水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统的制作方法

1.本发明属于水电站轴承健康监测技术领域，具体涉及一种水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统。


背景技术：

2.在大型水轮发电机组中，轴承是最重要的组成部分，他的运行状态直接影响水轮发电机组是否可靠、安全的运行。轴承运行过程中一个重要的因素就是温度，温度过高会严重降低润滑油的润滑效果，严重时可导致烧瓦、引起火灾等事故，同时目前轴瓦温度测量只能通过监测油膜温度来间接反映轴瓦的温度，但轴瓦温度的变化是慢当量，通过油膜温度不能正确地、及时地反映轴瓦的温度。同时轴承瓦体磨损也是健康监测的重要问题，目前对于轴瓦磨损的检测只能在机组停机检修时，拆卸轴承来检测轴瓦磨损情况，以确定是否需要更换。轴承运行时要求出油边最小油膜厚度在设计值内，目前对于油膜厚度没有相应较为完善的监测手段。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，解决了现有技术中轴承健康监测有待进一步优化的问题。
4.本发明所采用的技术方案是；
5.水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，包括处理器部分和传感器部分；传感器部分包括油膜温度传感器、轴瓦温度传感器、电涡流位移传感器以及磨损传感器；
6.其中，油膜温度传感器安装在轴承的内部，保证油膜温度传感器位于油膜最高温度区域；轴瓦温度传感器通过螺纹安装在轴承外弦侧，保证油膜温度传感器位于油膜最高温度区域；磨损传感器安装在轴承上；电涡流位移传感器固定安装在轴瓦的进油端之前和出油端之后；传感器部分将不同的检测信号传输至控制部分，控制部分根据不同的检测信号进行监测和显示。
7.本发明的特点还在于；
8.基于处理器部分，利用有限元软件模拟轴承运行状态，模拟轴瓦温度分布，在油膜温度最高的区域安装油膜温度传感器。
9.按照多点分布式在轴瓦上安装若干个油膜温度传感器，通过控制部分的数据处理系统，利用传热学原理对油膜温度传感器的检测数据进行处理，寻找轴瓦中最高温度的位置，根据轴瓦中最高温度的位置确定油膜温度传感器的位置。
10.电涡流位移传感器用于测量油膜厚度的变化和出油边油膜的厚度。
11.磨损传感器由聚四氟乙烯制成。
12.在磨损传感器的中间沿轴瓦的瓦面向下间隔设置有若干组u型石墨电通路。
13.u型石墨电通路的底部靠近轴瓦的瓦面，u型石墨电通路会根据磨损传感器的不同磨损程度呈现不同的通断现象。
14.油膜温度传感器的探头表面低于轴瓦的水平面。
15.磨损传感器的测头与轴瓦的瓦面平齐。
16.控制系统包括处理器、显示装置和报警装置。
17.本发明的有益效果是，本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，通过油膜温度传感器、轴瓦温度传感器、油膜厚度传感器和磨损传感器从各方面来监测轴承的健康状态，同时从多个方面监测轴承，在一定程度上杜绝了单一方面监测出现故障时，轴承面临无监测状态，同时能在一定程度上提高健康监测的准确性，降低机组的事故率，另一方面装置增加了磨损传感器，阶梯式的设置了磨损程度的警报，不需要停机检修通过拆装的形式来确认轴承的磨损程度，节省了一定量的人力物力，具有一定的实用意义。
附图说明
18.图1是本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统中传感器部分的安装示意图；
19.图2是本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统中传感器部分的安装主视图；
20.图3是本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统中磨损传感器的结构示意图；
21.图4是本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统中，在图3中a-a向视图的磨损传感器石墨电路细节图；
22.图5是本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统中磨损传感器电路的两种连接方式示意图。
23.其中，1.轴瓦；2.油膜温度传感器；3.电涡流位移传感器；4.磨损传感器；5.轴瓦温度传感器。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统进行详细说明。
25.本发明提供一种水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，如图1和图2所示，其中包括油膜温度传感器2、轴瓦温度传感器5、电涡流位移传感器3、磨损传感器4、处理器系统，处理器系统包括有数据处理器、报警装置和显示装置。其中油膜温度传感器2安装在轴承的内部，油膜温度传感器2的探头表面低于轴瓦1的水平面；轴瓦温度传感器5通过螺纹安装在轴承外弦侧；电涡流位移传感器3固定安装在进油端之前和出油端之后，电涡流位移传感器3用于测量油膜厚度的变化和出油边油膜厚度；磨损传感器4安装在轴承内部，测头与轴瓦1的瓦面平齐。
26.油膜温度的位置测量有两种方式；其中第一个方案是：利用有限元软件模拟轴承运行状态，模拟轴瓦温度分布，确定油膜温度最高区域，在此区域安装油膜温度传感器2。
27.模拟流程：建立轴承三维模型，并给出油膜厚度初值；在ansys cfd软件中对模型进行流域网格划分，并指定边界条件；根据工程实际情况设置参数并进行流态数值模拟；在环境中输入油膜动力粘度和油膜温度的关系，设置入口油膜温度、入口流量等参数，进而通过计算就可得到油膜温度的分布。
28.其中第二个方案是：在轴瓦1上采用多点分布式来安装若干个油膜温度传感器2，通过数据处理系统，利用传热学原理对数据进行处理，寻找其最高温度和最高温度位置。
29.轴瓦温度传感器5的安装位置，可以参考油膜温度传感器2第一方案，安装在油膜温度最高对应的轴瓦1内部，也可以参考油膜温度传感器2的第二安装方案，通过传热学原理得出最高油膜温度位置，在轴瓦1相应内部安装轴瓦温度传感器5。
30.电涡流位移传感器3固定安装在进油端之前和出油端之后，电涡流位移传感器3用于监测油膜厚度的变化。
31.处理器系统的报警装置会设置示警灯和警铃，根据不同的危险程度和信号呈现不同的报警形式，当油膜监测点温度或传热学原理结果温度小于t
1-3℃时，绿灯常亮，当油膜监测点温度或传热学原理结果温度达到t
1-3℃低于t1℃时，油膜警示灯黄灯亮起，当油膜监测点温度或传热学原理结果温度大于t1℃时，此时系统同时判断轴瓦温度传感器温度是否高于t
2-5℃，若高于t
2-5℃，油膜警示灯红灯亮起，同时警铃响起，若低于t
2-5℃，油膜警示灯红灯亮起，警铃不作用(t1为油膜最大允许运行温度，t2为轴瓦最大允许运行温度)。
32.当轴瓦1的温度小于t
2-3℃时，绿灯常亮，当轴瓦1的温度大于t
2-3℃低于t2℃时，黄灯亮，当轴瓦1的温度高于t2℃时，此时系统判断油膜监测点温度或传热学原理结果温度是否高于t
1-5℃，若高于t
1-5℃，油膜警示灯红灯亮起，同时警铃响起，若低于t
1-5℃，油膜警示灯红灯亮起，警铃不作用。
33.作为一种实施例，如图3和图4所示，磨损传感器4由聚四氟乙烯制成，如图，中间不同位置设置有多条石墨的电通路，聚四氟乙烯和石墨都属于自润滑材料，会跟着轴瓦1一起磨损，同时起一定的润滑作用，磨损传感器4上阶梯式设置有多条石墨构成的电路，分别于底端引出。
34.如图5所示，对于引出的电路列出两种设置形式，第一种：引出的电路单独设置，探头未磨损时，多条电路分别导通，当探头磨损到一定程度，对应位置的石墨电路破坏，电路呈现不同的通断信号；第二种：引出的电路分别串联电阻，将多个电路并联，探头未磨损时电路呈初始电信号，当探头磨损到一定程度，对应位置的石墨电路破坏，电路总电阻也会随之变化，呈现不同的电信号。不同磨损程度电路会根据外部电路设置形式呈现不同的通断现象或不同电阻信号，可根据工程需要，在不同磨损位置设置石墨电路，根据不同磨损程度的电路反映出来的电路信号设置不同的警报形式。
35.本发明水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，通过多组传感器的设计，以及结合处理器部分的监测，在一定程度上提高了轴承健康监测的准确性，且不需要停机检修通过拆装的形式来确认轴承的磨损程度，具有一定的实用意义。

技术特征：
1.水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，包括处理器部分和传感器部分；传感器部分包括油膜温度传感器(2)、轴瓦温度传感器(5)、电涡流位移传感器(3)以及磨损传感器(4)；其中，所述油膜温度传感器(2)安装在轴承的内部，保证油膜温度传感器(2)位于油膜最高温度区域；所述轴瓦温度传感器(5)通过螺纹安装在轴承外弦侧；所述磨损传感器(4)安装在轴承上；所述电涡流位移传感器(3)固定安装在轴瓦(1)的进油端之前和出油端之后；所述传感器部分将不同的检测信号传输至控制部分，所述控制部分根据不同的检测信号进行监测和显示。2.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，基于处理器部分，利用有限元软件模拟轴承运行状态，模拟轴瓦温度分布，在油膜温度最高的区域安装油膜温度传感器(2)。3.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，按照多点分布式在所述轴瓦(1)上安装若干个油膜温度传感器(2)，通过控制部分的数据处理系统，利用传热学原理对油膜温度传感器(2)的检测数据进行处理，寻找轴瓦(1)中最高温度的位置，根据轴瓦(1)中最高温度的位置确定油膜温度传感器(2)的位置。4.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述电涡流位移传感器(3)用于测量油膜厚度的变化和出油边油膜的厚度。5.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述磨损传感器(4)由聚四氟乙烯制成。6.根据权利要求5所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述在所述磨损传感器(4)的中间沿轴瓦(1)的瓦面向下间隔设置有若干组u型石墨电通路。7.根据权利要求6所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述u型石墨电通路的底部靠近轴瓦(1)的瓦面，u型石墨电通路会根据磨损传感器(4)的不同磨损程度呈现不同的通断现象。8.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述油膜温度传感器(2)的探头表面低于轴瓦(1)的水平面。9.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述磨损传感器(4)的测头与轴瓦(1)的瓦面平齐。10.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，其特征在于，所述处理器部分包括处理器、显示装置和报警装置。

技术总结
本发明公开了水轮发电机组轴承轴瓦安全监测系统，包括处理器部分和传感器部分；传感器部分包括油膜温度传感器、轴瓦温度传感器、电涡流位移传感器以及磨损传感器；油膜温度传感器安装在轴承的内部，保证油膜温度传感器位于油膜最高温度区域，轴瓦温度传感器通过螺纹安装在轴承外弦侧；磨损传感器安装在轴承上，电涡流位移传感器固定安装在轴瓦的进油端之前和出油端之后；传感器部分根据不同的检测信号进行监测和显示。本发明在提高了轴承健康监测的准确性，不需要停机检修通过拆装的形式来确认轴承的磨损程度。确认轴承的磨损程度。确认轴承的磨损程度。


技术研发人员：侯远航 张海滨 廖家富 张健 李晓飞 蔡银辉 常建军 毛广锋
受保护的技术使用者：郑州水工机械有限公司
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/6/26