CN107478724A - 一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，包括设于主泵主轴上，用于建立主轴表面缺陷的起始位置的键相器标记；用于检测主泵主轴的键相位，并以此位置为零位旋转，用弧度来描述主泵主轴表面缺陷的起始位置和结束位置的键相传感器；用于测量主泵主轴本身的振动的振动传感器；用于接受振动传感器和键相传感器的信号，并进行数据处理的信号接收和处理单元；用于对信号接收和处理单元处理后的数据进行显示的显示终端。本发明还提供了一种核电站主泵主轴表面缺陷测量方法。本发明可以检测出主轴表面缺陷的大小、深度和相对位置，检测结果准确，方便检修人员对主泵及时进行检修，消除了主泵运行的安全隐患。

Description

一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置及方法，属于汽轮机监视 保护仪表(TSI)检测技术领域。
背景技术
汽轮机监视保护仪表(TSI)通常都安装有振动监视保护仪表，以连续在线 监视和保护核电站主泵主轴的振动。由于核电站主泵在安装过程中二个轴承之间 的不对中、轴承座基础的刚性不好、轴承和主轴的磨损、在主泵运行过程中的动 静相互碰撞、主泵叶片的表面侵蚀、主泵内部存在异物等诸多因素，在主泵运行 过程中会造成主泵振动大，过大的振动轻者会产生噪音，影响环境，重者会影响 主泵的寿命，甚至造成主泵的损坏，造成核电机组强迫停机，会造成不可估量的 损失。因此，在核电站主泵运行过程中，必须安装振动监视保护仪表，以连续在 线监视主泵振动参数。确保振动参数运行在安全范围内，是保证核电站主泵安全 运行的重要参数之一。由于振动测量是一种精密测量，其测量数据是微米数量级， 一般情况下，核电站主泵在运行过程中，其主轴的振动峰峰值不允许超过 50umPK-PK，如果监视到的振动测量值超过此设定值，必须强迫停泵，进行检 修，以便确认造成振动过大的原因。
国内某核电站1号发电机组的2号主泵(一台发电机组共有四台主泵)，在 主泵运行过程中一直振动指示偏大，经过几次停机检修，没有查找到原因和解决 方案，后来经过多方专家讨论和论证，形成共识。一致认为：有可能是由于在振 动传感器的安装位置处，主轴的表面的凹陷或者裂缝造成的，因为主轴表面的微 小凹陷和细微裂缝凭肉眼是看不出来的，但这种主轴表面的微小缺陷会直接影响 主泵的振动测量值的准确性，干扰专家们对主泵运行状态的判断。所以迫切需要 有一种能够对主轴表面进行缺陷测量和处理的装置。
核电站主泵主轴的表面缺陷主要包括主轴表面的凹陷、表面裂缝和表面不光 滑，目前的市场上没有针对核电站主泵主轴表面进行缺陷测量和处理的此类装 置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够测量出核电站主泵主轴表面缺陷 的装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种核电站主泵主轴表面 缺陷测量装置，其特征在于：包括
设于主泵主轴上，用于建立主轴表面缺陷的起始位置，即键相位，的键相器 标记；
用于检测主泵主轴的键相位，并以此位置为零位旋转，用弧度来描述主泵主 轴表面缺陷的起始位置和结束位置的键相传感器；
用于测量主泵主轴本身的振动的振动传感器；
用于接受振动传感器和键相传感器的信号，并进行数据处理的信号接收和处 理单元；
用于对信号接收和处理单元处理后的数据进行显示的显示终端。
优选地，所述键相器标记包括金属块，金属块中间设有槽，刺毛搭带从金属 块中间的槽内穿过。
优选地，所述金属块由与主泵主轴材料相同的金属制成。
优选地，所述毛搭带的长度正好包围主泵主轴表面一周且搭牢。
优选地，所述键相传感器的探头正对着键相器标记的金属块，二者安装间隙 为1.5±0.5mm。
优选地，所述键相传感器通过活动式吸盘支架设于主泵的轴承座上。
优选地，所述振动传感器通过振动支架刚性固定在主泵的轴承座上。
优选地，在主泵主轴上，固定键相器标记的位置与振动传感器的位置之间的 距离大于80mm。
优选地，所述键相传感器为电涡流式位移传感器。
本发明还提供了一种核电站主泵主轴表面缺陷测量方法，采用上述的核电站 主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：步骤为：
步骤1：在主泵主轴上建立一个主轴表面缺陷的起始位置，并在该位置加装 一个键相器标记；
步骤2：调节键相传感器和振动传感器的相对位置，保证二者之间不产生相 互干扰；
步骤3：主泵主轴旋转，信号接收和处理单元自动采集和记录来自接受振动 传感器和键相传感器所传输的数据，并绘制成波形图；波形图是一个二维坐标系， 横轴为旋转的弧度，每旋转一周产生一个完整的波形，纵轴代表振动传感器、键 相传感器采样到的信号峰峰值；
步骤4：通过显示终端显示所述波形图；通过所述波形图直观地分析出主泵 主轴表面缺陷的大小、起始位置、结束位置。
本发明提供的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，可以实现对主轴表面的凹 陷、裂缝或者不光滑的检测，可以检测出主轴表面缺陷的大小、深度和相对位置。
本发明提供的测量装置所采用的传感器直接利用现场所使用的振动传感器， 这样，所检测到的测量数据就是在主泵运行时振动测量所在的主轴测量位置，这 样所检测到的主轴表面缺陷数据真实的反映了振动测量点处的主轴表面的情况。 为了测量主轴表面缺陷的相对位置，必需在主泵主轴上加装一套键相传感器，键 相传感器采用电涡流式位移传感器，当主泵转动时会产生一个键相脉冲，以便确 定主轴表面缺陷与键相之间的相对位置。
本发明提供的装置克服了现有技术的不足，可以实现对核电站主泵主轴表面 的凹陷、裂缝或者不光滑的检测，可以检测出主轴表面缺陷的大小、深度和相对 位置，检测结果准确，方便检修人员对主泵及时进行检修，消除主泵运行的安全 隐患。
附图说明
图1为本实施例提供的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置结构示意图；
图2为刺毛搭带组件组成的键相器标记结构示意图；
图3为本实施例提供的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置测量主轴表面凹 陷时所采集一周后产生的波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之 后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本 申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本实施例提供的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置结构示意图，所述 的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置包括：
键相器标记1：为了确定主泵主轴A表面缺陷的位置，需要在主泵主轴A 上建立一个主轴表面缺陷的起始位置，即“零位”标记，在工程应用上称之为键 相位。由于核电站主泵主轴A上原先不具有这个键相位，主泵是一个高速旋转 机械，在主轴表面上不能加工一个“键相槽”，否则会影响主泵的动平衡，所以 需要临时加装一个键相器标记1。
本实施例中使用刺毛搭带组件组成的键相器标记，实现主泵主轴表面缺陷测 量装置的要求。结合图2，刺毛搭带组件组成的键相器标记1包括金属块11，金 属块11使用与主泵主轴A材料相同的金属制成；金属块11中间开槽，刺毛搭 带12从金属块11中间的槽内穿过。根据主泵主轴A的周圆大小，选择合适的 刺毛搭带12长度，使刺毛搭带12的长度以正好包围主泵主轴A表面，正好搭 牢，可靠固定为宜。
键相传感器2：用于检测主泵主轴A的键相位，作为确立主泵主轴A表面 缺陷的相对位置的起始位置，以此位置为零位，按逆时针方向360°为一周，用 弧度来描述主泵主轴A表面缺陷的起始位置和结束位置。键相传感器2的探头 正对着键相器标记1的金属块11，二者安装间隙为1.5±0.5mm。
活动式吸盘支架3：用于固定安装键相传感器2，活动支架底部通过磁性吸 盘固定在主泵的轴承座B上，可以活动调节键相传感器2的位置。
振动传感器4；这是主泵主轴A本身所安装的振动传感器，它通过振动支架 5刚性固定在主泵的轴承座B上。考虑到振动传感器4和键相传感器2之间的相 互干扰，在主泵主轴A上固定键相器标记1的位置距振动传感器4的位置应该 大于80mm。
信号接收和处理单元6：用于接受振动传感器4和键相传感器2的信号，进 行过滤及模数转换处理，生成图表；
显示终端7：对信号接收和处理单元6处理后的数据进行图形显示，记录和 储存，亦可连接打印机，打印需要的经过处理的数据、表格和图形。
使用时，信号接收和处理单元6自动采集和记录来自接受振动传感器4和键 相传感器2所传输的信号波形，根据信号的大小会自动调节波形的Y轴方向的 大小，一个完整波形为旋转一周，即360°，根据现场的需要，可以设置选择采 样旋转1周、2周、3周、4周、5周的波形，并可自动存储、打印。波形图是一 个二维坐标系，横轴为旋转的弧度，每周为一个波形，每个波形进行72等分， 每等分代表旋转5°，纵轴代表信号传感器采样到的信号峰峰值，以um为单位， 会自动根据采样信号的大小自动调节纵轴量程大小。
完成一次测量后，用户可以根据所存储的波形，可以非常直观的分析出，主 泵主轴表面凹陷的大小、起始位置、结束位置，对于主泵主轴表面的细微裂缝、 表面的不光滑，也可以在所显示的波形上一目了然。
核电站主泵主轴的表面缺陷主要包括主轴表面的凹陷、表面裂缝和表面不光 滑，下面以具体的仿真实例进行说明。
1、仿真主泵主轴表面凹陷的测量。
设置盘车转速为3RPM，采用带有凹陷的仿真盘仿真主轴表面，此时，在 主泵主轴表面缺陷测量装置上显示其凹陷波形的大小100um、宽度为15mm，其 相对位置在距键相传感器为起始点的逆时针方向90°的位置处，在旋转180°后， 又显示1个凹陷波形，其大小100um、宽度为15mm，每旋转一周会出现两个凹 陷波形，这样就可以实现检查和校准主泵主轴表面缺陷测量装置。
为了更好地说明和解读在仿真装置上所产生的波形，试验验证的结果如下：
图3为带有凹陷的仿真盘在模拟仿真装置上所采集一周后产生的波形图。如 图3所示，纵轴为主泵主轴的晃动值，其晃动值量程的大小是根据所采集的数据， 计算机会自动调整。这次试验的探头校准位置固定处，是在距模拟仿真盘中心 16mm处，换算成信号传感器处的间隙变化量为160um。图3中的纵向虚线为旋 转的角度坐标，在一周360°的范围内，共72等分，其每等分代表5°。图3中 的黑色光滑虚线代表：如果主泵主轴表面没有凹陷时的连续波形。图3中可以看 到如下信息：模拟仿真盘是带有凹陷的仿真盘，凹陷深度0.1mm，宽度15mm， 主泵主轴的晃动值是：203.4um。从采集的波形中，可以得出如下信息：在没有 主泵主轴表面凹陷时，主轴的晃动值为：160um，与模拟仿真盘的设计值相符， 图3中；11-代表键相起始位置，12-第一个表面缺陷起位置，13-第一个表面缺陷 结束位置，14-第二个表面缺陷起位置，15-第二个表面缺陷结束位置，16-反映了 表面不光滑度，17-第一个表面凹陷深度的位置，18-第二个表面凹陷深度的位置， A代表了第一个表面缺陷的位置和宽度，B代表了第一个表面缺陷的位置和宽 度。
第一个表面缺陷的深度为：203-103＝100um，第二个表面缺陷的深度为： 162-62＝100um，与模拟仿真盘的设计值相符。主轴表面缺陷的宽度，计算方法 如下：探头的校准位置在距模拟模拟仿真盘中心16mm处，此时探头安装位置处， 模拟仿真盘的周长为：L＝2×3.14×16＝100mm，360等分后，每毫米为3.6°， 模拟仿真盘的设计宽度为：15mm，缺陷宽度的理论值应该为：3.6×15°＝54°， 从图3中可以看出：第一个表面缺陷的起始位置在15×5°＝75°，即从75°开始， 结束位置在26×5°＝130°，即在130°的位置出结束。相差55°，与模拟模拟仿真 盘的设计值相符，同理，第二个表面缺陷的起始位置在51×5°＝255°，即从255° 开始，结束位置在62×5°＝310°，即在310°的位置出结束。相差55°，与模拟仿 真盘的设计值相符，两个主轴表面缺陷位置相差：51-15＝36°格，即：36×5°＝180°， 也与模拟仿真盘的设计值相符。图3中，16表示波形上的毛刺，即反映了主泵 主轴表面的不光滑度。
2、仿真主泵主轴表面裂缝的测量。
盘车转速设置为3RPM，采用带有裂缝的仿真盘仿真主轴表面，此时，在主 泵主轴表面缺陷测量装置上显示其裂缝波形的大小200um、宽度为2mm，其相 对位置在距键相传感器为起始点的逆时针方向90°的位置处，这样就可以实现检 查和校准主泵主轴表面裂缝测量装置。
试验验证方法和波形解读同表面凹陷的试验验证方法。
由于表面不光滑比较简单，就没有必要单独进行仿真了。如果把模拟仿真盘 加工成光面的，还可以仿真主泵的振动。
试验表明，本实施例提供的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置及方法测量结 果准确。由以上实施例可以看出，通过主泵主轴表面缺陷仿真装置及方法，可以 检查和校准主泵主轴表面缺陷测量装置的测量精度，不同的主轴表面缺陷，可以 设计制造各种模拟仿真盘来模拟仿真，便于检修人员对主泵及时进行检修，消除 核岛内主泵运行的安全隐患。
如果每次检修后都做了试验并进行存档，这样就有了主泵检修的历史数据， 可以对每次检修后的试验数据进行比较，从而可以了解主轴在经过几年运行后， 其表面的疲劳损伤的程度。

Claims (10)

1.一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：包括
设于主泵主轴(A)上，用于建立主轴表面缺陷的起始位置，即键相位的键相器标记(1)；
用于检测主泵主轴(A)的键相位，并以此位置为零位旋转，用弧度来描述主泵主轴(A)表面缺陷的起始位置和结束位置的键相传感器(2)；
用于测量主泵主轴(A)本身的振动的振动传感器(4)；
用于接受振动传感器(4)和键相传感器(2)的信号，并进行数据处理的信号接收和处理单元(6)；
用于对信号接收和处理单元(6)处理后的数据进行显示的显示终端(7)。
2.如权利要求1所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述键相器标记(1)包括金属块(11)，金属块(11)中间设有槽，刺毛搭带(12)从金属块(11)中间的槽内穿过。
3.如权利要求2所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述金属块(11)由与主泵主轴(A)材料相同的金属制成。
4.如权利要求2或3所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述毛搭带(12)的长度正好包围主泵主轴(A)表面一周且搭牢。
5.如权利要求2所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述键相传感器(2)的探头正对着键相器标记(1)的金属块(11)，二者安装间隙为1.5±0.5mm。
6.如权利要求1所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述键相传感器(2)通过活动式吸盘支架(3)设于主泵的轴承座(B)上。
7.如权利要求1所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述振动传感器(4)通过振动支架(5)刚性固定在主泵的轴承座(B)上。
8.如权利要求1所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：在主泵主轴(A)上，固定键相器标记(1)的位置与振动传感器(4)的位置之间的距离大于80mm。
9.如权利要求1所述的一种核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：所述键相传感器(2)为电涡流式位移传感器。
10.一种核电站主泵主轴表面缺陷测量方法，采用如权利要求1～9任一项所述的核电站主泵主轴表面缺陷测量装置，其特征在于：步骤为：
步骤1：在主泵主轴(A)上建立一个主轴表面缺陷的起始位置，并在该位置加装一个键相器标记(1)；
步骤2：调节键相传感器(2)和振动传感器(4)的相对位置，保证二者之间不产生相互干扰；
步骤3：主泵主轴旋转，信号接收和处理单元(6)自动采集和记录来自接受振动传感器(4)和键相传感器(2)所传输的数据，并绘制成波形图；波形图是一个二维坐标系，横轴为旋转的弧度，每旋转一周产生一个完整的波形，纵轴代表振动传感器(4)、键相传感器(2)采样到的信号峰峰值；
步骤4：通过显示终端(7)显示所述波形图；通过所述波形图直观地分析出主泵主轴表面缺陷的大小、起始位置、结束位置。
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