CN109667697B - 一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置及方法 - Google Patents

一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，所述贯流式水轮机包括水轮机主轴、套设在水轮机主轴上的组合轴承，所述组合轴承包括外壳体和设在外壳体内的反向推力瓦、正向推力瓦、弹性油箱，其中，反向推力瓦、正向推力瓦分设在主轴镜板的两侧，所述正向推力瓦与所述外壳体之间设有弹性油箱，所述弹性油箱包括连接在一起的箱体与底座，所述箱体位于所述正向推力瓦和所述底座之间，所述箱体的内壁设有内支钉，所述内支钉与所述底座之间间隔预设距离，检测装置包括导杆、密封件，所述导杆的第一端连接正向推力瓦，所述导杆的第二端穿过外壳体至组合轴承的外部，所述导杆与所述外壳体之间滑动配合，导杆与外壳体之间设有密封件。

Description

一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置及方法
技术领域
本发明属于水利设备技术领域，涉及一种水轮机，具体涉及一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置及方法。
背景技术
贯流式水轮机的引水部件、转轮、排水部件都在一条轴线上，水流一贯平直通过，故称为贯流式水轮机。贯流式水轮机应用水头范围一般在1-25m，单机出力从几千瓦到几万千瓦。贯流式水轮机，根据其结构特点和布置型式，可分为全贯流式、半贯流式(又分为竖井式、轴伸式和灯泡式)两种，其适用范围各不相同。
某水电站安装4台单机容量为35MW灯泡贯流式水轮发电机组，水轮机型号为GZTF07B-WP-720，转轮直径7.2米。因水轮机转轮直径增大，正向水推力负荷增加(最高达4365KN)，设备制造厂家在轴承正向推力瓦选型时采用液压推力轴承(以下称：弹性油箱)结构。
如图1和图2所示，贯流式水轮发电机包括水轮机主轴1、套设在水轮机主轴1上的组合轴承，所述组合轴承包括外壳体2和设在外壳体2内的反向推力瓦3、正向推力瓦4、弹性油箱，反向推力瓦3、正向推力瓦4分设在主轴镜板5的两侧，所述正向推力瓦4与所述外壳体2之间设有弹性油箱，所述弹性油箱包括连接在一起的箱体6与底座7，所述箱体6位于所述正向推力瓦4和所述底座7之间，所述箱体6的内壁设有内支钉8，所述内支钉8与所述底座7之间间隔预设距离。
近一年来，该水电站#4机组正常发电运行时，正向推力瓦4瓦温持续偏高，解体正向推力瓦4检查时发现弹性油箱本体内油量缺失，造成弹性油箱失效，从而机组运行时正向水推力全部转移至弹性油箱内支钉8与底座7油槽硬性接触点，导致正向推力负荷在各瓦面上受力不均，受力较大的正向推力瓦4承受比设计值更高的负荷，造成瓦温偏高。
因弹性油箱整体安装于组合轴承体内，组合轴承为全封闭式油浸结构，机组运行时从外部无法观测到弹性油箱的运行情况，如发生弹性油箱密封老化或弹性油箱质量问题而漏油时，不能及时发现，易造成机组瓦温偏高或烧瓦等事故。
因此，对于本领域技术人员而言，如何开发一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置及方法，以解决现有技术存在的至少一个技术问题，这具有比较现实的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置及方法，以解决背景技术存在的至少一个技术问题。
一方面，本发明提供了一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，所述贯流式水轮机包括水轮机主轴、套设在水轮机主轴上的组合轴承，所述组合轴承包括外壳体和设在外壳体内的反向推力瓦、正向推力瓦、弹性油箱，其中，反向推力瓦、正向推力瓦分设在主轴镜板的两侧，所述正向推力瓦与所述外壳体之间设有弹性油箱，所述弹性油箱包括连接在一起的箱体与底座，所述箱体位于所述正向推力瓦和所述底座之间，所述箱体的内壁设有内支钉，所述内支钉与所述底座之间间隔预设距离，其特征在于：检测装置包括导杆、密封件，所述导杆的第一端连接正向推力瓦，所述导杆的第二端穿过外壳体至组合轴承的外部，所述导杆与所述外壳体之间滑动配合，所述导杆与外壳体之间设有密封件。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述检测装置包括弹簧，所述正向推力瓦上设有安装孔，所述导杆的第一端固定于该安装孔中，所述导杆置于组合轴承内部分的外壁上设有环形凸台，所述弹簧的两端分别抵接所述环形凸台和所述外壳体。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述导杆的第二端的端面固定有挡板。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述挡板通过螺钉固定在导杆的第二端的端面上。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述外壳体上还通过支架设有行程开关，在所述内支钉与所述底座不接触时，所述挡板与行程开关不接触；在所述内支钉移动预设距离与所述底座接触时，所述挡板与行程开关接触，所述行程开关触发报警器报警。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述报警器为语音报警器或灯光报警器。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述支架通过螺钉固定在外壳体上。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述密封件为O型密封圈。
作为上述检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置在一方面的改进，所述外壳体包括壳本体和密封端盖，壳本体与水轮机主轴之间设置所述密封端盖，所述导杆的第二端穿过密封端盖至组合轴承的外部。
本发明的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，包括导杆、密封件，所述导杆的第一端连接正向推力瓦，所述导杆的第二端穿过外壳体至组合轴承的外部，所述导杆与所述外壳体之间滑动配合，所述导杆与外壳体之间设有密封件，由于导杆、正向推力瓦、弹性油箱联动，因而可以通过监测导杆位移情况分析出正向推力瓦位移情况，进而通过监测正向推力瓦位移情况分析出弹性油箱运行工况，并且导杆的第二端穿过外壳体至组合轴承的外部，方便监测。
另一方面，本发明提供一种应用上述检测贯流式水轮机液压推力轴承运行情况的装置的方法，所述方法包括如下步骤：
1)通过监测导杆位移情况分析正向推力瓦位移情况；
2)通过所述正向推力瓦位移情况分析出弹性油箱运行工况。
本发明的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的方法，可以通过监测导杆位移情况分析出正向推力瓦位移情况，进而通过监测正向推力瓦位移情况分析出弹性油箱运行工况，操作简单高效。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为现有技术中的贯流式水轮机部分结构的结构示意图；
图2为图1局部放大示意图；
图3为本发明带有检测装置的贯流式水轮机部分结构的示意图；
图4为图3部分结构的示意图。
附图中：
1-水轮机主轴 2-外壳体 3-反向推力瓦
4-正向推力瓦 5-主轴镜板 6-箱体
7-底座 8-内支钉 9-导杆
10-密封件 11-弹簧 12-环形凸台
13-挡板 14-支架 15-行程开关
16-密封端盖
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，出现的术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为现有技术中的贯流式水轮机部分结构的结构示意图；图2为图1局部放大示意图；图3为本发明带有检测装置的贯流式水轮机部分结构的示意图；图4为图3部分结构的示意图。
实施例一
如图3和图4所示，本发明提供一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，所述贯流式水轮机包括水轮机主轴1、套设在水轮机主轴1上的组合轴承，所述组合轴承包括外壳体2和设在外壳体2内的反向推力瓦3、正向推力瓦4、弹性油箱，其中，反向推力瓦3、正向推力瓦4分设在主轴镜板5的两侧，所述正向推力瓦4与所述外壳体2之间设有弹性油箱，所述弹性油箱包括连接在一起的箱体6与底座7，所述箱体6位于所述正向推力瓦4和所述底座7之间，所述箱体6的内壁设有内支钉8，所述内支钉8与所述底座7之间间隔预设距离，检测装置包括导杆9、密封件10，所述导杆9的第一端连接正向推力瓦4，所述导杆9的第二端穿过外壳体2至组合轴承的外部，所述导杆9与所述外壳体2之间滑动配合，所述导杆9与外壳体2之间设有密封件10。
其中，镜板是推力轴承中与推力瓦构成动压油膜润滑、承受轴向荷载的结构部件。所述密封件10可以为O型密封圈，其作用在于密封导杆9，防止润滑油从导杆9处渗漏。组合轴承上设有油槽，油槽是一种广泛用于化工、石油、医学、生物学的工具。物理化学、计量、大专院校、电子仪表、科研机构等领域进行实验、检测和企业生产的一个冷热受控、温度均匀的场所对试验样品或生产的产品进行恒定温度试验或测试，恒温糟控制系统采用PID自动控制，LED数显，它的外循环泵可把糟内恒温液体向外输出，蹭立糟外第二恒温场，扩大使用范围。
本发明的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，包括导杆9、密封件10，所述导杆9的第一端连接正向推力瓦4，所述导杆9的第二端穿过外壳体2至组合轴承的外部，所述导杆9与所述外壳体2之间滑动配合，所述导杆9与外壳体2之间设有密封件10，由于导杆9、正向推力瓦4、弹性油箱联动，因而可以通过监测导杆9位移情况分析出正向推力瓦4位移情况，进而通过监测正向推力瓦4位移情况分析出弹性油箱运行工况，并且导杆9的第二端穿过外壳体2至组合轴承的外部，方便监测。
优选的，所述检测装置包括弹簧11，所述正向推力瓦4上设有安装孔，所述导杆9的第一端固定于该安装孔中，所述导杆9置于组合轴承内部分的外壁上设有环形凸台12，所述弹簧11的两端分别抵接所述环形凸台12和所述外壳体2。其中，设置弹簧11的作用为防止机组振动时导杆9脱落，弹簧11安装时，预留一定的压紧力，防止导杆9从正向推力瓦4背面安装孔内脱落而形成测量误差。
为了便于观察导杆9的位移变化，导杆9的第二端的端面固定有挡板13，挡板13可以通过螺钉固定在导杆9的第二端的端面上。值得一提的是，既可以通过人工肉眼观测，也可以通过仪器设备观测导杆9的长度变化。优选的，所述外壳体2上还通过支架14固定设有行程开关15，在所述内支钉8与所述底座7不接触时，所述挡板13与行程开关15不接触；在所述内支钉8移动预设距离与所述底座7接触时，所述挡板13与行程开关15接触，所述行程开关15触发报警器报警。同样的，所述支架14也可以通过螺钉固定在外壳体2上。其中，报警器可以为语音报警器，也可以为灯光报警器，当挡板13与行程开关15接触时，导杆9挡板13顶触行程开关15触点，开点闭合，并将信号传输至报警器进行报警，此时须解体检查弹性油箱是否漏油或损坏，从而保护正推力瓦，防止其烧毁。
具体的，所述外壳体2包括壳本体和密封端盖16，壳本体与水轮机主轴1之间设置所述密封端盖16，所述导杆9的第二端穿过密封端盖16至组合轴承的外部，密封端盖16与所述导杆9之间设有密封件10，行程开关15通过支架14固定在密封端盖16上。
实施例二
如图3和图4所示，本发明提供一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，所述贯流式水轮机包括水轮机主轴1、套设在水轮机主轴1上的组合轴承，所述组合轴承包括外壳体2和设在外壳体2内的反向推力瓦3、正向推力瓦4、弹性油箱，其中，反向推力瓦3、正向推力瓦4分设在主轴镜板5的两侧，所述正向推力瓦4与所述外壳体2之间设有弹性油箱，所述弹性油箱包括连接在一起的箱体6与底座7，所述箱体6位于所述正向推力瓦4和所述底座7之间，所述箱体6的内壁设有内支钉8，所述内支钉8与所述底座7之间间隔预设距离，检测装置包括导杆9、密封件10，所述导杆9的第一端连接正向推力瓦4，所述导杆9的第二端穿过外壳体2至组合轴承的外部，所述导杆9与所述外壳体2之间滑动配合，所述导杆9与外壳体2之间设有密封件10。
其中，镜板是推力轴承中与推力瓦构成动压油膜润滑、承受轴向荷载的结构部件。所述密封件10可以为O型密封圈，其作用在于密封导杆9，防止润滑油从导杆9处渗漏。
本发明的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，包括导杆9、密封件10，所述导杆9的第一端连接正向推力瓦4，所述导杆9的第二端穿过外壳体2至组合轴承的外部，所述导杆9与所述外壳体2之间滑动配合，所述导杆9与外壳体2之间设有密封件10，由于导杆9、正向推力瓦4、弹性油箱联动，因而可以通过监测导杆9位移情况分析出正向推力瓦4位移情况，进而通过监测正向推力瓦4位移情况分析出弹性油箱运行工况，并且导杆9的第二端穿过外壳体2至组合轴承的外部，方便监测。
优选的，所述检测装置包括弹簧11，所述正向推力瓦4上设有安装孔，所述导杆9的第一端固定于该安装孔中，所述导杆9置于组合轴承内部分的外壁上设有环形凸台12，所述弹簧11的两端分别抵接所述环形凸台12和所述外壳体2。其中，设置弹簧11的作用为防止机组振动时导杆9脱落，弹簧11安装时，预留一定的压紧力，防止导杆9从正向推力瓦4背面安装孔内脱落而形成测量误差。
为了便于观察导杆9的位移变化，导杆9的第二端的端面固定有挡板13，挡板13可以通过螺钉固定在导杆9的第二端的端面上。值得一提的是，既可以通过人工肉眼观测，也可以通过仪器设备观测导杆9的长度变化。优选的，所述外壳体2上还通过支架14设有行程开关15，在所述内支钉8与所述底座7不接触时，所述挡板13与行程开关15不接触；在所述内支钉8移动预设距离与所述底座7接触时，所述挡板13与行程开关15接触，所述行程开关15触发报警器报警。其中，报警器可以为语音报警器，也可以为灯光报警器，当挡板13与行程开关15接触时，导杆9挡板13顶触行程开关15触点，开点闭合，并将信号传输至报警器进行报警，此时须解体检查弹性油箱是否漏油或损坏，从而保护正推力瓦，防止其烧毁。
上述弹性油箱正常运行原理：具体可选的，当机组停机时，弹性油箱回归正常值，此时弹性油箱的箱体6与底座7间距离为95mm，弹性油箱内支钉8与弹性油箱的底座7间有3mm间隙，当机组发电时，正向水推力达设计最大值4365KN时，弹性油箱发近挥其作用，弹性油箱被压缩1mm，同时正向推力瓦4也向下游方向移动，此时弹性油箱与底座7间高度为94mm；当弹性油箱密封失效或弹性油箱质量问题出现漏油时，弹性油箱失效，弹性油箱内支钉8与组合轴承油槽硬性接触，油箱高度由运行时95mm变成92mm，此时支钉与油箱底座7间隙由3mm变成0，整个机组及正向推力瓦4向下游移动3mm，正向推力瓦4由弹性接触变成内支钉8与底座7硬性接触，各瓦面受力不均，造成瓦温偏高重则轴瓦烧毁。
上述的检测装置安装时，包括如下步骤：
一、在正向推力瓦4背面钻圆形的安装孔，孔内径12mm，孔深15mm。安装孔主要起固定导杆9的作用。
二、外壳体2包括壳本体和密封端盖16，壳本体与水轮机主轴1之间设置密封端盖16，在外壳体2的密封端盖16处开通孔，孔内径16mm，并加工轴向密封槽孔，导杆9从外壳体2的密封端盖16处引出，外壳体2的密封端盖16与导杆9之间设有O型密封圈，设置O型密封圈的作用为密封导杆9，防止油机组润滑油从导杆9处渗漏。
三、加工一条圆形导杆9，导杆9长470mm，直径16mm，一头加工成直径12mm、长15mm插入正向推力瓦4背面圆形的安装孔内，通过组合轴承密封端盖16处引出；导杆9另一头钻M6螺栓内孔，孔深20mm，用于安装位移行程开关15与人工检测用挡板13，在导杆9中部加工一圈挡板13用于卡挡弹簧11，机组运行正常时，从人工测量位置测得导杆9外置长度L＝52mm。
四、设置一道弹簧11，弹簧11内孔直径18mm，长度100mm，设置弹簧11的作用为防止机组振动时导杆9脱落，弹簧11安装时，预留一定的压紧力，防止导杆9从正向推力瓦4背面孔内脱落而形成测量误差。
本发明的检测装置的工作原理：机组正常运行，弹性油箱运行工况良好时，导杆9挡板13与行程开关15不接触，此时从挡板13位置测得导杆9外置长度L＝52mm。
当发生弹性油箱密封失效或弹性油箱本体发生质量问题而漏油时，弹性油箱失效，正向推力瓦4由弹性接触变成与弹性油箱内支钉8与底痤硬性接触。此时，机组受水推力下正向推力瓦4向下游方向轴向移动3mm，同时新设计的导杆9向下游移动3mm，此时从人工检测位置测得导杆9长度L＝55mm，此时导杆9挡板13顶触行程开关15触点，开点闭合，并将信号传输至监控系统由监控系统发出语音信号，此时须解体检查弹性油箱是否漏油或损坏，从而保护正推力瓦，防止其烧毁。
实施例三
本发明提供一种应用实施例一或实施例二的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置的方法，所述方法包括如下步骤：
1)通过监测导杆位移情况分析正向推力瓦位移情况；
2)通过所述正向推力瓦位移情况分析出弹性油箱运行工况。
本发明的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的方法，可以通过监测导杆位移情况分析出正向推力瓦位移情况，进而通过监测正向推力瓦位移情况分析出弹性油箱运行工况，操作简单高效。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，所述贯流式水轮机包括水轮机主轴(1)、套设在水轮机主轴(1)上的组合轴承，所述组合轴承包括外壳体(2)和设在外壳体(2)内的反向推力瓦(3)、正向推力瓦(4)、弹性油箱，其中，反向推力瓦(3)、正向推力瓦(4)分设在主轴镜板(5)的两侧，所述正向推力瓦(4)与所述外壳体(2)之间设有弹性油箱，所述弹性油箱包括连接在一起的箱体(6)与底座(7)，所述箱体(6)位于所述正向推力瓦(4)和所述底座(7)之间，所述箱体(6)的内壁设有内支钉(8)，所述内支钉(8)与所述底座(7)之间间隔预设距离，其特征在于：检测装置包括导杆(9)、密封件(10)，所述导杆(9)的第一端连接正向推力瓦(4)，所述导杆(9)的第二端穿过外壳体(2)至组合轴承的外部，所述导杆(9)与所述外壳体(2)之间滑动配合，所述导杆(9)与外壳体(2)之间设有密封件(10)。
2.根据权利要求1所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述检测装置包括弹簧(11)，所述正向推力瓦(4)上设有安装孔，所述导杆(9)的第一端固定于该安装孔中，所述导杆(9)置于组合轴承内部分的外壁上设有环形凸台(12)，所述弹簧(11)的两端分别抵接所述环形凸台(12)和所述外壳体(2)。
3.根据权利要求1所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述导杆(9)的第二端的端面固定有挡板(13)。
4.根据权利要求3所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述挡板(13)通过螺钉固定在导杆(9)的第二端的端面上。
5.根据权利要求4所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述外壳体(2)上还通过支架(14)设有行程开关(15)，在所述内支钉(8)与所述底座(7)不接触时，所述挡板(13)与行程开关(15)不接触；在所述内支钉(8)移动预设距离与所述底座(7)接触时，所述挡板(13)与行程开关(15)接触，所述行程开关(15)触发报警器报警。
6.根据权利要求5所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述报警器为语音报警器或灯光报警器。
7.根据权利要求5所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述支架(14)通过螺钉固定在外壳体(2)上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述密封件(10)为O型密封圈。
9.根据权利要求1-7任一项所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置，其特征在于：所述外壳体(2)包括壳本体和密封端盖(16)，壳本体与水轮机主轴(1)之间设置所述密封端盖(16)，所述导杆(9)的第二端穿过密封端盖(16)至组合轴承的外部。
10.一种应用权利要求1-9任一项所述的检测贯流式水轮机弹性油箱运行工况的装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过监测导杆(9)位移情况分析正向推力瓦(4)位移情况；
2)通过所述正向推力瓦(4)位移情况分析出弹性油箱运行工况。
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