用于估计涡轮机的模块的磨损状态的方法、模块和涡轮机的制作方法
【技术领域】
[0001]根据独立权利要求1、11和15的前序部分，本发明涉及一种评估流体机械的组件的磨损状态的方法，尤其是评估栗或涡轮的轴承布置的磨损状态的方法，还涉及一种流体机械的组件以及涉及一种流体机械，尤其是栗或涡轮。
【背景技术】
[0002]轴承用于必须补偿在特定的方向上作用的力或必须防止物体在不想要的方向上的运动的任何地方。在诸如栗或涡轮的流体机械中，在具有旋转部件的组件中实质上使用两种轴承，即所谓的径向轴承和轴向轴承。
[0003]取决于子部件在操作中暴露于不同的、或多或少的强磨损机理的特定应用，通常用于流体机械的轴承在这方面常常是具有极其复杂设计的组件。这种情况适用于径向轴承，也适用于轴向轴承。
[0004]尤其地，但不是唯一地，机械密封件以及它们的单独部分因而是迟早会失效的磨损部分。在轴承或它们的部件(诸如密封件)的维修或替换成为必要之前，为了尽可能长地延迟所述失效并因而实现尽可能长的使用寿命，在现有技术中已知许多非常不同的措施，这些措施对于技术人员本身而言是非常熟悉的。
[0005]除用于承载径向力的径向轴承之外，其设计长期以来已从现有技术众所周知的所谓的轴向倾斜瓦块式轴向轴承同样经常用于承载轴向力，所述径向轴承在最简单的情况下可以简单地包括轴承座和能在其中旋转的轴，其中，轴经常但并不必须能够用轴密封件来密封，例如相对于外部大气密封。在这方面的一般设计原理规定，在通常为金属的承载体上以环形分组形式的多个轴承瓦块在倾斜瓦块式轴向轴承中绕轴承轴线布置，并且在操作状态下被作为润滑剂的循环流体淹没。轴承瓦块本身依赖于使用从而包括金属、塑料等，并且常常具有梯形平行六面体的形状，在其面对承载体的侧面上设置有倾斜元件，轴承瓦块被支撑在倾斜元件上。在轴承瓦块的远离承载体的侧面上设置有止推环，轴的轴向力通过所述止推环传递至轴承，由此，对应的压力负载作用于轴承瓦块。以下将参考图3a和图3b更加确切地说明该设计原理。
[0006]当止推环开始旋转时，流体的剪切发生在止推环与轴承瓦块之间，并且止推环在轴承瓦块上滑动。由于轴承瓦块被支撑在倾斜元件上，所以楔形流体动力润滑剂膜的形成导致每个轴承瓦块的倾斜，所述楔形流体动力润滑剂膜在轴向轴承布置的操作中是必需的组成部分。由于非常高的轴向力在这方面部分地作用，所以开始阶段和停止阶段对于例如栗中的倾斜瓦块式轴向轴承而言是特别关键的操作范围。在这些阶段，流体动力润滑剂膜尚未完全形成，使得止推环与轴承瓦块在大致无流体动力润滑的情况下相互直接接触，并且出现磨损。
[0007]轴承瓦块通常相对于承载体松动且离散地安装，以避免失准并使受流体动力润滑剂膜的形成影响的轴承瓦块的倾斜与旋转轴匹配。松动安装在这方面原理上被限制成:当轴不旋转时，轴承瓦块必须被保持在布置内，也就是说例如轴承瓦块相互通过柔性网连接，或者借助于紧固装置被紧固在承载体处的沟槽中。
[0008]依赖于现场环境，具有低粘度的流体在这方面被部分地用于例如水基润滑剂或油混合物。在该情况下，轴承瓦块的磨损不是恒定过程，但对轴承瓦块的损伤或破坏在高压负载下常常在几秒内出现。
[0009]在这方面，正如径向轴承一样，这样的轴承也自然总是附加地暴露于恒定的磨损，这最终具有的结果是，即使没有突发的灾难性效应，也必须修理或替换轴承或其部分。
[0010]总之，因而能够说，尤其地，旋转部件或与旋转部分接触的那些部件是迟早会失效的磨损部分。因此，这样的失效不会作为完全的意外出现，并因而引起对对应机器另外的部件的可能更坏的损伤，重要的是在这样的磨损部分的最终失效之前已获得有关对应组件的磨损状态的信息，使得早在最终失效之前已能可靠地评估磨损状态，并能采取预防措施。
[0011]先前从现有技术已知仅采取了很不充分的措施，以监测并评估流体机械的组件的磨损状态，例如在操作状态下的栗或涡轮的轴承或轴承密封件或轴承轴的磨损状态，或者还有操作状态下的倾斜瓦块式轴向轴承的磨损状态。
[0012]因而已知的是，例如通过径向轴承的密封件，在密封件处观察能提供对密封件或对应轴承的磨损状态的某种认识的泄漏流动。然而，经常同样根本不可能的是，在机器的操作期间监测该泄漏流动，或者通过观察泄漏流动获得的信息太模糊并且不确定，以致不能获得有关对应部件的磨损状态的可靠信息。
[0013]原理上还通过径向轴承和轴向轴承已知的是，例如监测所涉及的结构元件部件或轴承流体的温度，例如，与被监测的部分接触的油的温度，这些部分为了操作状态下的磨损而被监测。以上情况例如能利用热敏元件或利用电阻温度计来或多或少可靠地进行，并且原理上允许对感兴趣的组件的磨损状态的良好监测与评估。然而，由于温度传感器经常必须以复杂的方式定位在很难达到的部位，所以这些方法通常适合实验室目的和测试目的。此外，由这样的温度传感器产生的测量信号必须经由电线连接至对应的测量和评估仪器，使得前述温度传感器的使用在对于技术人员而言直接清楚的全面的正常操作状况下是不可能的。
【发明内容】
[0014]因此，本发明的目的是提供一种评估流体机械的组件的磨损状态的可靠方法，其避免了从现有技术已知的问题，并且对于日常操作而言，其还尤其适合在全面的正常操作状况下和/或也在实验室外的领域中的使用。此外，本发明的目的是提出一种流体机械的对应改进的组件以及具有这样的改进组件的流体机械，尤其是栗或涡轮。方法和设备应尤其地由本发明提供，使得在诸如具有安装在深海中的栗那样的极端操作状况下也可能具有对磨损状态的可靠监测。
[0015]满足该目的的本发明的主题以独立权利要求1、11和15的特征部分为特征。
[0016]从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施例。
[0017]本发明涉及一种评估流体机械的组件的磨损状态的方法，尤其是评估栗或涡轮的轴承布置的磨损状态的方法，其中，为了确定磨损特性，借助于信号发生器产生具有可预先限定的信号形状的机械查询信号，并利用与组件接触的传感器检测从查询信号产生的响应信号。根据本发明，响应信号根据特性模式依赖于组件的物理操作值的变化而变化，从响应信号中的变化来确定磨损特性，并利用磨损特性来评估磨损状态。
[0018]根据本发明，组件的磨损状态因而不是如从现有技术已知的那样来评估，例如利用诸如热敏元件或电阻温度计之类的传统温度传感器来评估。而是使用信号发生器，所述信号发生器产生机械查询信号，由所述机械查询信号产生响应信号，其中，响应信号依赖于组件的磨损状态在特性方式中被改变。响应信号于是由传感器检测，使得最终能从响应信号在与查询信号的比较中显示出的特性模式变化来确定磨损特性，因而能评估组件或其部件或子部件的磨损状态。
[0019]根据本发明使用的传感器的特定示例本身根据术语SAW传感器(表面声波传感器)同样为技术人员所已知。这样的传感器优选地基于压电或压阻材料制成，所述压电或压阻材料如为技术人员充分所知地，由于其特定的结晶结构而能在诸如拉伸、压缩、压力、力、扭矩等的机械应变的影响下产生对应的电信号。也就是说，压电晶体经受的机械应变例如改变其电极化作用或其电荷转移。相反地，对晶体施加的电场在所述晶体中引起机械扭曲和/或偏转。
[0020]由于这些特性，所以压电材料通过合适的校准还间接地适合温度测量或适合确定温度变化。由压电材料构成的这样的SAW传感器的巨大优势尤其在于的事实是，它们能构造成相当小，常常在几毫米甚至更小的尺寸。由于压电效应最终是由于晶体点阵中的极化现象引起的，所以这样的传感器模块能利用最少的电能操作和读出，这是由于主要效应、即晶体中通过机械电压的施加所致的极化或电荷转移中的变化或在外部电场的施加时的晶体点阵的膨胀现象，在几乎不需要电流的情况下发生，并因而几乎不消耗电能。
[0021]因此，能经由合适的天线借助于电磁波无线地控制和操作这样的传感器模块，并再次经由天线无线地读出它们。以上情况具有的巨大优势是，这样的传感器不一定必须是有线的，并且因而能完全没有问题地安装到旋转部件中。自然，传感器模块在特殊的情况下还能是有线的。
[0022]在这方面，这