一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置及方法。现有监测装置复杂，方法准确率低。本发明包括转子以及套置在所述转子上的轴承箱，所述转子外壁上设置一环状推力盘，所述推力盘上设有与其轴向联动的环状推力瓦座，所述轴承箱内设有与所述推力瓦座匹配抵触的支撑感应件，所述推力盘通过推力瓦座挤压所述支撑感应件的感应面。在现有轴承箱内增设直接感应转子轴向推力的支撑感应件，既能直接监测转轴轴向推力实时变化，防止因监测延误而导致装置推力瓦或推力盘受损，还对监测工位周边环境温度要求较低，且设备结构简单，便于在原有结构上改造。推力盘通过推力瓦座将轴向推力传递至支撑感应件的感应面上，实现轴向推力数据实时监测。
【专利说明】
一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及火力发电领域，具体涉及一种用于监测转子轴向推力的装置及方法。
【背景技术】
[0002]大型旋转机械在正常运行过程中，会产生沿汽流方向的轴向推力。目前采用下列几种主要手段平衡大型旋转机械的巨大轴向推力，包括:1、高压轴封两端以反向压差设置平衡活塞；2、高、中压缸反向布置;3、低压缸分流布置;4、在叶轮上开设平衡孔;5、推力轴承。
[0003]当大型旋转机械采用上述前4种轴向推力平衡手段后，运行过程转子的轴向推力由推力轴承平衡，维持大型旋转机械转子和静止部件间的正常轴向间隙。因此推力轴承的正常工作是大型旋转机械安全经济运行的先决条件之一。
[0004]推力轴承一般由推力瓦和推力盘两部分组成，推力瓦安装在推力瓦座上，推力瓦和推力盘之间充满润滑油，当转子高速转动后，可在推力盘和推力瓦之间建立一层油膜，防止推力盘和推力瓦直接接触导致推力瓦或推力盘因温度过高而烧毁。
[0005]在大型旋转机械的运行过程，由于其通流部分结构故障、结垢等原因，导致其轴向推力突然增大。这会破坏推力瓦和推力盘之间的油膜，导致推力瓦和推力盘直接接触摩擦而烧毁的事故发生。所以，监测大型旋转机械转子轴向推力是保障大型旋转机械安全运行的前提之一。此外，大型旋转机械转子的轴向推力是反映其通流部分是否正常的关键参数，通过对其连续监测，可为大型旋转机械通流故障专家诊断系统提供基础数据。
[0006]目前，在大型旋转机械的正常运行过程中，主要通过监测推力瓦和推力盘之间的润滑油温、转子的轴向位移等间接手段来监视转子的轴向推力是否在正常的区间内，无法获取准确的轴向推力数值。由于这些间接监测参数受多种因素影响，当轴向推力突然增大时，这些间接手段不能及时和准确的反映，而导致推力瓦烧毁的事故时有发生，严重影响设备的安全可靠性。
[0007]针对上述问题，当前部分专家对小型旋转机械(诸如压气机等)转子轴向推力的测量也提出了改进方案，例如，申请公开号为CN204330190U的发明专利提出了一种在推力瓦上安装电阻应变式测力计，来测量作用在推力瓦上的轴向推力。但是这种应变式测力计也有明显的缺点:对现场环境要求高，其测量准确性受环境温度影响大；当测量载荷反复变化时，存在较大“机械滞后”现象;存在应变极限，较难满足大型旋转机械转子轴向推力的测量需求;且现场设备复杂。以上缺点使这种方法较难直接应用在大型旋转机械转子轴向推力的测量上。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术的不足，本发明提供一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置及方法，
本发明通过以下方式实现:一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，包括转子以及套置在所述转子上的轴承箱，所述转子外壁上设置一环状推力盘，所述推力盘上设有与其轴向联动的环状推力瓦座，所述轴承箱内设有与所述推力瓦座匹配抵触的支撑感应件，所述推力盘通过推力瓦座挤压所述支撑感应件的感应面。在现有轴承箱内增设直接感应转子轴向推力的支撑感应件，既能直接监测转轴轴向推力实时变化，防止因监测延误而导致装置推力瓦或推力盘受损，还对监测工位周边环境温度要求较低，且设备结构简单，便于在原有结构上改造。推力盘通过推力瓦座将轴向推力传递至支撑感应件的感应面上，实现轴向推力数据实时监测。
[0009]作为优选，所述推力瓦座内缘面上设有匹配套置所述推力盘外缘的内凹环，所述内凹环的两侧壁上分别嵌设若干均匀布置的推力瓦，所述推力盘可转动地卡置在对应的推力瓦间，所述推力盘侧壁与推力瓦间设有油膜层。推力盘可转动地嵌置在所述内凹环中，既不影响转子转动，还能利用内凹环侧壁来传递转子的轴向推力;推力瓦既起到承受转子轴向推力的作用，还起到限制推力盘过度轴向位移的作用，确保转子始终处于正常工位。油膜层能有有效降低推力瓦与推力盘间的摩擦力，确保推力盘与推力瓦抵触时不会因推力盘转动而产生高温，进而对推力盘或推力瓦造成损坏。
[0010]作为优选，所述轴承箱内壁设有带外凹环的支撑座，所述支撑感应件嵌设在所述外凹环的侧壁上，所述推力瓦座外缘插入所述外凹环并与所述支撑感应件抵触连接。推力瓦座的进行运动被外凹环以及推力盘限制，使得推力瓦座只能做整体轴向运动，这就使得推力瓦座能完整传递来自推力盘的轴向推力，外凹环侧壁上的支撑感应件用于接收通过推力瓦座传递来的轴向推力，以此获得转子轴向推力数据。
[0011]作为优选，所述支撑感应件为四个，分别设置在两个所述支撑座内，所述支撑座分置在所述轴承箱的中分面处。四个支撑感应件分为两组，每组包括分置在外凹环两侧壁面上的支撑感应件，两组对称设置在转子两侧，优选位于轴承箱的中分面处，便于装配检修。转子发生轴向移动时，每组中至多只有一个支撑感应件被触发。
[0012]作为优选，所述支撑感应件包括一带敞口式内腔的油缸、设于所述内腔内端的弹性油囊以及可伸缩地插接在所述内腔外端的活塞体，所述活塞体外端外露于所述油缸敞口并形成与所述推力瓦座外缘抵触的感应面。支撑感应件通过其上的活塞体感应外界传递来的转子轴向推力，活塞体通过挤压弹性油囊来改变其内压力油压力，轴向推力由机械作用力转换为液压作用力，便于后期采集、监测。
[0013]作为优选，位于所述弹性油囊和活塞体间的内腔壁面上设有凸台，所述活塞体内端周缘设有与所述凸台匹配的内台肩，所述敞口内缘螺接有定位环，所述活塞体外端周缘设有与所述定位环匹配的外台肩，所述活塞体内端越过所述凸台并抵触在弹性油囊的外壁上，外端穿过所述定位环并外露，使得活塞体可在所述凸条和定位环间伸缩移动。活塞体的内端和外端均为小径段，中部为大径段，利用小径段与大径段间的内台肩和外台肩实现对活塞体活动范围进行限定，既确保活塞体不会因脱离油缸而无法对弹性油囊限位，还能确保活塞体不会因过度内腔内端挤压而使得弹性油囊破损，此外，对活塞体向内腔内端的位移进行限定，通过与其抵触的推力瓦座对推力盘进行轴向位移限定，确保转子不会因轴向位移过度而影响正常运转。定位环可拆卸地螺接在敞口内缘，既便于弹性油囊和活塞体安装，还能调节控制活塞体的伸缩运动幅度。
[0014]作为优选，所述活塞体在所述凸条和定位环间伸缩移动距离为0.lmm-0.3mm。通过限定活塞体的运动范围来防止转子因过度轴向位移而影响正常运转的情况发生，在轴向推力较大时，支撑座能对转子其轴向限位作用。
[0015]作为优选，所述弹性油囊充满所述内腔内端，所述内腔内端壁面上穿设分别与弹性油囊通连的注油管、排气管以及检测管，所述检测管上外露端串连一压力变送器。压力油通过注油管送入弹性油囊，弹性油囊内的空气通过排气管外排，弹性油囊内的压力油压力会外界作用力而发生改变，压力变送器能时时感知检测压力油压力变化，并将信号向外输送。
[0016]一种用于监测旋转机械转子轴向推力的方法，包括:
首先，将转子受到的轴向推力通过推力盘传递至推力瓦座上；
之后，所述推力瓦座再将受到的轴向推力传递至支撑感应件的感应面，利用支撑感应件将作用力转化为成液体压力信号；
最终，通过压力变送器检测获得液体压力信号进而计算获得转子轴向推力值。
[0017]作为优选，所述转子受到的轴向推力为F，在计算转子轴向推力时，通过以下公式计算:F=(P1+P2)*A，其中P1、P2为分别为设于转子轴向同侧压力变送器检测获得的油压压力，单位为兆帕斯卡;A是指活塞体内端面的面积，单位为平方毫米。
[0018]本发明的突出有益效果:将大型旋转机械转子在运行过程中产生的轴向推力等效的转换成易于测量的液体压力信号，通过测量液体压力，可计算出大型旋转机械在运行过程转子的轴向推力。在结构上，在轴承箱内增设直接感应转子轴向推力的支撑感应件，既能直接监测转轴轴向推力实时变化，防止因监测延误而导致装置推力瓦或推力盘受损，还对监测工位周边环境温度要求较低，且设备结构简单，便于在原有结构上改造。
【附图说明】
[0019]图1为本发明剖视结构示意图；
图2为支撑感应件剖视结构示意图；
图3为推力瓦在内凹环侧壁分布结构示意图；
图中:1、转子，2、轴承箱，3、推力盘，4、推力座，5、感应面，6、内凹环，7、推力瓦，8、外凹环，9、支撑座，10、油缸，11、弹性油囊，12、活塞体，13、凸台，14、内台肩，15、外台肩，16、定位环，17、注油管，18、排气管，19、检测管，20、压力变送器。
【具体实施方式】
[0020]下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明的实质性特点作进一步的说明。
[0021]如图1所示的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，由转子I以及套置在所述转子I上的轴承箱2组成，所述转子I外壁上设置一环状推力盘3，所述推力盘3上设有与其轴向联动的环状推力座4，所述轴承箱2内设有与所述推力座4匹配抵触的支撑感应件，所述推力盘3通过推力座4挤压所述支撑感应件的感应面5。
[0022]采用上述结构实施的一种用于监测旋转机械转子I轴向推力的方法，包括:
首先，将转子I受到的轴向推力通过推力盘3传递至推力座4上；
之后，所述推力座4再将受到的轴向推力传递至支撑感应件的感应面5，利用支撑感应件将作用力转化为成液体压力信号；最终，通过压力变送器20检测获得液体压力信号进而计算获得转子I轴向推力值。
[0023]通过本方法可准确的测量出大型旋转机械在运行过程的转子I轴向推力，测量系统简单、可靠性高。当转子I轴向推力测量值大于推力轴承可承受的最大值时，应立即跳闸停机，防止更加严重的设备损坏事故发生，有效的提高了大型旋转机械的安全可靠性。
[0024]转子I的轴向推力是大型旋转机械的关键参数，是很多故障的前兆，例如:通流部分结构故障、结垢等。这些故障或影响设备的经济性或引发更大的设备损坏事故。准确的测量其数值可帮助提高设备经济性和预防事故的发生。
[0025]所述支撑感应件为四个，分别设置在两个所述支撑座9内，所述支撑座9分置在所述轴承箱2的中分面处。由于支撑感应件为两组，当转子I向轴向任一侧移动时，都会同时且只能触发两个支撑感应件，通过这两个被触发支撑感应件上的压力变送器20检测获得的液体压力信号为Pl和P2，所述转子I受到的轴向推力为F，以此获得转子I轴向推力与液体压力间的转换公式:F=(P1+P2)*A，其中P1、P2为分别为设于转子I轴向同侧压力变送器20检测获得的油压压力，单位为兆帕斯卡;A是指活塞体12内端面的面积，单位为平方毫米。
[0026]在实际操作中，所述支撑感应件的数量及分布位置可以根据实际情况进行调整，例如增加至三组共六个支撑感应件，此时，当转子I向轴向任一侧移动时，都会同时且只能触发三个支撑感应件，且收集到三个液体压力信号Pl、P2、P3，则公式变为:F=(P1+P2+P3)*A，以此类推，使得公式根据实际装置结构进行调整，均应视为本发明的具体实施例。
[0027]在实际操作中，所述推力座4内缘面上设有匹配套置所述推力盘3外缘的内凹环6，所述内凹环6的两侧壁上分别嵌设若干均匀布置的推力瓦7，所述推力盘3可转动地卡置在对应的推力瓦7间，所述推力盘3侧壁与推力瓦7间设有油膜层。推力盘3与转子I为一体结构，且与转子I 一起转动，确保转子I的轴向推力能完整传递至推力盘3上，推力盘3通过推力座4与支撑座9配合，对转子I起到轴向限位作用。所述推力盘3为环状，且设于转子I外侧壁的周缘上，所述推力盘3两侧环形壁面与内凹环6的两侧壁面均为与转子I轴线垂直的径向平面，确保推力盘3和推力座4间作用力传递顺畅。
[0028]在实际操作中，所述推力瓦7呈扁平的扇形结构(如图3所示)，推力瓦7等距环绕嵌置在内凹环6的两侧壁面上，内凹环6的侧壁上设有与推力瓦7匹配的嵌槽，推力瓦7用于承担轴向推力并确保与推力盘3光滑滑动，所述推力瓦7的数量和位置可以根据实际情况进行增减和调整，均应视为本发明的具体实施例。
[0029]在实际操作中，所述轴承箱2内壁设有带外凹环8的支撑座9，所述支撑感应件嵌设在所述外凹环8的侧壁上，所述推力座4外缘插入所述外凹环8并与所述支撑感应件抵触连接。外凹环8上设有支撑感应件，支撑感应件的感应面5与推力座4外缘侧壁匹配，且两者均与转子I轴向垂直设置，使得推力座4能将轴向推力完整传递至支撑感应件上，确保两者不会因抵触时作用力过大而发生斜向偏离的情况。
[0030]在实际操作中，所述支撑感应件包括一带敞口式内腔的油缸1、设于所述内腔内端的弹性油囊11以及可伸缩地插接在所述内腔外端的活塞体12，所述活塞体12外端外露于所述油缸10敞口并形成与所述推力座4外缘抵触的感应面5。所述弹性油囊11充满所述内腔内端，所述内腔内端壁面上穿设分别与弹性油囊11通连的注油管17、排气管18以及检测管19，所述检测管19上外露端串连一压力变送器20(如图2所示)。所述活塞体的外端外露于敞口，使得活塞体外端面能顺利与推力座外缘侧壁抵触。
[0031]在安装时，通过以下步骤实现:
1.将弹性油囊11通过敞口装入内腔的内端，并将注油管17、排气管18以及检测管19穿过油缸10壁面后与弹性油囊11通连；
2.将活塞体12通过敞口插入内腔外端；
3.将定位环16螺接在敞口内缘处，为活塞体12在所述凸台和定位环16间预留0.1mm-0.3mm的预设轴向移动值。
[0032]4.通过注油管17向弹性油囊11注入压力油，弹性油囊11内的空气通过排气管18外排，使得压力油充满弹性油囊11。
[0033]通过上述步骤实现支撑感应件装配。
[0034]在实际操作中，油缸10的高度一般为2_3cm。为防止油缸10中的压力油外溢，压力油应该充满弹性油囊11，弹性油囊11类型由压力油等级和类型确定。注入的压力油一般为粘稠性，体积模量较大的油液，因为体积模量较大的液体不易被压缩，既有效增加支撑感应件的量程，确保活塞体12在承受较大作用力时内台肩14不会因与凸台13抵触而丧失压力变送器20数据精准度，还能保证推力座4的轴向位置的稳定。
[0035]在实际操作中，弹性油囊11的材质强度由压力油的压力等级确定，在符合强度要求的情况下，弹性油囊11的材质宜采用弹性系数较小的材料，使得弹性油囊11充满内腔内端时，其弹性张力较小，内外压力差也会较小，可保证推力瓦7的轴向推力信号能完整的转换成压力油的压力信号，有效提高本发明的测量精度。
[0036]在实际操作中，受到油缸10内腔壁面的限制，弹性油囊11的形状基本不变，其弹性张力也是一个恒定值，具体数值可由试验确定。
[0037]在实际操作中，位于所述弹性油囊11和活塞体12间的内腔壁面上设有凸台13，所述活塞体12内端周缘设有与所述凸台13匹配的内台肩14，所述敞口内缘螺接有定位环16，所述活塞体12外端周缘设有与所述定位环16匹配的外台肩15，所述活塞体12内端越过所述凸台13并抵触在弹性油囊11的外壁上，外端穿过所述定位环16并外露，使得活塞体12可在所述凸台和定位环16间伸缩移动。当油缸10中的压力油发生外溢后，这种内台肩14与凸台13配合承担推力座4的轴向推力，使推力瓦7不会出现超过预设轴向移动值，有效防止由于压力油外溢，导致大型旋转机械转子I的轴向移动位移过大，保证推力瓦7正常工作，并有效的提高该型推力座4支撑型式的可靠性。所述预设轴向移动值为0.lmm-0.3mm，优选为
0.2mm，可以根据实际情况通过旋转定位环16来调整，均应视为本发明的具体实施例。
【主权项】
1.一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，包括转子(I)以及套置在所述转子(I)上的轴承箱(2)，其特征在于，所述转子(I)外壁上设置一环状推力盘(3)，所述推力盘(3)上设有与其轴向联动的环状推力座(4)，所述轴承箱(2)内设有与所述推力座(4)匹配抵触的支撑感应件，所述推力盘(3)通过推力座(4)挤压所述支撑感应件的感应面(5)。2.根据权利要求1所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，所述推力座(4)内缘面上设有匹配套置所述推力盘(3)外缘的内凹环(6)，所述内凹环(6)的两侧壁上分别嵌设若干均匀布置的推力瓦(7)，所述推力盘(3)可转动地卡置在对应的推力瓦(7)间，所述推力盘(3)侧壁与推力瓦(7)间设有油膜层。3.根据权利要求2所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，所述轴承箱(2)内壁设有带外凹环(8)的支撑座(9)，所述支撑感应件嵌设在所述外凹环(8)的侧壁上，所述推力座(4)外缘插入所述外凹环(8)并与所述支撑感应件抵触连接。4.根据权利要求3所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，所述支撑感应件为四个，分别设置在两个所述支撑座(9)内，所述支撑座(9)分置在所述轴承箱(2)的中分面处。5.根据权利要求3所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，所述支撑感应件包括一带敞口式内腔的油缸(10)、设于所述内腔内端的弹性油囊(11)以及可伸缩地插接在所述内腔外端的活塞体(12)，所述活塞体(12)外端外露于所述油缸(10)敞口并形成与所述推力座(4)外缘抵触的感应面(5)。6.根据权利要求5所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，位于所述弹性油囊(11)和活塞体(12)间的内腔壁面上设有凸台(13)，所述活塞体(12)内端周缘设有与所述凸台(13)匹配的内台肩(14)，所述敞口内缘螺接有定位环(16)，所述活塞体(12)外端周缘设有与所述定位环(16)匹配的外台肩(15)，所述活塞体(12)内端越过所述凸台(13)并抵触在弹性油囊(I I)的外壁上，外端穿过所述定位环(16)并外露，使得活塞体(12)可在所述凸台和定位环(16)间伸缩移动。7.根据权利要求6所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，所述活塞体(12)在所述凸台和定位环(16)间伸缩移动距离为0.1mm-0.3mm。8.根据权利要求6所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的装置，其特征在于，所述弹性油囊(11)充满所述内腔内端，所述内腔内端壁面上穿设分别与弹性油囊(11)通连的注油管(17)、排气管(18)以及检测管(19)，所述检测管(19)上外露端串连一压力变送器(20)。9.一种用于监测旋转机械转子轴向推力的方法，其特征在于，首先，将转子(I)受到的轴向推力通过推力盘(3)传递至推力座(4)上，之后，所述推力座(4)再将受到的轴向推力传递至支撑感应件的感应面(5)，利用支撑感应件将作用力转化为成液体压力信号，最终，通过压力变送器(20)检测获得液体压力信号进而计算获得转子(I)轴向推力值。10.根据权利要求9所述的一种用于监测旋转机械转子轴向推力的方法，其特征在于，所述转子(I)受到的轴向推力为F，F=(P1+P2)*A，其中P1、P2为分别为设于转子(I)轴向同侧压力变送器(20)检测获得的油压压力，单位为兆帕斯卡;A是指活塞体(12)内端面的面积，单位为平方毫米。
【文档编号】G01L5/12GK105910745SQ201610472411
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】谢尉扬, 朱宝, 周仁米, 董益华, 顾伟飞
【申请人】浙江浙能技术研究院有限公司