CN103543014B - 贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统。该系统包括油膜温度传感器、油膜压力传感器、油膜厚度传感器、光电编码器、滑环、系统主机、远程计算机。随着机组转动，光电编码器以等角度输出脉冲信号，该信号对采集系统进行触发，可以对轴承润滑参数进行等角度实时采集。远程计算机和系统主机之间使用以太网通讯交换数据，主机在程序控制下进行高速采集，采集完成后通过以太网络将数据上传远程计算机中进行显示、保存、分析，一旦发生故障，及时发出报警信号，从而实现灯泡式贯流水轮发电机组径向轴承的状态监测，保证水轮发电机组运行安全。

Description

贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统

技术领域：

本发明涉及一种用于灯泡式贯流水轮发电机组径向轴承运行状态的监测系统。

背景技术：

我国地域广阔，低水头水力资源十分丰富，灯泡贯流水轮发电机组适用于低水头径流式电站，具有效率高、机组尺寸小，重量轻、节省投资等优点，目前已被广泛应用。在灯泡式贯流机组中，径向轴承承受着气隙偏心引起的磁拉力和转动部分的全部重量，其工作性能及运行状态直接关系到机组的运行是否安全可靠。因此在灯泡式贯流水轮发电机运行过程中监测径向轴承的运行状态就显得十分重要。

目前，监测径向轴承运行状态的主要手段是通过监测轴瓦的温度实现的，当监测到轴瓦温度异常时给出报警信号，但是，当轴瓦温度升速过快的情况出现时，已经发生了烧瓦事故，才导致温度升高，所以这种监测方法只能防止事故进一步严重下去，却不能在事故发生前进行判断。而本发明是通过实时采集径向轴承运行时的油膜厚度、油膜压力及油膜温度等润滑参数来综合判断径向轴承的运行状态，一旦出现润滑参数异常即可触发报警，可以防止烧瓦事故的发生。

发明内容：

本发明的目的是公开一种贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统，该系统能够在灯泡式贯流水轮发电机组运行时对径向轴承的油膜厚度、油膜压力、油膜温度等数据进行实时采集。

本发明的技术方案为：一种贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统，该系统包括油膜温度传感器、油膜压力传感器、油膜厚度传感器、光电编码器、滑环、系统主机、远程计算机；油膜温度传感器安装在径向轴承的轴瓦上，每块轴瓦上布置4个油膜温度传感器，油膜压力传感器安装在水轮发电机转轴上，在水轮发电机转轴与轴瓦接触的尺寸范围内沿轴向均匀分布安装4个测点，油膜厚度传感器同样安装在转子上，在水轮发电机转轴圆周方向上与油膜压力传感器成轴对称分布；系统主机安装于密封端盖上，油膜温度传感器的信号线沿轴承油槽壁引出到油槽外，并连接到系统主机上，油膜压力传感器和油膜厚度传感器的信号线沿空心轴连接到滑环上，通过滑环连接到系统主机上，光电编码器的信号线连接到系统主机上，系统主机通过以太网数据传输线连接到远程计算机；机组启动以后，安装在转轴端部的光电编码器产生的定位信号Z和每圈500次的脉冲触发信号A进入数字IO模块U3，油膜压力传感器的输出信号S11、S12、S13、S14进入采集卡U4，油膜厚度传感器的输出信号S21、S22、S23、S24进入采集卡U5，油膜温度传感器的输出信号S31、S32、S33、S34进入采集卡U6；系统主机程序运行后，等待远程计算机发送采集指令，收到指令后，数字IO模块U3监测定位信号Z，收到该信号后监测脉冲触发信号A，每收到一次A信号后会触发系统进行一次数据采集，当U3再次接收到Z信号后停止监测A信号，完成整个圆周的数据采集任务，系统主机继续等待远程计算机发送的下一次采集指令；采集整个圆周的数据后，系统主机将采集到的数据进行编码，并通过以太网将数据传输到远程计算机中进行处理，远程计算机收到数据后进行数据分析、显示、保存。

技术效果：

本发明中采用了动态扫描的方式监测贯流水轮发电机组径向轴承的润滑参数，将传感器安装在转轴上进行数据采集，因为在轴承瓦面上布置大量的传感器势必影响轴承的性能，所以通常情况都不对径向轴承的油膜厚度和油膜压力进行监测，而是使用温度来反映轴承状态，但是轴承的油膜厚度和油膜温度比轴承温度更能直接反映出轴承的运行状态，本发明中采用的方案能够在不影响轴承性能的前提下监测到轴承的油膜厚度和油膜压力，能够提前发现轴承故障，为机组的安全运行提供保障，并能为机组状态检修提供依据。

机组运行时，本监测系统的数据采集卡受定位脉冲信号Z的控制，保证每次采集都能够得到转子转动一圈的数据，通过光电编码器的脉冲信号A将圆周平均分配成500份，每监测到一个触发脉冲信号A就可以对轴承参数进行一次采集，大量的数据足以将轴承的运行状态表征出来。

贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统的主机，采用NI公司的CompactRIO设备，CompactRIO是一种可重新配置的嵌入式控制和采集系统，使用FPGA机箱，可以方便的进行现场程序配置，并能够通过硬件门电路实现软件逻辑，保证系统的实时性和同步性，此外，CompactRIO可选择多种控制器和IO模块，系统尺寸小、模块组合灵活，适合复杂的工业环境下进行嵌入式应用。

远程计算机采用工业级计算机，配备windows操作系统，安装贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统分析软件，可以将收到的数据进行分析、显示和保存，一旦出现油膜厚度过薄、油膜压力异常或者油膜温度升速过快等现象，远程计算机会给出报警信号，提醒操作人员进行处理，保证轴承的运行安全。

附图说明：

图1是发明中油膜温度传感器在轴瓦上的布置图

图2是发明中油膜压力传感器和油膜厚度传感器在转轴上的布置图

图3是发明主机原理框图

图4是发明应用工作连接框图

具体实施方式：

油膜温度传感器安装在径向轴承的轴瓦上，每块轴瓦上布置4个油膜温度传感器，位置如图1所示。油膜压力传感器安装在转轴上，在转轴与轴瓦接触的尺寸范围内沿轴向均匀分布安装4个测点，确保每支传感器都在轴瓦范围内，油膜厚度传感器同样安装在转子上，在转轴圆周方向上与油膜压力传感器成轴对称分布，这两种传感器在转轴上的布置图如图2所示。转轴转动一周，油膜压力传感器和油膜厚度传感器会分别扫过每块推力瓦面，同时光电编码器会以等角度发出触发脉冲信号，系统主机在运行程序的控制下按触发脉冲信号进行数据采集，从而得到每块推力瓦上的润滑参数数据。随着机组的转动，水轮发电机组径向轴承状态监测系统的主机可以采集到大量的数据，这些数据通过以太网上传到远程计算机中进行处理，可以精确显示轴承运行状态。

系统主机结构如图3所示，包括NI-CRIO9024控制器模块U1、NI-CRIO9116FPGA模块U2、NI-9401数字IO模块U3、NI-9223油膜压力数据采集模块U4、NI-9223油膜厚度采集模块U5、NI-9217油膜温度采集模块U6。

贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统系统的安装应用如图4所示，其中：1为光电编码器；2为滑环；3为系统主机；4为以太网数据传输线；5为密封端盖；6为径向轴承；7为油膜温度传感器；8为油膜压力传感器；9为水轮发电机转轴；10为油膜厚度传感器。

系统主机3安装于密封端盖5上，油膜温度传感器7安装在径向轴承6上，油膜温度传感器7的信号线沿轴承油槽壁引出到油槽外，并连接到系统主机3上，油膜压力传感器8和油膜厚度传感器10安装水轮发电机转轴9上，油膜压力传感器8和油膜厚度传感器10的信号线沿空心轴连接到滑环2上，通过滑环2连接到系统主机3上，光电编码器1的信号线连接到系统主机3上，系统主机3通过以太网数据传输线4连接到远程计算机，在远程计算机上安装贯流水轮发电机径向轴承状态监测系统分析软件，对采集到的数据进行分析处理。

机组启动以后，安装在转轴端部的光电编码器会产生每圈1次的定位信号Z和每圈500次的脉冲信号A，信号Z、A进入数字IO模块U3，油膜压力传感器的输出信号S11、S12、S13、S14进入采集卡U4，油膜厚度传感器的输出信号S21、S22、S23、S24进入采集卡U5，油膜温度传感器的输出信号S31、S32、S33、S34进入采集卡U6，由系统主机进行润滑参数数据采集。

监测系统开始工作后，按照以下步骤进行工作：①贯流水轮发电机径向轴承状态监测系统主机3与远程计算机之间进行通讯并确认建立连接；②远程计算机向监测系统主机3发送采集开始指令；③系统主机3循环监测定位脉冲信号Z；④系统主机3收到定位脉冲信号Z后开始循环监测采集触发信号A；⑤系统主机3收到每收到一次触发信号A就进行一次数据采集；⑥系统主机3再次收到定位信号Z后停止监测触发信号A，完成整个圆周的数据采集任务，然后系统主机等待远程计算机的指令；⑦主机将采集到的数据进行编码，然后通过以太网传输到远程计算机。在远程计算机上可以设置采集时间间隔，当间隔时间到来时重复步骤②到步骤⑦，周而复始的运行。

采集到的数据会立即上传到远程计算机进行处理，远程计算机内装有贯流水轮发电机径向轴承状态监测系统分析程序，可以将采集到的润滑参数数据绘制成图形以便直观的显示轴承的运行状态，同时将数据保存到计算机硬盘上。当发现油膜厚度过薄、油膜压力异常或者油膜温度升速过快时就会触发报警提示，提醒操作人员采取进一步的措施，避免出现烧瓦等事故，为机组的运行安全提供一份保障。

Claims (2)

1.一种贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统，其特征是：该系统包括油膜温度传感器（7）、油膜压力传感器（8）、油膜厚度传感器（10）、光电编码器（1）、滑环（2）、系统主机（3）、远程计算机；油膜温度传感器（7）安装在径向轴承（6）的轴瓦上，每块轴瓦上布置4个油膜温度传感器（7），油膜压力传感器（8）安装在水轮发电机转轴（9）上，在水轮发电机转轴（9）与轴瓦接触的尺寸范围内沿轴向均匀分布安装4个测点，油膜厚度传感器（10）同样安装在转子上，在水轮发电机转轴（9）圆周方向上与油膜压力传感器（8）成轴对称分布；系统主机（3）安装于密封端盖（5）上，油膜温度传感器（7）的信号线沿轴承油槽壁引出到油槽外，并连接到系统主机（3）上，油膜压力传感器（8）和油膜厚度传感器（10）的信号线沿空心轴连接到滑环（2）上，通过滑环（2）连接到系统主机（3）上，光电编码器（1）的信号线连接到系统主机（3）上，系统主机（3）通过以太网数据传输线（4）连接到远程计算机；机组启动以后，安装在转轴（9）端部的光电编码器（1）产生的定位信号Z和每圈500次的脉冲触发信号A进入数字IO模块U3，油膜压力传感器（8）的输出信号S11、S12、S13、S14进入采集卡U4，油膜厚度传感器（10）的输出信号S21、S22、S23、S24进入采集卡U5，油膜温度传感器（7）的输出信号S31、S32、S33、S34进入采集卡U6；系统主机（3）程序运行后，等待远程计算机发送采集指令，收到指令后，数字IO模块U3监测定位信号Z，收到该信号后监测脉冲触发信号A，每收到一次A信号后会触发系统进行一次数据采集，当U3再次接收到Z信号后停止监测A信号，完成整个圆周的数据采集任务，系统主机（3）继续等待远程计算机发送的下一次采集指令；采集整个圆周的数据后，系统主机（3）将采集到的数据进行编码，并通过以太网将数据传输到远程计算机中进行处理，远程计算机收到数据后进行数据分析、显示、保存。

2.根据权利要求1所述的贯流水轮发电机组径向轴承状态监测系统，其特征是：所述的系统主机（3），采用NI公司的CompactRIO设备,其结构包括NI-CRIO9024控制器模块U1、NI-CRIO9116FPGA模块U2、NI-9401数字IO模块U3、NI-9223油膜压力数据采集模块U4、NI-9223油膜厚度采集模块U5、NI-9217油膜温度采集模块U6。