22

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 专利权的视为放弃IPC(主分类):G01M 1/12放弃生效日:20120222|||实质审查的生效IPC(主分类):G01M 1/12申请日:20110906|||公开
    IPC分类号: G01M1/12; G01M1/32 主分类号: G01M1/12
    申请人: 上海福伊特水电设备有限公司
    发明人: 陈建平
    地址: 200240 上海市闵行区江川路555号
    优先权:
    专利代理机构: 上海光华专利事务所 31219 代理人: 雷绍宁
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110262941.9

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.04.02|||2012.04.04|||2012.02.22

    法律状态类型:

    专利权的视为放弃|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种水轮机转轮三支点称重式静平衡装置,包括均匀设在转轮底部的三个压力传感器,所述三个压力传感器位于同一均布节圆上,所述任意相邻两个压力传感器之间的夹角为120度,所述三个压力传感器的均布节圆圆心位于转轮的中心线上,所述三个压力传感器支撑于一平衡座上,所述平衡座通过调整垫铁支撑于地面平台上,所述地面平台上还设有将转轮升起的同步顶升机构。本发明还提供了相应的水轮机三支点称重式静平衡工艺,本发明的装置结构简单、安装方便、通用性高,本发明的工艺方法操作方便、精度高。

    权利要求书

    1: 一种水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其特征是 : 包括均匀设在转轮 (1) 底部 的三个压力传感器 (A、 B、 C), 所述三个压力传感器 (A、 B、 C) 位于同一均布节圆上, 所述任意 相邻两个压力传感器 (A、 B、 C) 之间的夹角为 120 度, 所述三个压力传感器 (A、 B、 C) 的均布 节圆圆心位于转轮 (1) 的中心线上, 所述三个压力传感器 (3) 支撑于一平衡座 (4) 上, 所述 平衡座 (4) 通过调整垫铁 (5) 支撑于地面平台 (6) 上, 所述地面平台 (6) 上还设有将转轮 升起的同步顶升机构。
    2: 根据权利要求 1 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其特征是 : 所述同步 顶升机构包括位移传感器和液压千斤顶 (8), 沿平衡座 (4) 四周等间距分布的四个支撑座 (9) 上均设有所述位移传感器和液压千斤顶 (8), 所述四个支撑座 (9) 均设于地面平台 (6) 上。
    3: 根据权利要求 1 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其特征是 : 所述每个 压力传感器 (A、 B、 C) 和平衡座 (4) 之间均设有等高垫铁 (10)。
    4: 根据权利要求 1 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其特征是 : 所述转轮 为混流式水轮机转轮, 所述转轮上冠 (11) 中心孔处固定有圆盘状平衡板 (2), 所述平衡板 (2) 通过拉板 (13) 和螺栓 (14) 固定, 所述三个压力传感器 (A、 B、 C) 设于所述平衡板 (2) 底部。
    5: 根据权利要求 4 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其特征是 : 所述平衡 板 (2) 和平衡座 (4) 之间还设有多个转轮垫高块 (12)。
    6: 根据权利要求 1 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其特征是 : 所述转轮 为轴流转桨式水轮机转轮, 所述三个压力传感器 (A、 B、 C) 均设于转轮底部平面上。
    7: 一种水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 其特征是包括以下步骤 : ( 一 ) 安装权利要求 1 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其包括 : 1) 安放平衡座 (4) 于地面平台 (6) 上, 并通过调整垫铁 (5) 调水平, 安装同步顶升机构 于地面平台 (6) 上, 使得转轮 (1) 重量能均匀分布在同步顶升机构上 ; 2) 吊装转轮 (1) 于平衡座 (4) 上, 并用同步顶升机构将转轮 (1) 升起, 使得转轮完全承 重在同步顶升机构上 ; 3) 安装压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 于转轮 (1) 底部、 并位于同一均布节 圆上, 并且均布节圆圆心位于转轮 (1) 的中心线上, 压力传感器 A 装在 Y 轴方向上, 压力传 感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 之间两两夹角为 120° ; ( 二 ) 进行转轮粗平衡 : 1) 利用同步顶升机构使整个转轮 (1) 下降承重于压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传 感器 C 上 ; 2) 检查并调整转轮 (1) 水平, 然后转轮 (1) 升起, 使压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力 传感器 C 归零位 ; 3) 转轮 (1) 再次下降承重于压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 上, 记录压力传 感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 读数分别为 FA、 FB、 FC, 作为第一组数据 ; 4) 分别依次重复步骤 2)、 3) 两次, 再记录两组数据, 总共记录三组数据 ; 5) 将压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 位置绕平衡板中心旋转 180°, 重复步 骤 2)、 3) 和 4), 再记录三组数据 ; 2 ( 三 ) 计算转轮配重力 F 的大小和转轮配重的位置与 X 轴的夹角 a ; 以上各式中 : FA- 压力传感器 A 的读数 ; FB- 压力传感器 B 的读数 ; FC- 压力传感器 C 的读数 ; R- 三个压力传感器所确定的均布节圆的半径 ; L- 转轮配重的位置距离转轮中心线的距离 ; F- 转轮配重力 ; a- 转轮配重的位置与 X 轴的夹角 ; ( 四 ) 利用步骤 ( 三 ) 中得出的计算结果, 进行转轮 (1) 的偏心配车配重或者加配重块 配重 ; ( 五 ) 进行转轮 (1) 精平衡, 工艺过程和计算方法分别同步骤 ( 二 )、 步骤 ( 三 ) 中转 轮粗平衡。
    8: 根据权利要求 7 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 其特征是 : 在步骤 ( 一 ) 的 1) 中, 所述同步顶升机构包括液压千斤顶 (8) 和位移传感器, 在地面平台 (6) 上安 装四个支撑座 (9), 所述四个支撑座 (9) 等间距分布在平衡座 (4) 四周, 每个支撑座 (9) 上 均设有所述液压千斤顶 (8) 和位移传感器。
    9: 根据权利要求 7 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 其特征是 : 所述转轮 为混流式水轮机转轮, 还包括在步骤 ( 一 ) 的 1) 之后安装平衡板 (2) 于转轮上冠 (11) 中 心孔上, 并固定牢靠, 并且步骤 ( 一 ) 的 3) 中, 所述压力传感器 A、 压力传感器 B 和压力传感 器 C 是安装在平衡板 (2) 底部。
    10: 根据权利要求 9 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 其特征是 : 在步骤 ( 一 ) 的 3) 之后, 还包括分别在所述压力传感器 A 和平衡座、 压力传感器 B 和平衡座、 压力 传感器 C 和平衡座之间设置等高垫铁 (10) 的步骤, 以及在所述平衡板 (2) 和平衡座 (4) 之 间设置多个转轮垫高块 (12) 的步骤。

    说明书


    水轮机转轮三支点称重式静平衡装置及静平衡工艺

        技术领域 本发明涉及一种水轮机转轮三支点称重式静平衡装置及静平衡工艺, 属于机电一 体化检测技术领域。
         背景技术 对于水轮机转轮等大型高速旋转体部件, 在其加工制造过程中必须按照相关标准 规定进行静平衡工艺, 以消除或降低制造过程中出现的不平衡量至相关标准规定之内, 从 而保证产品质量, 确保水轮机安全、 稳定地运行。
         如申请号为 200810045371.6 的中国专利申请 “水电机组转轮钢球镜板式静平衡 装置及平衡方法” 所述, 传统的水轮机转轮静平衡工艺主要采用的 “钢球 - 镜板式” 静平衡 装置及方法, 该装置及方法的最大不足之处在于精度不高, 重复性差。 并且对于大型机组转 轮, 因为钢球与镜板属于点接触方式, 过重的转轮自重导致承载钢球和镜板产生形变, 直接 影响不平衡量的测定以及配平, 因此这种传统装置及方法有很大的局限性, 缺点如下 : (1)
         该静平衡装置是纯机械的结构, 机械结构复杂, 制作加工周期慢, 对于各种转轮通用性差, 成本较高 ; (2) 安装及操作不方便, 计算方法复杂 ; (3) 只适用于较小吨位的转轮, 局限性较 大; (4) 平衡周期较长。 发明内容 本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、 安装方便、 精度高的水轮机转 轮三支点称重式静平衡装置, 本发明还提供了一种操作方便、 精度高的水轮机转轮三支点 称重式静平衡工艺。
         为了解决上述技术问题, 本发明提供的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 包 括均匀设在转轮底部的三个压力传感器, 所述三个压力传感器位于同一均布节圆上, 所述 任意相邻两个压力传感器之间的夹角为 120 度, 所述三个压力传感器的均布节圆圆心位于 转轮的中心线上, 所述三个压力传感器支撑于一平衡座上, 所述平衡座通过调整垫铁支撑 于地面平台上, 所述地面平台上还设有将转轮升起的同步顶升机构。
         优选地, 所述同步顶升机构包括位移传感器和液压千斤顶, 沿平衡座四周等间距 分布的四个支撑座上均设有所述位移传感器和液压千斤顶, 所述四个支撑座均设于地面平 台上。
         优选地, 所述每个压力传感器和平衡座之间均设有等高垫铁。
         优选地, 所述转轮为混流式水轮机转轮, 所述转轮上冠中心孔处固定有圆盘状平 衡板, 所述平衡板通过拉板和螺栓固定, 所述三个压力传感器设于所述平衡板底部。
         进一步地, 所述平衡板和平衡座之间还设有多个转轮垫高块。
         优选地, 所述转轮为轴流转桨式水轮机转轮, 所述三个压力传感器均设于转轮底 部平面上。
         本发明还提供了一种水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 其包括以下步骤 :
         ( 一 ) 安装权利要求 1 所述的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其包括 :
         1) 安放平衡座于地面平台上, 并通过调整垫铁调水平, 安装同步顶升机构于地面 平台上, 使得转轮重量能均匀分布在同步顶升机构上 ;
         2) 吊装转轮于平衡座上, 并用同步顶升机构将转轮升起, 使得转轮完全承重在同 步顶升机构上 ;
         3) 安装压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 于转轮底部、 并位于同一均布节 圆上, 并且均布节圆圆心位于转轮的中心线上, 压力传感器 A 装在 Y 轴方向上, 压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 之间两两夹角为 120° ;
         ( 二 ) 进行转轮粗平衡 :
         1) 利用同步顶升机构使整个转轮下降承重于压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传 感器 C 上 ;
         2) 检查并调整转轮水平, 然后转轮升起, 使压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感 器 C 归零位 ;
         3) 转轮再次下降承重于压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 上, 记录压力传 感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 读数分别为 FA、 FB、 FC, 作为第一组数据 ;
         4) 分别依次重复步骤 2)、 3) 二次, 再记录两组数据, 总共记录三组数据 ;
         5) 将压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 位置绕平衡板中心旋转 180°, 重 复步骤 2)、 3) 和 4), 再记录三组数据 ;
         a) 计算转轮配重力 F 的大小和转轮配重的位置与 X 轴的夹角 a ;
         以上各式中 : FA- 压力传感器 A 的读数 ; FB- 压力传感器 B 的读数 ; FC- 压力传感器 C 的读数 ; R- 三个压力传感器所确定的均布节圆的半径 ; L- 转轮配重的位置距离转轮中心线的距离 ; F- 转轮配重力 ; a- 转轮配重的位置与 X 轴的夹角 ; ( 三 ) 利用步骤 ( 三 ) 中得出的计算结果, 进行转轮的偏心配车配重或者加配重块配重 ; ( 四 ) 进行转轮精平衡, 工艺过程和计算方法分别同步骤 ( 二 )、 步骤 ( 三 ) 中转 轮粗平衡。
         优选地, 在步骤 ( 一 ) 的 1) 中, 所述同步顶升机构包括液压千斤顶和位移传感器, 在地面平台上安装四个支撑座, 所述四个支撑座等间距分布在平衡座四周, 每个支撑座上
         均设有所述液压千斤顶和位移传感器。
         优选地, 所述转轮为混流式水轮机转轮, 还包括在步骤 ( 一 ) 的 1) 之后安装平衡 板于转轮上冠中心孔上, 并固定牢靠, 并且步骤 ( 一 ) 的 3) 中, 所述压力传感器 A、 压力传感 器 B 和压力传感器 C 是安装在平衡板底部。
         进一步地, 在步骤 ( 一 ) 的 3) 之后, 还包括分别在所述压力传感器 A 和平衡座、 压 力传感器 B 和平衡座、 压力传感器 C 和平衡座之间设置等高垫铁的步骤, 以及在所述平衡板 和平衡座之间设置多个转轮垫高块的步骤。
         本发明的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置机械结构简单、 通用性高、 安装方 便, 本发明的水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 操作方便、 精度高。 附图说明 图 1 为本发明的混流式水轮机转轮三支点称重式静平衡装置与转轮配合的结构 示意图。
         图 2 为图 1 中 D 处的局部放大图。
         图 3 为图 1 中 E 处的局部放大图。
         图 4 为本发明的混流式水轮机转轮三支点称重式静平衡装置的立体结构示意图。 图 5 为图 4 中 F 处的局部放大图。 图 6 为压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 的位置分布示意图。 图 7 为本发明的轴流转桨式水轮机转轮三支点静平衡装置的立体结构示意图。具体实施方式
         以下结合附图对本发明的方案进一步说明。
         如图 1 和图 2 所示, 混流式水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 包括通过拉板 13 和螺栓 14 固定在转轮上冠 11 中心孔处的圆盘状平衡板 2, 沿平衡板 2 底部圆周方向均匀设 有三个压力传感器 A、 B、 C, 三个压力传感器 A、 B、 C 均通过定位销 15 定位在平衡板 2 上, 三 个压力传感器 A、 B、 C 位于同一均布节圆上, 任意相邻两个压力传感器 3 之间的夹角为 120 度, 三个压力传感器 A、 B、 C 均布节圆圆心位于转轮 1 的中心线上, 三个压力传感器 A、 B、 C 支撑于一平衡座 4 上, 平衡座 4 通过调整垫铁 5 支撑于地面平台 6 上, 地面平台 6 上还设有 将转轮升起的同步顶升机构。
         如图 1 所示, 同步顶升机构包括位移传感器和液压千斤顶 8, 沿平衡座 4 四周等间 距分布的四个支撑座 9 上均设有位移传感器和液压千斤顶 8, 四个支撑座 9 均设于地面平台 6 上, 同步顶升机构还包括电磁阀、 控制器、 电脑、 控制软件和连接线束, 液压千斤顶 8 用于 控制转轮的上升与下降, 便于测量 ; 位移传感器用于反馈四个液压千斤顶的同步上升与下 降距离, 便于电脑控制 ; 通过电磁阀的开闭来控制进入或流出液压千斤顶的液压油量, 从而 操纵液压千斤顶 ; 控制器将位移传感器的信号传输给电脑, 通过对比计算控制电磁阀开闭 ; 控制软件可控制四个液压千斤顶的上升、 下降 ; 连接线束用于控制器、 电脑等的电连接。
         每个压力传感器 A、 B、 C 和平衡座 4 之间均设有等高垫铁 10( 见图 2), 平衡板 2 和 平衡座 4 之间还设有多个转轮垫高块 12( 见图 3 和图 5 所示 ), 当不进行检测时, 可用于对 转轮 1 承重。图 1 至图 5 所示的水轮机转轮均为混流式水轮机转轮, 本发明的装置还可用于图 7 所示轴流转桨式水轮机转轮, 因该类转轮底部有足够大的平面供压力传感器放置, 因此不 需要平衡板, 压力传感器 A、 B、 C 直接设于转轮底部平面上。
         本发明还提供了一种水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺, 其包括以下步骤 :
         ( 一 ) 安装本发明的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置, 其包括 :
         1) 安放平衡座 4 于地面平台 6 上, 并通过调整垫铁 5 调水平, 安装同步顶升机构于 地面平台 6 上, 使得转轮 1 重量能均匀分布在同步顶升机构上, 同步顶升机构包括液压千斤 顶 8 和位移传感器, 在地面平台 6 上安装四个支撑座 9, 四个支撑座 9 等间距分布在平衡座 4 四周, 每个支撑座 9 上均设有上述液压千斤顶 8 和位移传感器 ;
         2) 安装平衡板 2 于转轮上冠 11 中心孔处, 并固定牢靠 ;
         3) 在图 1 中吊板 3 处吊装转轮 1 于平衡座 4 上, 并用同步顶升机构将转轮升起, 使 得转轮完全承重在同步顶升机构上 ;
         4) 安装压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 于平衡板 2 底部圆周上、 位于同 一均布节圆上, 并且均布节圆圆心位于转轮 1 的中心线 ( 图 1 中 O 处所指线条即为转轮的 中心线, 即转轮的几何旋转中心线 ) 上, 压力传感器 A 装在 Y 轴方向上, 压力传感器 A、 压力 传感器 B、 压力传感器 C 之间两两夹角为 120° ; 各压力传感器与数据显示仪表连接到位 ; 5) 分别在压力传感器 A 和平衡座、 压力传感器 B 和平衡座、 压力传感器 C 和平
         衡座之间设置等高垫铁 10, 以及在平衡板和平衡座之间设置多个转轮垫高块 12。 安装结束后, 确保所有机电仪器安装到位, 所有功能均调试正常。
         ( 二 ) 进行转轮粗平衡 :
         1) 控制软件下达指令, 控制同步顶升机构使整个转轮下降承重于压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 上 ;
         2) 检查并调整转轮水平, 然后转轮升起, 使压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感 器 C 归零位 ;
         3) 转轮再次下降承重于压力传感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 上, 记录压力传 感器 A、 压力传感器 B、 压力传感器 C 读数分别为 FA、 FB、 FC, 作为第一组数据 ;
         4) 分别依次重复步骤 2)、 3) 二次, 再记录两组数据, 总共记录三组数据 ;
         5) 将三个压力传感器 A、 B、 C 位置绕平衡板中心旋转 180°, 重复步骤 2)、 3) 和 4), 再记录三组数据 ;
         ( 三 ) 计算转轮配重力 F 的大小和转轮配重的位置与 X 轴的夹角 a ;
         计算方法如下 : 如图 6 所示, 假设偏重点在位置 E 处, 则配重设在与转轮中心 O 处 中心对称点 D 处, 则加了配重后, 则 D 处的配重力 F 与压力传感器 A、 B、 C 处承受的力相对于 X 轴、 Y 轴的力矩平衡, 于是由力矩平衡得到以下公式 :
         由 A、 B、 C、 D 各点出相对于 X 轴的力矩平衡, 可得
         F×Lsina = FA×R-(FB×Rsin30° +FC×Rsin 30° ) (1)
         由 A、 B、 C、 D 各点相对于 Y 轴的力矩平衡, 可得
         F×Lcosa = FB×Rcos30° -FC×Rcos30° (2) 2 2
         由 (1) +(2) 可得
         由 (1)÷(2) 可得
         以上各式中 : FA- 压力传感器 A 的读数 ; FB- 压力传感器 B 的读数 ; FC- 压力传感器 C 的读数 ; R- 三个压力传感器所确定的均布节圆的半径 ; L- 转轮配重的位置距离转轮中心线的距离 ; F- 转轮配重力 ; a- 转轮配重的位置与 X 轴的夹角。 一般得, L 与 R 有以下关系 : L = αR (5) 将式 (5) 代入式 (3) 中, 可得当 α = 1 时, 转轮配重正好加在均布节圆的圆周上, 当然可根据准备加配重的转 轮的合适位置来设定系数 α 的值。
         ( 四 ) 利用步骤 ( 三 ) 中得出的计算结果, 进行转轮的偏心配车配重或者加配重块 配重 7( 如图 1 所示 ) ;
         ( 五 ) 进行转轮精平衡以检验配重效果及确认残余不平衡量是否在要求范围内, 方法同步骤 ( 二 ) 中转轮粗平衡。
         在以上工艺中, 较常用的压力传感器规格包括 2.5 吨、 22 吨、 68 吨、 100 吨、 150 吨、 220 吨等, 可供不同重量转轮选用, 压力传感器精度均达到万分之二计量级, 为达到最佳检 测精度, 传感器规格选择的一般原则为单个传感器额定承重为转轮重量的 1/2。
         并且, 本发明的同步顶升机构中, 四个液压千斤顶通过控制软件控制, 同步精度可 达 0.03mm, 能很好地保证转轮的水平提升及下降。
         本发明的水轮机转轮三支点称重式静平衡工艺也适用于轴流转桨式水轮机转轮, 方法同混流式水轮机转轮, 这里不再赘述。
         本发明的水轮机转轮三支点称重式静平衡装置是一种完全不同于以往传统的全 新静平衡装置, 其原理及操作检测方法也与传统方法不同。它摒弃了复杂的机械结构, 通 过一系列的精密传感器以及精确的同步提升控制机构, 使不平衡量的检测和计算变得更加 精确和简便, 其优点如下 : 1) 机械结构简单, 大部分部件可通用, 制作周期短 ; 2) 安装及操 作简单可靠, 计算方法简单, 数据准确 ; 3) 可适用于几吨至几百吨之间的各类转轮, 通用性
         高。 本装置检测原理是将被测转轮水平放置在三个压力传感器组成的支承平面内, 并 和分布在同一圆周上的这三个压力传感器中心同心。根据理论力学中的平面力系合成法, 利用三个高精度压力传感器传出的电压信号, 经模数转换成被测工件转轮重量, 再通过计 算得出需要加重或去重的重量和位置。另外, 该方法还能测出转轮实际重量。
         本发明的三支点称重式静平衡法被广泛应用于多个项目, 包括各种混流式转轮 : 三峡转轮、 龙滩转轮、 小湾转轮、 拉西瓦转轮、 溪洛渡转轮、 糯扎渡转轮、 安科转轮等, 以及轴 流转桨式转轮 : 草街转轮、 平班转轮、 富春江转轮等。在大量实际应用中验证了此套方法的 快速、 方便、 可靠、 准确的特点。
         以上只是对本发明进行了示例性的说明, 本发明的具体实现方式并不局限于此。 任何采用本发明的构思和技术方案进行的非实质性修改, 均在本发明的?;し段е?。
        

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