一种水轮机用推力轴承—巴氏合金瓦的油膜厚度测量方法与流程

本发明涉及轴承检测技术领域，尤其涉及一种水轮机用推力轴承—巴氏合金瓦的油膜厚度测量方法。

背景技术：

推力轴承作为一种关键的基础零部件，在运行过程中，起着保证设备正常运作上的重要作用。推力轴承的油膜状态在很大程度上反映着设备的运行状态，因而对油膜厚度的准确测量就有着十分重要的意义。早在上个世纪七、八十年代，人们就对润滑油的油膜压力分布、油膜厚度理论计算有过深入的研究，在推力轴承实际应用过程中也很少出现问题。目前，关于对推力轴承油膜厚度的测量方法有很多，包括电阻法、电容法、光干涉法、电涡流法、光纤位移传感器法等。

在科研中有过许多报道，但以上方法在实际应用的过程中都存在着一些不足。在科研中有过许多报道，但以上方法在实际应用的过程中都存在着一些不足。例如电阻法受介质影响大只能给出变化趋势；电容法测量的为平均油膜厚度，实际应用价值不大；光反射法使用条件苛刻，多应用实验室中，应用困难。电涡流法作为常用的一种测量方法，它的基本原理是把接通高频正弦交变电流的扁平线圈置于金属导体附近时产生交变磁场。由于交变磁场的反作用，使产生磁场的通电线圈的有效阻抗发生变化。设金属导体材质均匀和各向同性，当金属导体电导率、磁导率、尺寸因子、线圈激励电流、角频率等参数不变时，线圈的特征阻抗就成为传感器探头与金属导体表面距离的单值函数。在一定范围内呈线性关系。利用该特征，通过电子线路将线圈阻抗的变化转化为电压的变化，即可实现传感器探头与被测导体相对位移量的测量。利用这一特征可实现油膜厚度的非接触测量。准确测量被测金属物体与传感器探头端面之间的静态或动态位移，结构简单、测量精度高、灵敏度高、动态响应好，是推力轴承油膜厚度测量应用较为广泛的一种方法。然而，电涡流位移传感器易受被测物质材质本身、缺陷、机械加工等原因造成测量误差，初始标定的误差较大也导致了在水轮机油膜厚度测量上仍存在一定的限制。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种水轮机用推力轴承—巴氏合金瓦的油膜厚度测量方法。本发明通过角度测量编码器，通过高速采集、处理、采用多个零点轮换，实现巴氏合金推力轴承的油膜厚度精准测量。本发明采用的技术手段如下：

一种水轮机用推力轴承—巴氏合金瓦的油膜厚度测量方法，包括如下步骤：

步骤1、轴承上传感器的设置与安装：

在其中两个相对设置的巴氏合金瓦的进油端分别安装用以实时测量进油端油膜厚度变化的进油端电涡流位移传感器；

在所述两个相对设置的巴氏合金瓦的出油端分别安装用以实时测量出油端油膜厚度变化的出油端电涡流位移传感器；

在每块巴氏合金瓦上均安装用于测量油膜温度的温度传感器；

步骤2、轴承安装及试验机组传感器的安装：

将安装好传感器的推力轴承安装在试验机组上，在试验机组上安装用以测量位置信息的角度测量编码器，将电涡流位移传感器与数据采集单元、数据处理单元相连；

步骤3、初始测量点标定：

通过手动盘车的方式旋转试验机组镜板，间隔预设角度后停止盘车，静止一定时间后，记录当前位置电涡流传感器数值，重复该步骤，继续盘车相同角度，直至盘车一整周；

步骤4、试验机组启动后数据采集：

试验机组启动，在额定转速、额定载荷条件下稳定运行后，电涡流采用多零点更替方式进行测量，即镜板旋转至盘车时的编码器所记录的测量点位置时，替换上一个编码器测量点电涡流位移传感器的实际值，运行的实际值与初始值做差值，测得机组运行过程中的油膜厚度；

步骤5、通过采集到的油膜温度和油膜厚度，建立函数关系曲线，基于设置电涡流位移传感器的两个巴氏合金瓦计算其他瓦的油膜厚度。

进一步地，所述温度传感器设置于整个巴氏合金瓦运行过程中表面温度最高的区域。

进一步地，所述步骤3中，通过多次盘车保证初始测量点的唯一性，具体地，重复旋转3周以上，将此过程中同一位置的电涡流实际值均值作为该点的初始值。

进一步地，所述步骤3中，所述间隔预设角度为旋转36°或更小值，静止时间不小于10min。

本发明通过在试验机上设置角度测量编码器，通过手动盘车的方式，记录初始测量点位，在试验机运行过程中，通过运行时的实际值与初始测量点位做差，得到机组运行过程中的油膜厚度，实时、可靠、稳定。同时，通过采集到的油膜温度和油膜厚度建立函数关系曲线，根据其他瓦块的油膜温度，计算其进、出油端油膜厚度，减少了传感器的布置数量及系统硬件的复杂性。

基于上述理由本发明可在轴承检测技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明流程图。

图2为本发明实施例中轴承上传感器的分布图。其中：1是1#巴氏合金瓦的进油端电涡流位移传感器、2是1#巴氏合金瓦的出油端电涡流位移传感器、3是5#巴氏合金瓦的进油端电涡流位移传感器、4是5#巴氏合金瓦的出油端电涡流位移传感器；5是1#巴氏合金瓦的油膜温度传感器、6是5#巴氏合金瓦的油膜温度传感器。

图3为本发明实施例中转速600r/min，载荷4mpa稳定运行各个传感器测量数据曲线。

图4为本发明实施例中1#推力轴承油膜厚度与油膜温度关系曲线。

图中：1、#1进油端电涡流位移传感器；2、#1出油端电涡流位移传感器；3、#5进油端电涡流位移传感器；4、#5出油端电涡流位移传感器；5、#1温度传感器；6、#5温度传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

如图1所示，本发明公开了一种水轮机用推力轴承—巴氏合金瓦的油膜厚度测量方法，包括如下步骤：

步骤1、轴承上传感器的设置与安装：

如图2所示，在其中两个相对设置的巴氏合金瓦的进油端分别安装用以实时测量进油端油膜厚度变化的进油端电涡流位移传感器，本实施例中，选用#1和与之相对的#5；

在所述两个相对设置的巴氏合金瓦的出油端分别安装用以实时测量出油端油膜厚度变化的出油端电涡流位移传感器；本实施例中，电涡流位移传感器选用xl-3300。

在每块巴氏合金瓦上均安装用于测量油膜温度的温度传感器，所述温度传感器设置于整个巴氏合金瓦运行过程中表面温度最高的区域；

步骤2、轴承安装及试验机组传感器的安装：

将安装好传感器的推力轴承安装在试验机组上，在试验机组上安装用以测量位置信息的角度测量编码器，本实施例中，角度测量编码器选用，倍加福角度传感avs58n001yyrygn-0014。将电涡流位移传感器与数据采集单元、数据处理单元相连；信号调理部分主要包括模拟量转换模块、噪声抑制模块、滤波模块、输入隔离模块以及保护模块。选用模拟量转换模块，将有巴氏合金瓦进出油边电涡流传感器、瓦面镶嵌电涡流传感器测得的反映轴承油膜状态的位移信号转换成电流信号，电流信号再经过二阶低通滤波器进行滤波处理，处理后的信号最后进过保护模块连接到数据采集上。数据采集部分通过ni公司的ni9208数据采集卡实现对电涡流位移传感器测得电流信号进行采集并上传到上位机。数据处理部分通过labview软件对数据采集部分得到的信号进行数字滤波、数据处理、数据显示等，并完成系统的参数设置、控制指令和参数的下达、系统工作状态的检测。假设润滑油完全填充在镜板和巴氏合金瓦之间，二者间的距离等效为油膜厚度；各瓦块之间的承载均匀，受力偏差不超过5％。

步骤3、初始测量点标定：

消除机组镜板加工因素，材质不均一性等因素对电涡流位移传感器测量精度造成的影响。在安装好的传感器的试验机组上采用手动盘车方式旋转镜板，采用高频采集及角度编码器位置测量功能，间隔预设角度后停止盘车，静止一定时间后，本实施例中，所述间隔预设角度为旋转36°或更小值，静止时间不小于10min。记录当前位置电涡流传感器数值，重复该步骤，继续盘车相同角度，直至盘车一整周；通过多次盘车保证初始测量点的唯一性，具体地，重复旋转3周以上，将此过程中同一位置的电涡流实际值均值作为该点的初始值。

步骤4、试验机组启动后数据采集：

试验机组启动，在额定转速、额定载荷条件下稳定运行后，电涡流采用多零点更替方式进行测量，即镜板旋转至盘车时的编码器所记录的测量点位置时，替换上一个编码器测量点电涡流位移传感器的实际值，运行的实际值与初始值做差值，测得机组运行过程中的油膜厚度；

步骤5、通过采集到的油膜温度和油膜厚度，建立函数关系曲线，基于设置电涡流位移传感器的两个巴氏合金瓦计算其他瓦的油膜厚度。

实施例1

在安装好的传感器的试验机组上采用手动盘车方式旋转镜板，22.5°，静止10min后，通过编码器记录16个位置点所有电涡流的对应的实际值的平均值作为初始值，通过#1进油端电涡流位移传感器1、#1出油端电涡流位移传感器2、#5进油端电涡流位移传感器3、#5出油端电涡流位移传感器4测得的具体数据详见表1

表1、手动盘车3周后16个位置点实际值的平局值

在600r/min,载荷4mpa条件运行，至各项参数稳定时，记录1#瓦上各个传感器测量的数值曲线如图3所示。

实施例2

本实施例意在验证步骤5基于设置电涡流位移传感器的两个巴氏合金瓦计算其他瓦的油膜厚度的正确性。

在实施例1基础上，稳定状态下运行，保持试验机组的转速和载荷恒定，改变冷却能力，使油膜温度发生变化，获得如图4所示的1#瓦推力轴承油膜厚度与油膜温度关系曲线。

在实施例1的图3中，1#瓦进油端测得的油膜厚度在0.107mm，出油端油膜厚度为0.035mm，此时，通过#1温度传感器5测得的1#的油膜温度为63.5℃；在实施例2中当1#瓦油膜温度为63.5℃时，通过#5温度传感器6测得的5#瓦在上位机显示的油膜温度为62.6℃，按图4的曲线关系计算5#瓦的进油端的油膜厚度为0.120mm，出油端的油膜厚度为0.043mm，实施例1、图3进油端油膜厚度实测值为0.117mm，误差为0.003mm，出油端油膜厚度实测值0.045mm，误差0.002mm。由此看见，步骤5的理论是正确的，因此可根据其他瓦块的油膜温度，计算进出油端油膜厚度，减少传感器数量及系统硬件的复杂性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。