CN109406145A - 一种变量润滑智能推力轴承系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变量润滑智能推力轴承系统，包括SK复合瓦、轴承信息采集单元、关联信息采集单元、传输推力轴承状态信息并实现系统各部分间通信功能的通讯单元；将推力轴承运行状态信息与关联信息进行建标和对标的建标、对标单元；根据建标单元确定系统标准，对推力轴承油膜温度和油膜厚度进行变量润滑控制，实现机组智能发电的智能发电单元；建立结构化存储推力轴承运行状态信息、关联信息以及控制数据的数据库。本发明融合轴承运行信息和水电站关联信息制定机组个性化新标准，通过变量润滑控制推力轴承的油膜温度和油膜厚度实现安全高效节能智能发电；利用海量数据，搭建智能轴承系统多元化数据平台，实现智能诊断、状态维护、去库存、降本增效。

Description

一种变量润滑智能推力轴承系统

技术领域

本发明涉及水电机组、核电主泵、大型齿轮箱技术领域，具体而言，尤其涉及一种变量润滑智能推力轴承系统。

背景技术

我国水能资源丰富，推力轴承—金属塑料瓦从上世纪80年代开始在水轮发电机组上使用，经过几十年的应用，金属塑料瓦的可靠性得到广泛的共识。金属塑料瓦是一种新型高性能树脂金属复合材料轴瓦，其产品性能优越，提高了轴瓦的安全运行，在水力发电设备、磨机齿轮箱、冶金设备、军工等行业得到广泛的应用。

水轮发电机组推力轴承作为机组的关键部件，被喻为机组机械部分的心脏，它的运行状态直接影响机组的运行安全可靠性和经济指标，轴承及振动故障占机组故障的50％，(据金沙江中游水电开发有限公司统计)因此对机组推力轴承的维护和管理极为重要。目前，金属塑料瓦所采用的现有监控技术手段及标准，并不能完全满足轴瓦可靠、安全运行要求，运行监测技术还处于在线监测数据的状态，尤其是利用在线动态监测实时采集数据信息，对油膜温度和油膜厚度进行变量控制，实现智能发电以及利用智能发电数据，搭建大数据平台，进行大数据分析，机组智能诊断、状态维护，本领域尚处于空白(智能轴承的变量润滑控制：通过油膜温度测量实时调控冷却水流量实现油膜温度稳态运行；变量润滑控制包括了从机组自动启动到自动停机的全过程)。

现有技术用于水力发电机组推力轴承(瓦)基本有两类产品：一是金属推力轴承，代表产品为巴氏合金瓦，该产品现行行业标准：规定轴瓦运行瓦体报警温度为70℃，停机温度为75℃，该类产品的瓦体温度与油膜温度的梯度一般在10℃左右；二是复合材料推力轴承，代表产品为弹性金属塑料瓦，该产品现行行业标准：规定轴瓦运行瓦体报警温度为60℃，停机温度为65℃，该类产品的瓦体温度与油膜温度梯度一般在20℃～30℃。由于现有电站冷却系统分别是按这两类轴承设计的，在电站若要增加冷却水流量，涉及改变设计难度很大；而适当提高运行温度，使冷却水流量溢出可得到增加冷却水流量、节省水资源和降低轴承运行损耗的双重效果；另外，智能轴承还要具备上千次启动和停机(惰性停机)功能。因此以上两类轴承不能满足智能轴承的使用要求，用于智能轴承明显会带来安全系数降低的后果。为保证智能推力轴承在较高摩擦温度及适当提高润滑温度的条件下正常工作，选择耐高温材料是智能轴承开发的必要条件。

发明内容

鉴于已有技术存在的不足，而提供一种变量润滑智能推力轴承系统。本发明的目的是提供一种能够根据使用要求对轴承工作状态，在现有在线监测技术(水电机组复合材料智能推力轴承公开公告号106323639A)基础上进行变量润滑设计，选择耐高温复合材料、进一步优化传感器设计以及信息采集，建立变量润滑调控手段实现智能发电，并通过互联网技术实现系统诊断和数据共享的智能轴承系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，包括：

表面复合有耐高温PPESK材料的扇形高性能树脂SK金属复合推力轴承；

用以实时采集推力轴承状态的轴承信息采集单元；

通过IEC61850规约与水电站管理系统通讯，用以提取轴承关联信息的关联信息采集单元；

分别与所述轴承信息采集单元及轴承关联信息采集单元连接，用以传输推力轴承状态信息并实现系统各部分间通信功能的通讯单元；

根据所述通讯单元接收的轴承信息及轴承关联信息进行建标和对标的建标、对标单元；

根据所述建标、对标单元建立的新标准，对机组推力轴承油膜温度和油膜厚度进行变量冷却控制，形成轴承绿色运行、黄色待检运行和红色报警自动停机的智能发电单元；

用以存储推力轴承自动化运行状态数据、关联信息数据和控制数据的数据库以及非结构化数据库；所述非结构化数据包括轴承设计和制造、关联信息部分的机组设计和制造以及其它机组历史运行经验。通过人工(专家)或分析模块(机器人)进行大数据分析，并提供解决方案，实现机组状态检修和智能维护。

进一步地，所述SK金属复合推力轴承绿色运行的润滑油温度控制在小于50℃，油膜温度控制在小于85℃；黄色运行的润滑油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃。

进一步地，所述信息采集单元至少包括安装于SK复合推力轴承边缘的摩擦磨损传感器、油膜温度传感器、进油端温度传感器、油膜厚度传感器以及机组状态传感器。

进一步地，所述摩擦磨损传感器为阶梯式多芯结构，由PPESK以及碳纤维复合材料制作而成，采用专用的传感器支架固定于SK复合推力轴承边缘。

进一步地，所述油膜温度传感器沿SK复合推力轴承表面垂直方向嵌入至SK复合推力轴承出油边侧设置的传感器安装孔内；所述进油端温度传感器布置在循环油进油口所连接成直线的垂线方向的SK复合推力轴承上，利用专用传感器支架固定于瓦进油边侧；所述油膜厚度传感器安装在SK复合推力轴承距离上、下弦中心点四分之一到六分之一宽度，长度方向分别向进油端之前和出油端之后延伸，距SK复合推力轴承边缘的距离为传感器直径的3～4倍的位置。

进一步地，所述机组状态传感器安装在SK复合推力轴承支撑基座上的4个电涡流位移传感器成90°分布，与推力瓦上的油膜厚度传感器在同一圆周上。在确定相应标准的情况下，用于镜板波浪度、机组震动、摆度等机组状态监测和健康诊断；

进一步地，所述建标、对标单元根据所述通讯单元接收的轴承信息及轴承关联信息进行建标、对标的过程包括以下步骤：

步骤1：根据SK复合材料变量润滑设计，将电站机组冷却水总流量的50％～70％用于油膜温度调控来确定绿色运行的润滑油进油端温度和油膜温度标准，以及机组在非正常状态下的红色报警自动停机的标准；

步骤2：依据机组运行条件，并参考模拟试验轴承性能参数确定个性化的油膜温度和油膜厚度的运行标准，油膜温度标准通过机组试运行时调节循环油和冷却水流量，控制油膜温度为其运行精确值，确定冷却水流量的稳定值为基础标准值X0；

步骤3：根据所述基础标准值X0，将全部轴承信息和关联信息数据与之锁定对标，建立系统新标准。

进一步地，所述智能发电单元根据所述建标、对标单元建立的新标准，对机组推力轴承油膜温度和油膜厚度进行变量冷却控制，形成轴承绿色运行、黄色待检运行和红色报警自动停机的过程包括如下步骤：

步骤S1：通过建标，确定SK智能推力轴承进油端油温标准，确定冷却水总流量的50％～70％用于油膜温度的调控，并建立油膜温度和油膜厚度新标准，实现轴承信息和关联信息的系统建标和对标；

步骤S2：根据绿色安全高效运行的油膜温度新标准，系统跑合标定冷却水标准流量值X₀，标定后剩余水流量设定为X₁₀₀，循环油流量设定在80％以上为绿色运行流量，余量0～20％润滑油流量用于红色报警停机；

步骤S3：机组运行中，随着关联因素影响越来越大，冷却水流量逐渐增加，直至将调节量X₁₀₀耗尽的过程为安全高效绿色运行阶段；

步骤S4：当X₁₀₀水流量耗尽，进入黄色运行阶段，该阶段油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃，油膜厚度标准低于绿色标准0.01-0.03mm，超过黄色运行油膜厚度标准时，机组采用降负荷的措施，直至进入检修；

步骤S5：当机组运行发生非正常特殊情况，机组自动开启余量0～20％的润滑油流量，同时启动红色报警自动停机。

进一步地，所述变量冷却控制，其在电站原有冷却管路增设旁路并分别安装一个电动调节阀互锁控制，与原有冷却水管路一用一备，当变量润滑控制智能发电单元出现故障时原有冷却系统及时投入运行，保证机组安全运行。

进一步地，所述数据库包括轴承数据库、关联信息数据库以及系统运行数据库；所述的轴承数据库、关联信息数据库以及系统运行数据库是由冷却水和循环油控制系统所产生的结构化数据建立的；所述的结构化数据是在冷却水流量和循环油流量标定后，轴承运行的油膜温度、油膜厚度受到轴承自身因素或关联因素超标的影响，通过增加冷却水流量控制绿色运行和黄色待检运行的数据链；所述数据链的每个因素产生的流量与绿色运行数据、黄色待检运行数据、红色报警停机的数据构成智能轴承结构化基本数据模型。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明公开的智能轴承系统包括安装在推力轴承上的摩擦磨损、油膜温度、油膜厚度、压力等传感器，利用上述传感器采集轴承信息与水电站已有的关联信息(瓦体温度、油槽温度、冷却水温度、油品质量和机组振动等)进行建标、对标，制定机组个性化安全、高效绿色运行的新标准。通过自动化设计调节冷却水、循环油流量，动态控制绿色运行或黄色待检运行的油膜温度、油膜厚度在设定的标准范围内，利用实时采集所产生的动态结构化运行数据，建立分析存储数据库，并以此搭建多台智能轴承系统信息与关联信息形成的海量数据平台，建立大数据诊断模型，实现机组智能发电、智能诊断、状态维护、去库存、降本增效的目标。

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为本发明系统原理框图；

图2为本发明SK复合瓦结构图；

图3为本发明传感元件分布示意图；

图4为本发明摩擦磨损传感器示意图；

图5为本发明抗干扰传输链路示意图；

图6为本发明建标对标示意图；

图7为本发明变量控制示意图；

图8为本发明冷却水变量控制示意图；

图9为本发明数据流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

本发明提供了一种变量润滑智能推力轴承系统，包括扇形SK金属复合轴承(瓦)，其特征在于系统还包括：在扇形SK金属复合瓦表面复合有高性能树脂，耐高温PPESK材料，由根据计算和验证结果确定安装位置的传感器组成，用以实时采集推力轴承状态的轴承信息采集单元；通过IEC61850规约与水电站管理系统通讯，用以提取轴承关联信息的关联信息采集单元；分别与所述轴承信息采集单元及关联信息采集单元连接，用以传输推力轴承状态信息并实现系统各部分间通信功能的通讯单元；由所述通讯单元接收状态信息及关联信息进行建标与对标的建标、对标单元；根据新标准，对机组推力轴承进行变量润滑自动控制的智能发电单元；根据变量润滑自动控制数据对轴承自身或关联因素(信息)影响所产生的运行数据，用以结构化存储推力轴承状态信息、关联信息、运行状态信息以及控制数据。

如图1所示为本发明的原理框图，系统将轴承信息数据、关联信息数据、系统运行数据以及控制数据进行结构化存储于数据库中，并经过分析诊断最终通过海量数据平台进行数据共享。关联信息是指与轴承信息关联的信息，关联信息能直接或间接影响到轴承信息，例如：转速、载荷、瓦体温度、油槽油温、冷却水流量、冷却水进水温度、冷却水出水温度、润滑油流量、润滑油粘度、振动、摆度等信息，以上信息均有相应的运行标准。目前水电站均采用IEC61850规约，它是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准。实现了智能水电站的工程运作标准化，使工程实施变得规范、统一和透明。可以通过SCD(系统配置)文件了解整个水电站的结构和布局，对于智能化水电站发展具有不可替代的作用。智能推力轴承系统通过IEC61850规约，与水电站原有系统进行通讯，实现轴承关联信息的采集。

如图2所示，SK复合瓦其表面高性能树脂摩擦材料具有极高的耐温特性，玻璃化转变温度282℃，长期在125～150℃条件下工作，尺寸变化率为零，具有很好的尺寸稳定性和优异的摩擦磨损、机械性能。SK金属复合智能推力轴承绿色运行的润滑油温度控制在＜50℃，油膜温度控制在＜85℃；黄色运行的油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃。

如图3所示，轴承信息采集单元至少包括分布于扇形SK金属复合瓦边缘的摩擦磨损传感器、油膜温度传感器、进油端温度传感器、油膜厚度传感器以及机组状态传感器，用以实时采集推力轴承状态信息。智能轴承传感器的安装位置依据计算和模拟试验结果选择。所述油膜温度传感器沿瓦面垂直方向嵌入至复合瓦出油边侧设置的传感器安装孔内。所述进油端温度传感器布置在循环油进、出油口所连接成直线的垂线方向的SK复合瓦上，利用专用传感器支架固定于瓦进油边侧。所述摩擦磨损传感器利用专用的传感器支架固定于SK复合瓦边缘。如图4所示，摩擦磨损传感器是经过烧结、压制的特殊工艺制作而成的多芯结构，采用PPESK/碳纤维复合材料制成。在精加工过程中加工出磨损传感器的阶梯式监测点，每个阶梯0.05mm～0.10mm。摩擦磨损元件制作成阶梯形状，嵌入到复合瓦出油端侧外径处设置的专用传感器支架内，加工后摩擦测点与SK复合瓦面平齐，磨损测点低于SK复合瓦瓦面，摩擦磨损元件制作了专用的顶丝固定。磨损传感器中的磨损元件采用φ0.3～0.5毫米碳纤维导线、接线铜管，将碳纤维与导线用铜管连接，将加工成3～5个孔的PPESK材料柱状体，轴向穿入连接好的碳纤维导线用专用密封胶固定。固化后嵌入到金属SK复合瓦边缘的传感器支架安装孔内。与SK复合瓦面同时精加工，在精加工过程中加工出摩擦导电芯端面与瓦面平齐，磨损导电芯的监测端面，分别低于瓦面0.05mm～0.20mm。

现有技术检测磨损的主要方法是，通过在瓦面上加工磨损环，抽瓦查看，该种方法无法实现在线监测的功能。摩擦磨损传感器以阶梯式导电芯作为正极，以瓦面平齐的两个导电芯作为正负极，当发生摩擦或磨损后正极导电芯、负极导电芯与镜板形成回路，传出电信号。每个阶梯传导出的电信号对应不同的磨损量。启动和停机时自动通电监测，预测塑料瓦磨损寿命。作为本发明的优选每台水电机组推力轴承一般由8～24块组成，在每套推力轴瓦中安装两个摩擦磨损传感器。摩擦磨损传感器具有以下功能：

(1)报警功能：当机组N块瓦中的10％～40％(结合油膜厚度判定)的瓦数产生连续摩擦信号时，进入红色报警停机程序。

(2)标定功能：油膜厚度的测量最终采用摩擦信号进行标定和校核，简便、准确、可靠。

(3)寿命预测功能：可以实现0.05～0.10～0.20段的磨损在线监测，预测20年以上的使用寿命。

作为本发明的优选，油膜温度传感器选用热电阻或满足智能轴承要求的其它温度传感器，对机组运行时的油膜温度进行实时监测。智能轴承监测系统中目前采用的热电阻传感器，其具有测量精度高、机械强度高、抗震性能好及使用寿命长等特点，引出线采用耐油屏蔽线，具有很强的抗干扰能力。

作为本发明的优选，油膜厚度传感器优选采用电涡流位移传感器监测SK复合瓦瓦体与镜板之间的油膜厚度。电涡流位移传感器安装在扇形SK复合瓦上距离内、外径中心点四分之一到六分之一瓦宽度的位置，长度方向分别向进油端之前和出油端之后延伸，距瓦基边缘的距离为传感器直径的3～4倍的位置；复合瓦的支撑基座上还安装4个电涡流传感器成90度均布，与瓦上电涡流传感器在同一圆周上，在确定相应标准的情况下，用于镜板波浪度、机组震动、摆度等机组状态监测和健康诊断；电涡流位移传感器具有可靠性好，灵敏度高，非接触测量，不受油、水介质影响等优点。采用电涡流位移传感器测量推力轴承的油膜厚度及机组状态，利用摩擦传感器进行“0”基准标定。

如图5所示，本发明通讯单元采用抗干扰链路,传感器信号集中采集，传感器至现场屏蔽机旁箱使用屏蔽对绞电缆，线缆距离短且屏蔽对绞电缆对电磁干扰有很好的衰减作用，到自控柜传输线路采用光电转换传输，杜绝从传输途径上产生的电磁干扰，且只需一芯光纤就可以将全部传感器信号传回自控柜，使得敷设电缆数量减少，在满足传输要求的同时，不但解决现场干扰的问题，而且可以实现降本的目的。

所述建标、对标单元根据所述通讯单元接收的轴承信息及轴承关联信息进行建标、对标的过程包括以下步骤：

步骤1：根据SK复合材料变量润滑设计，将电站机组冷却水总流量的50％～70％用于油膜温度调控来确定绿色运行的润滑油进油端温度和油膜温度标准，以及机组在非正常状态下的红色报警自动停机的标准；

步骤2：依据机组运行条件，并参考模拟试验轴承性能参数确定个性化的油膜温度和油膜厚度的运行标准，油膜温度标准通过机组试运行时调节循环油和冷却水流量，控制油膜温度为其运行精确值，确定冷却水流量的稳定值为基础标准值X₀；

步骤3：根据所述基础标准值X₀，将全部轴承信息和关联信息数据与之锁定对标，建立系统新标准。

如图6所示，所述建标，在机组调试运行阶段根据变量润滑设计，确定进油端润滑油温度标准，该标准的确定主要依据电站冷却水流量的溢岀量达到总流量的50％～70％，以能够满足自动调控油温为准。如，电站机组安装在SK复合瓦进油端油温是40℃，冷却水流量为100％，SK复合推力瓦进油端油温设定45℃，冷却水流量只用了前述的50％，溢出来的50％作为油膜温度控制的调控流量；所述对标，根据前述建标结果，依据机组运行条件，并参考模拟试验轴承性能参数设定个性化的油膜温度绿色运行的标准值，并通过机组试运行获得冷却水流量稳定的标准值X₀；根据述建立的标准，将全部轴承信息和关联信息与之锁定对标建立系统新标准；所述的非正常状态红色报警自动停机是在机组调试过程中，还要确定和设置红色报警自动停机的标准。

现有技术是在线采集轴承信息和关联信息，通过关联信息中的瓦体温度现有标准与轴承信息油膜温度、油膜厚度进行对标、建标，在机组运行过程中获得油膜温度、油膜厚度超标运行的相关数据，进行机组诊断分析。

如图7所示，所述智能发电单元，根据绿色安全高效运行的油膜温度新标准，系统跑合标定冷却水标准流量值X₀，标定后剩余冷却水流量设定为X₁₀₀，循环油流量设定在80％以上为智能运行流量，保留0～20％调节流量为红色报警流量。随着关联因素的影响越来越大，冷却水流量逐渐耗尽，直至用足X₁₀₀，将变量润滑调控按两个阶段控制，实现机组智能发电。如图8所示，X₀～X₁₀₀水流量为绿色高效运行控制阶段，X₁₀₀水流量耗尽后，进入机组黄色待检运行阶段，该阶段油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃，油膜厚度标准低于绿色标准0.01-0.03mm，当超过黄色油膜厚度标准时，机组采用降负荷的措施，直至进入检修。在此阶段同时进行机组诊断，检修方案制定和物资采购等；机组运行如遇特殊非正常情况，如轴瓦摩擦信号连续产生，油膜厚度超标、温控失效等，启动保留的0～20％油流量，并自动进入红色报警停机阶段。

智能发电单元根据所述建标、对标单元建立的新标准，对机组推力轴承油膜温度和油膜厚度进行变量冷却控制，形成轴承绿色运行、黄色待检运行和红色报警自动停机的过程包括如下步骤：

步骤S1：通过建标，确定SK智能推力轴承进油端油温标准，确定冷却水总流量的50％～70％用于油膜温度的调控，并建立油膜温度和油膜厚度新标准，实现轴承信息和关联信息的系统建标和对标；

步骤S2：根据绿色安全高效运行的油膜温度新标准，系统跑合标定冷却水标准流量值X₀，标定后剩余水流量设定为X₁₀₀，循环油流量设定在80％以上为绿色运行流量，余量0～20％润滑油流量用于红色报警停机；

步骤S3：机组运行中，随着关联因素影响越来越大，冷却水流量逐渐增加，直至将调节量X₁₀₀耗尽的过程为安全高效绿色运行阶段；

步骤S4：当X₁₀₀水流量耗尽，进入黄色运行阶段，该阶段油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃，油膜厚度标准低于绿色标准0.01-0.03mm，超过黄色运行油膜厚度标准时，机组采用降负荷的措施，直至进入检修；

步骤S5：当机组运行发生非正常特殊情况，机组自动开启余量0～20％的润滑油流量，同时启动红色报警自动停机。

所述变量冷却控制，其在电站原有冷却管路增设旁路并分别安装一个电动调节阀互锁控制，与原有冷却水管路一用一备，当变量润滑控制智能发电单元出现故障时原有冷却系统及时投入运行，保证机组安全运行。

控制方案：

(1)温度传感器采集实际油膜温度T_膜、通过设定设置油膜温度T_设、传感器采集循环油流量L_油、冷却水流量L_水、温度变化△T、单位调节量P_调等运行参数。

(2)PLC自控系统将油膜温度作为控制对象，通过逻辑控制系统对循环油流量、冷却水流量进行自动调控：

①当机组刚启动，进入跑合阶段，同时启动循环油、冷却水循环系统，此时T_膜＜T_设，随着载荷逐级增加，为了使机组尽快进入高效运行，实时匹配控制交替增加L_水、L_油，当L_油达到智能运行流量时，持续调控L_水，通过T_膜与T_设的实时比对，当油膜温度达到设定温度时，此时L_水设置为X₀，剩余水流量设置为X₁₀₀；

②当机组正常运行时，进入绿色高效控制阶段，当T_膜≠T_设时，根据温度变化△T的幅度,匹配调控L_水(X₀≤L_水＜X₁₀₀)，调控程序按P_调在N个时间周期内逐步增加(减少)，并随温差变化幅度增大(缩小)P_调，直至T_膜＝T_设(在允许调控范围内)；

③当机组出现异常，L_水＝X₁₀₀，且T_膜＞T设时，进入黄色待检阶段，按照黄色运行阶段油膜温度、油膜厚度标准执行，当油膜厚度超出标准时联动机组调节导叶开度，降低负荷，维持T_膜＝T_设，同时发出待检预警；

④当机组异常持续恶化，摩擦信号出现10％～40％且油膜厚度小于极限值时，启动油循环系统红色报警流量，并联动机组报警停机。

实施例1

建标、对标

推力轴承试验机模拟水电站运行试验，对智能轴承系统建标、对标的验证。

建标、对标图

建标，模拟某水电站运行工况转速600r/min，载荷4.0MPa，运行进油温度36℃，油膜温度67℃，水流量55m³/h，并处于稳定状态；将润滑油温调高到40℃，并处于稳定状态。

对标，润滑油稳定状态下，油膜温度70℃，油膜厚度0.072mm，水流量1.4m³/h。

实施例2

绿色与黄色运行

油膜温度控制在70±2℃，模拟关联因素发生变化如调整转速，使油膜温度增加，冷却水调控开始工作，累计模拟12小时，每20min调整一次转速，油膜温度控制在标准范围内，瓦体温度基本稳定，油槽温度略有降低。如下图所示：

黄色运行分为两个阶段，第一阶段油膜温度按70℃到75℃标准运行，油膜厚度由0.072mm降低至0.042mm；油膜温度75℃以上开始降负荷运行的第二阶段，如下图所示。

本发明在现有技术基础上，设置冷却水与循环油热交换自动控制系统，根据设定的绿色运行油膜温度和油膜厚度标准值，通过变量润滑自动控制实现机组安全高效智能发电。变量润滑的油膜温度和油膜厚度控制数据，是因轴承本身或关联因素(信息)产生的，具有完整的、全过程的数据链，用以建立轴承运行状态数据分析模型以及分类数据库。

所述数据库还包括轴承数据库、关联信息数据库以及机组运行系统数据库。如图9所示为本发明工作时的数据流程图。

其中，轴承诊断模型库主要数据来源于结构化数据即冷却水和循环油流量控制数据，还要利用到半结构化数据，包括运行经验数据以及产品供应商提供的产品制造过程的质量记录等，进而使诊断的依据更为广泛，预测出的故障因素更为准确。其工作流程包括：

1、轴承数据诊断：当冷却水流量或循环油流量正常，油膜温度升高油膜厚度减薄(超标)，这时油槽温度正常(标准内)而且其他关联信息各传感器显示都在标准范围内，此时，超标数据将存储到轴承数据库。

2、关联信息数据诊断：如机组振动，通过对标和建标，建立了振动标准，在机组运行过程中超标准运行的数据信息，经过自动化控制保证了运行状态的稳定性。此时，对标、建标和超标数据已经自动存储到了机组振动的数据库。

3、当机组运行岀现黄色待检标准信息时，即进入到人工(专家)或分析模块(机器人)进行大数据分析和诊断，并提出解决方案，实现机组检修状态维护。

4、生命周期标定，每一次检修SK复合瓦根据稳定性状况的程度与生命周期对标，计算岀新的生命周期，此时计算结果将比预期寿命短。

5、案例分析诊断或模拟试验相关参数与历史相关案例对比，或经模拟试验数据验证，积累建立诊断大数据模型。

关联信息诊断数据库，包括机组振动数据库、机组摆度数据库、油品质量数据库和机组运行数据库等。

轴承运行状态数据库，包括模拟试验数据库、自动控制数据库、故障案例数据库等。

机组发生故障时，数据模型除了可以分析故障原因外，同时会建立故障数据模型，当其它机组在运行中出现这些潜在故障因素，就可以利用故障模型找出潜在的故障因素，从而避免即将发生的故障及问题。

作为本发明的优选实施方案，本发明还可以引入云概念搭建大数据平台。水轮发电机故障存在多样性、复杂性等特点，故障数据挖掘仅仅依靠一个机组的数据是远远不够的，它需要庞大的数据量和多层次的复杂关联信息。通过本发明所述智能轴承系统，引入云概念搭建大数据平台为电站提供产品服务的同时，电站也将作为一个数据提供者，使所有的数据以共享的方式存在，随着智能轴承服务电站数量的增加，数据规模也会日益增大，从而建立智能装备/产品远程运维服务平台，向水电站提供日常运行维护、故障预警、远程升级服务，并和发电设备制造商的产品全生命周期管理系统、客户关系管理系统、产品研发管理系统实现信息共享。

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。

Claims (10)

1.一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，包括：

表面复合有耐高温PPESK材料的扇形高性能树脂SK金属复合推力轴承；

用以实时采集推力轴承状态的轴承信息采集单元；

通过IEC61850规约与水电站管理系统通讯，用以提取轴承关联信息的关联信息采集单元；

分别与所述轴承信息采集单元及轴承关联信息采集单元连接，用以传输推力轴承状态信息并实现系统各部分间通信功能的通讯单元；

根据所述通讯单元接收的轴承信息及轴承关联信息进行建标和对标的建标、对标单元；

根据所述建标、对标单元建立的新标准，对机组推力轴承油膜温度和油膜厚度进行变量冷却控制，形成轴承绿色运行、黄色待检运行和红色报警自动停机的智能发电单元；

用以存储推力轴承自动化运行状态数据、关联信息数据和控制数据的数据库以及非结构化数据库；所述非结构化数据包括轴承设计和制造、关联信息部分的机组设计和制造以及其它机组历史运行经验。

2.根据权利要求1所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述SK金属复合推力轴承绿色运行的润滑油温度控制在小于50℃，油膜温度控制在小于85℃；黄色运行的润滑油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃。

3.根据权利要求1所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述信息采集单元至少包括安装于SK复合推力轴承边缘的摩擦磨损传感器、油膜温度传感器、进油端温度传感器、油膜厚度传感器以及机组状态传感器。

4.根据权利要求3所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述摩擦磨损传感器为阶梯式多芯结构，由PPESK以及碳纤维复合材料制作而成，采用专用的传感器支架固定于SK复合推力轴承边缘。

5.根据权利要求3所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述油膜温度传感器沿SK复合推力轴承表面垂直方向嵌入至SK复合推力轴承出油边侧设置的传感器安装孔内；所述进油端温度传感器布置在循环油进油口所连接成直线的垂线方向的SK复合推力轴承上，利用专用传感器支架固定于瓦进油边侧；所述油膜厚度传感器安装在SK复合推力轴承距离上、下弦中心点四分之一到六分之一宽度，长度方向分别向进油端之前和出油端之后延伸，距SK复合推力轴承边缘的距离为传感器直径的3～4倍的位置。

6.根据权利要求3所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述机组状态传感器安装在SK复合推力轴承支撑基座上的4个电涡流位移传感器成90°分布，与SK复合推力轴承上的油膜厚度传感器在同一圆周上。

7.根据权利要求1所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述建标、对标单元根据所述通讯单元接收的轴承信息及轴承关联信息进行建标、对标的过程包括以下步骤：

步骤1：根据SK复合材料变量润滑设计，将电站机组冷却水总流量的50％～70％用于油膜温度调控来确定绿色运行的润滑油进油端温度和油膜温度标准，以及机组在非正常状态下的红色报警自动停机的标准；

步骤2：依据机组运行条件，并参考模拟试验轴承性能参数确定个性化的油膜温度和油膜厚度的运行标准，油膜温度标准通过机组试运行时调节循环油和冷却水流量，控制油膜温度为其运行精确值，确定冷却水流量的稳定值为基础标准值X0；

步骤3：根据所述基础标准值X0，将全部轴承信息和关联信息数据与之锁定对标，建立系统新标准。

8.根据权利要求1或7所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述智能发电单元根据所述建标、对标单元建立的新标准，对机组推力轴承油膜温度和油膜厚度进行变量冷却控制，形成轴承绿色运行、黄色待检运行和红色报警自动停机的过程包括如下步骤：

步骤S1：通过建标，确定SK智能推力轴承进油端油温标准，确定冷却水总流量的50％～70％用于油膜温度的调控，并建立油膜温度和油膜厚度新标准，实现轴承信息和关联信息的系统建标和对标；

步骤S2：根据绿色安全高效运行的油膜温度新标准，系统跑合标定冷却水标准流量值X₀，标定后剩余水流量设定为X₁₀₀，循环油流量设定在80％以上为绿色运行流量，余量0～20％润滑油流量用于红色报警停机；

步骤S3：机组运行中，随着关联因素影响越来越大，冷却水流量逐渐增加，直至将调节量X₁₀₀耗尽的过程为安全高效绿色运行阶段；

步骤S4：当X₁₀₀水流量耗尽，进入黄色运行阶段，该阶段油温度控制在50℃～80℃，油膜温度85℃～120℃，油膜厚度标准低于绿色标准0.01-0.03mm，超过黄色运行油膜厚度标准时，机组采用降负荷的措施，直至进入检修；

步骤S5：当机组运行发生非正常特殊情况，机组自动开启余量0～20％的润滑油流量，同时启动红色报警自动停机。

9.根据权利要求8所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述变量冷却控制，其在电站原有冷却管路增设旁路并分别安装一个电动调节阀互锁控制，与原有冷却水管路一用一备，当变量润滑控制智能发电单元出现故障时原有冷却系统及时投入运行，保证机组安全运行。

10.根据权利要求1所述的一种变量润滑智能推力轴承系统，其特征在于，所述数据库包括轴承数据库、关联信息数据库以及系统运行数据库；所述的轴承数据库、关联信息数据库以及系统运行数据库是由冷却水和循环油控制系统所产生的结构化数据建立的；所述的结构化数据是在冷却水流量和循环油流量标定后，轴承运行的油膜温度、油膜厚度受到轴承自身因素或关联因素超标的影响，通过增加冷却水流量控制绿色运行和黄色待检运行的数据链；所述数据链的每个因素产生的流量与绿色运行数据、黄色待检运行数据、红色报警停机的数据构成智能轴承结构化基本数据模型。