水电机组复合材料智能推力轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种水电机组复合材料智能推力轴承，该轴承通过在单个扇形推力瓦上镶嵌磨损传感元件、摩擦传感元件、油膜温度传感元件和油膜厚度传感元件，实现在线监测推力轴承运行时，流体润滑、边界润滑的摩擦、磨损和油膜温度、厚度实时变化的状态分析；并且与机组现有运行信息如：轴瓦工作压力、转速、瓦体温度、油温、冷却水温度、油质变化、机组震动等各种相关信息互联互通，实现大数据传输、储存、个性化分析与诊断；解决电站难点、痛点的隐性需求，对机组安全运行与健康维护体现在，个性化界定机组安全运行标准，时实预测机组运行健康状态分析与诊断，为电站运行降成本增效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轴承领域，更具体涉及水电机组复合材料智能推力轴承。
技术介绍
弹性金属塑料推力轴瓦是近二十年来，一种新型塑料金属复合材料轴瓦，其产品具有诸多优异突出性能，替代传统的巴氏合金轴瓦在水力发电设备、磨机齿轮箱、冶金设备等行业得到广泛的应用。虽然产品具有诸多的先进技术性能，但产品工作时的运行状态监测技术还比较落后，特别是采用科学的监测技术进行在线动态监测轴瓦运行的健康状态、预警和预防性维护等大数据智能分析，目前尚处于空白状况。弹性金属塑料推力轴瓦的磨损情况检测，现有技术将轴瓦出油边的外端、内端、中部的摩擦面上，加工3个环形沟槽，每组设不同深度的4道沟槽，沟槽深度分别为0.05mm、0.10mm、0.15mm、0.2mm，在静态下依靠目测观察检验磨损情况。如：弹性金属塑料推力轴瓦用于水电机组，对其磨损情况检验，一般需待1～4年进行小修或大修时，才能进行磨损检验和寿命终了的判断，如果轴瓦在停机检修之前已发生严重磨损，在未知情的状况下继续运行，易导致轴瓦事故，影响机组的安全运行。如果采取非正常停机检验，电站将造成停机欠发电的经济损失，特别是大型或巨型水电机组的非正常停机造成的经济损失是巨大的。弹性金属塑料轴瓦由于受到诸多因素影响，部分轴瓦运行时有偏载(偏磨)状况，此状况若不能得到及时纠偏，将大幅度降低轴瓦运行的安全裕度。目前，对轴瓦运行是否存在偏载状况，只能待停机后靠目测观察外端和内端磨痕分布或环形槽磨损情况进行判断。弹性金属塑料轴瓦在多年使用中，时有个别轴瓦瓦面发生严重磨损或烧瓦事故，一般原因是由于轴瓦运行温度超过允许值，润滑油温度升高，使润滑油的粘度降低，导致压力油膜减薄，当油膜厚度低于最小安全油膜厚度甚至油膜破坏时，轴瓦与摩擦偶件(镜板)发生直接接触，导致轴瓦磨损或损坏。所以，轴瓦运行时进行在线动态监测油膜温度和油膜厚度，对保证轴瓦的安全运行非常重要。现有技术，塑料瓦制造行业和使用单位，普遍采用测量巴氏合金轴瓦的常规方法监测塑料瓦基体温度。由于弹性金属塑料轴瓦表面塑料层导热性能较差，有一定的阻热性，它的阻热性可有效减少瓦基体的热变形，对推力轴承使用性能来说这是一大优点。但同时也存在缺点，阻热性导致轴瓦运行时瓦面温度与瓦体温度梯度比较大，现有技术所监测到的塑料瓦报警或停机温度与工作面实际温度有严重滞后现象，一旦工作面温度达到或超过预设许用值时，不能及时采取措施，易导致轴瓦事故发生。在现有技术中，除了监测轴瓦基体温度外，对油膜厚度没有实施监测技术。边界润滑条件下油膜厚度变薄，油膜温度升高，磨损增加，一般传统材料摩擦性能低且不耐磨的产品，如：巴氏合金轴瓦等，在边界润滑条件下无法正常工作。低摩擦、高耐磨复合材料的岀现，实现了从流体润滑到边界润滑的统一，如：改性聚四氟乙稀弹性金属塑料堆力轴瓦取消高压油顶起的应用和水润滑应用等。实验表明低摩擦、高耐磨具有自润滑性能的新材料轴承，在边界润滑条件下具有一定可靠的特殊使用性能，仅靠现有测量技术难以充分发挥低摩擦、高耐磨、高性能新材料的潜在边界润滑特性。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提出一种结构简单的在线动态智能信息采集推力轴承。该轴承产品实现在线监测轴瓦运行时，流体润滑与边界润滑的摩擦、磨损条件变化状况，并对轴瓦长期运行的信息进行采集和传输，实现大数据分析。本专利技术采集项目包括：(1)轴瓦在流体动压润滑的磨损数据采集；(2)偏载(偏磨)信息采集；(3)对轴瓦运行的摩擦状态(边界润滑、正常油膜润滑、混合摩擦)的不同摩擦状态进行实时信息采集；(4)对压力油膜温度进行实时采集；(5)对压力油膜厚度进行实时采集；(6)轴瓦全生命周期终了信息釆集；(7)对润滑油中存有金属异物进行辅助预警；(8)对机组启、停机和机组停机时间实施在线信息釆集；(9)对轴瓦的安装状态(各轴瓦接触、受力状态)进行信息采集和对机组启动调试瓦块受力及摩擦状态提供信息采集。(10)本专利装置信息采集结合现有在线釆集技术，如：瓦体温度、冷却水及油温和油品检测技术等，构成对机组运行信息采集、信息传输、大数据分析、全生命周期、预防性安全维护与“健康”诊断。为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：水电机组复合材料智能推力轴承，在单个扇形推力瓦上由瓦内端出油边向瓦外端径向直线线性布局镶嵌磨损传感元件、摩擦传感元件、油膜温度传感元件和油膜厚度传感元件；其中，磨损传感元件数量不少于2个，由扇形推力瓦内侧端部和外侧端部向中部延伸布置；摩擦传感元件、油膜温度传感元件和油膜厚度传感元件位于磨损传感元件之间区域；磨损传感元件和摩擦传感元件均为导电柱摩擦面传感装置，且通过导电柱摩擦面与轴承的镜板导电体产生触发连接；进一步的，摩擦传感元件镶嵌于单件扇形推力瓦由内端沿出油边向外端方向直线距离的三分之一处；磨损传感元件数量为大于2的奇数个时，优先布局扇形推力瓦外侧端部摩擦传感元件。进一步的，单个扇形推力瓦上磨损传感元件、摩擦传感元件、油膜温度传感元件和油膜厚度传感元件安装位置，预设有用于磨损传感元件、摩擦传感元件、油膜温度传感元件和油膜厚度传感元件嵌入安装的安装孔槽，且安装孔槽为瓦基端大孔径，瓦面端小孔径的阶梯孔结构；摩擦传感元件包括：摩擦导电体、导线、绝缘垫圈和紧固螺母；摩擦导电体为由铜棒端头烧结青铜丝，在其表面复合碳纤维改性聚四氟乙稀导电塑料，装入绝缘套内；其中，绝缘套形状与安装孔槽匹配，顶部能够伸出于安装孔槽瓦面端开孔；摩擦导电体和绝缘套装配后从瓦基向瓦面方向装入安装孔槽内，安装孔槽瓦基端开孔放置绝缘垫圈，最后通过紧固螺母与安装孔槽瓦基端螺纹配合固定封堵，此时摩擦导电体伸出于安装孔槽瓦面端开孔的摩擦面与扇形推力瓦的瓦面平齐，装配后摩擦导电体的摩擦面与镜板有效贴合，安装孔槽径向至瓦边缘的瓦面切削加工有泄油道；导线一端与摩擦导电体连接另一端通过安装孔槽上预设与外界连通通孔导出；在流体动压润滑条件下，润滑油膜具有绝缘特性，摩擦导电体的摩擦面与镜板被压力油膜隔离，监测不到接触信号，表明轴承处于油膜润滑状态；当测得摩擦导电体的摩擦面与镜板产生间断接触信号，表明轴承处于边界润滑状态；当测得联续接触信号，表明轴瓦与镜板处于混合润滑状态或停止状态；由于每个瓦全部镶嵌有摩擦元件，在安装推力瓦时既能在线监测装配质量，又能在线监测检验机组启动调试运行时的推力瓦均衡受力状态。安装推力瓦校平后，由于每块瓦都镶嵌有摩擦元件，镜板压在推力瓦上时，全部显示接触信号表明安装良好，可进一步受力调整，如果个别瓦不显示信号则表明该瓦需调整，直到显示信号为止。机组启动运行还能检验监测推力瓦的安装质量，在机组启动形成动压润滑油膜之前的短暂时间内，产生由混合润滑、边界润滑的接触信号形成到消失的过程。如果全部推力瓦显示摩擦信号一致说明轴瓦装配良好，如果显示不一致说明推力瓦需要再精确调整。进一步的，磨损传感元件包括：触发磨损导电柱、磨损检测位绝缘套、磨损检测位导线、磨损检测位绝缘垫圈和磨损检测位紧固螺母；磨损传感元件的孔内装配结构与摩擦传感元件相同，即，触发磨损导电柱装入磨损检测位绝缘套内，装配后从瓦基向瓦面方向装入安装孔槽内，安装孔槽瓦基端开孔放置磨损检测位绝缘垫圈，最后通过磨损检测位紧固螺母与安装孔槽瓦基端螺纹配合固定封堵，此时触发磨损导电柱伸出于安装孔槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
水电机组复合材料智能推力轴承，其特征在于：在扇形推力瓦(100)上由瓦内端出油边向瓦外端径向直线线性布局镶嵌磨损传感元件、摩擦传感元件(B)、油膜温度传感元件(C)和油膜厚度传感元件(D)；其中，磨损传感元件数量不少于2个，由扇形推力瓦(100)内侧端部和外侧端部向中部延伸布置；摩擦传感元件(B)、油膜温度传感元件(C)和油膜厚度传感元件(D)位于磨损传感元件之间区域；磨损传感元件和摩擦传感元件(B)均为导电柱摩擦面传感装置，且通过导电柱摩擦面与轴承的镜板(4)导电体产生触发连接。

【技术特征摘要】
1.水电机组复合材料智能推力轴承，其特征在于：在扇形推力瓦(100)上由瓦内端出油边向瓦外端径向直线线性布局镶嵌磨损传感元件、摩擦传感元件(B)、油膜温度传感元件(C)和油膜厚度传感元件(D)；其中，磨损传感元件数量不少于2个，由扇形推力瓦(100)内侧端部和外侧端部向中部延伸布置；摩擦传感元件(B)、油膜温度传感元件(C)和油膜厚度传感元件(D)位于磨损传感元件之间区域；磨损传感元件和摩擦传感元件(B)均为导电柱摩擦面传感装置，且通过导电柱摩擦面与轴承的镜板(4)导电体产生触发连接。2.根据权利要求1所述的水电机组复合材料智能推力轴承，其特征在于：所述摩擦传感元件(B)镶嵌于单件扇形推力瓦(100)由内端沿出油边向外端方向直线距离三分之一处；所述磨损传感元件数量为大于2的奇数个时，优先布局扇形推力瓦(100)外侧端部摩擦传感元件。3.根据权利要求1或2所述的水电机组复合材料智能推力轴承，其特征在于：单个扇形推力瓦(100)上磨损传感元件、摩擦传感元件(B)、油膜温度传感元件(C)和油膜厚度传感元件(D)安装位置，预设有用于磨损传感元件、摩擦传感元件(B)、油膜温度传感元件(C)和油膜厚度传感元件(D)嵌入安装的安装孔槽(5)，且安装孔槽(5)为瓦基端大孔径，瓦面端小孔径的阶梯孔结构；所述摩擦传感元件(B)包括：摩擦导电体(1)、导线(3)、绝缘垫圈(6)和紧固螺母(7)；所述摩擦导电体(1)为由铜棒端头烧结青铜丝，在其表面复合碳纤维改性聚四氟乙稀导电塑料，装入绝缘套(2)内；其中，绝缘套(2)形状与安装孔槽(5)匹配，顶部能够伸出于安装孔槽(5)瓦面端开孔；摩擦导电体(1)和绝缘套(2)装配后从瓦基向瓦面方向装入安装孔槽(5)内，安装孔槽(5)瓦基端开孔放置绝缘垫圈(6)，最后通过紧固螺母(7)与安装孔槽(5)瓦基端螺纹配合固定封堵，此时摩擦导电体(1)伸出于安装孔槽(5)瓦面端开孔的摩擦面与扇形推力瓦(100)的瓦面(8)平齐，装配后摩擦导电体(1)的摩擦面与镜板(4)有效贴合，安装孔槽(5)径向至瓦边缘的瓦面(8)切削加工有泄油道(9)；导线(3)一端与摩擦导电体(1)连接另一端通过安装孔槽(5)上预设与外界连通通孔导出。4.根据权利要求1所述的水电机组复合材料智能推力轴承，其特征在于：所述磨损传感元件包括：触发磨损导电柱(11)、磨损检测位绝缘套(12)、磨损检测位导线(13)、磨损检测位绝缘垫圈(17)和磨损检测位紧固螺母(18)；磨损传感元件的孔内装配结构与摩擦传感元件(B)相同，即，触发磨损导电柱(11)装入磨损检测位绝缘套(12)内，装配后从瓦基向瓦面方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏东，孙成玉，双文，刘志丹，李云龙，何玉文，
申请(专利权)人：大连三环复合材料技术开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21