CN112196907A - 中心主轴单元 - Google Patents

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CN112196907A CN202010641307.5A CN202010641307A CN112196907A CN 112196907 A CN112196907 A CN 112196907A CN 202010641307 A CN202010641307 A CN 202010641307A CN 112196907 A CN112196907 A CN 112196907A
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Abstract

一种中心主轴单元(1)，包含设置有内孔(12)的中心主轴(2)。所述中心主轴单元(1)包含有传感器管(10)，所述传感器管(10)被构建为中空的套筒，设置在中心主轴(2)的内孔(12)中。传感器管(10)中设置有至少一个传感器(8)，在设计上用于监测中心主轴(2)的至少一个轴承(6)。

Description

中心主轴单元
技术领域
本发明涉及技术方案1前序部分中所述的中心主轴单元，该中心主轴单元包含静止的中心主轴。
背景技术
直接驱动的潮汐涡轮机(directly driven tidal turbine)可被应用于海洋能源领域，所述涡轮机包括缓慢移动的环形发电机。此处，静止的中心主轴(kingpin orKingPin)可被支撑在旋转的壳体中。这种静止的中心主轴也可被用于诸如机动车辆的轮轴承(wheel bearings)、行星齿轮变速器(planetary transmissions)或者风力涡轮机(windturbines)之类的其他领域中。所述支撑通常是由一个或者一个以上的轴承(滚动轴承或者滑动轴承)来实现。为确保轴承和旋转的轴承单元的正确运转，有必要对所使用的轴承进行监测，以便能够及时发现轴承失效，从而能够做出相应的反应。例如，振动传感器可被用于检测表征缺陷的轴承非理想振动。然而，为进行有意义的状态监测，这种振动传感器的位置须尽可能地靠近所述的轴承。然而，由于轴承座(轴承所在壳体)的旋转，将传感器安置在旋转的轴承座上并将信号传输至静止部件(例如静止的吊舱壳体)是复杂的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够对轴承进行良好状态监测的系统。
该目的由技术方案1中所述的中心主轴单元加以实现，所述中心主轴单元包含设置在静止中心主轴内孔中的传感器管。
这种中心主轴单元，例如，可被用于直接驱动的潮汐涡轮机，所述潮汐涡轮机包含缓慢移动的环形发电机。中心主轴单元在诸如机动车辆的轮轴承、行星齿轮变速器或者风力涡轮机之类的其他领域中的应用也是可能的。所述中心主轴单元包含设置有内孔的静止的中心主轴。所述中心主轴通过至少一个轴承在壳体中获得支撑。为了能够监测这些轴承，所述中心主轴单元包含传感器管，其中设置有用于监测所述至少一个轴承的至少一个传感器。这里，多个轴承也可以由单独一个传感器监测。所述传感器管被构建为中空的套筒，设置在中心主轴的内孔中。按照这种方式，设置在传感器管(即中空的套筒)中的传感器能够被轻易推进中心主轴的内孔中。此处，传感器被设置为一旦等传感器管被推入到中心主轴内时，传感器就定位于尽可能靠近所述至少一个轴承的位置处。在优选情况下，所述传感器可以是振动传感器，当然，比如温度传感器之类的其他传感器也是可以的。
根据一种实施方式，所述传感器管包含用于在轴向上附着到中心主轴上的法兰。按照这种方式，传感器管可以利用法兰从外侧相当简单地连接安装在中心主轴上。
根据进一步的实施方式，所述传感器管包含至少一个开口。所述开口设置在传感器管的中空套筒的外表面上。这里，所述至少一个传感器设置在传感器管在所述开口处的管内部。由于传感器设置在该开口内，所以传感器可以直接抵靠在中心主轴上。采用这种方式，比方说，振动可以特别好地从所述至少一个轴承经过中心主轴传输到传感器，因为它们不会被传感器管所屏蔽。
尤其是，在所述至少一处开口处可设置固定装置，用于将传感器安装在传感器管上。所述固定装置，例如，可以是螺丝。由此，可以确保所述传感器位于所述开口处，从而处于传感器管内部振动不会被传感器管所屏蔽的地方。
为使传感器管能够简单地插入中心主轴，根据进一步的实施方式，所述传感器管可以在其进入中心主轴的轴向端具有较小的直径。由于该直径相比于传感器管其余部分的直径比较小，所以令传感器管能够简单地插入中心主轴。
根据进一步的实施方式，传感器管包含沿轴向延伸的缝隙槽(/狭槽)(slot)。由于该缝隙槽的存在，使得传感器管能够被压缩(/卷缩)(press)起来插入中心主轴。等传感器管一旦位于中心主轴的内部，传感器管就可以以弹性卡环(snap ring)的方式通过缝隙槽膨胀(extend)，于是停留在中心主轴里，并通过紧配合嵌配其中。
根据进一步的实施方式，传感器管的外圆周和/或中心主轴的内孔具有非均一的(/变化的)(varying)直径。由于这种变化的直径存在于中心主轴或者传感器管，抑或同时存在于中心主轴和传感器管，故可使传感器的外圆周与中心主轴的内孔之间存在空气间隙，并同时使传感器的外圆周与中心主轴的内孔径仅在传感器的所在区域接触。采用这种方式可以确保传感器与中心主轴在传感器的所在区域内接触。这种接触，比方说，可以是金属与金属的接触。这种接触可以获得良好的测量功率(measuring power)，因为振动可以直接通过该接触传输到传感器。此外，按照这种方式，传感器可被设置为尽可能地靠近所述至少一个轴承，因为它就位于传感器管与中心主轴直接接触的区域。与此同时，传感器管与中心主轴之间的空气间隙可确保传感器管与中心主轴仅在小区域范围内相互接触。因此，使以低摩擦方式将传感器管简单地插入中心主轴成为可能。
非均一的直径，例如，可以通过逐渐变化的直径或者阶梯状变化的直径来实现。这种变化的直径可以设置在中心主轴和/或传感器管的整个长度或者局部片段上。在设置在局部片段的情况下，例如，可以仅设置在传感器的所在区域。所述非均一的直径也可以通过设置在中心主轴和/或传感器管上的凸出构造来实现。在这种情下，传感器管和中心主轴在优选情况下仅在该凸出部分处接触。
根据进一步的实施方式，所述传感器可连接至电缆。这种电缆可设置在传感器管中，并且从中被向外导引至发生器(/生成器)(generator)，以便在所述发生器处连接至一个外部单元，比方说，控制单元。采用这种方式可以以简单的方式将传感器捕捉到的数据发送到外部单元。作为另外一种选择，也可以将这些数据以无线的方式传输至外部单元。
本发明进一步的优势和有益实施方式将在说明书和权利要求书中予以阐述。此处，尤其在说明书和附图中描述的特征组合仅为纯粹的示范性质，这些特征既可以单独存在，也可以以其他方式组合。
以下根据幅图中描绘的示范性实施方式详细描述本发明。此处，示范性实施方式以及示范性实施方式中所显示的组合仅为纯粹的示范性质，并非旨在限制本发明的保护范围。本发明的保护范围仅由随附的权利要求书限定。
附图说明
图1显示中心主轴单元在长度方向上的截面图；
图2显示图1中的中心主轴单元的局部放大图；以及
图3显示传感器管的透视图。
附图标记说明
1 中心主轴单元
2 中心主轴
4 壳体
6 轴承
8 传感器
10 传感器管
12 内孔
14 开口
16 固定装置
18 法兰
20 接线端
22 垫圈
24 开口
26 传感器管的第一直径
28 传感器管的第二直径
30 中心主轴的第一直径
32 中心主轴的第二直径
34 空气间隙
36 空气间隙
38 较小直径
40 沿轴向延伸的缝隙槽
具体实施方式
在下文中，同样或者功能等同的部件被赋予相同的附图标记。
图1显示中心主轴单元1在长度方向上的截面图。在本例中，作为一个示范，这是一个潮汐涡轮机的中心主轴单元1。然而，此处描述的中心主轴单元1也可用于诸如机动车辆的轮轴承、行星齿轮变速箱器或者风力涡轮机之类的其他领域。所述中心主轴单元1包含在壳体4中由轴承6支撑的中心主轴2。为能够监控轴承6的状态，设置有传感器8。这些传感器8，比方说，可以是振动传感器。
为能使传感器8的位置尽可能地靠近轴承6，提供一种传感器管(sensor tube)10，所述传感器管10设置在中心主轴2的内孔12中。这里，传感器8设置在传感器管10中，以便使其位置尽可能地靠近轴承6。为此目的，传感器管10在优选情况下设置有开口14，传感器8就设置在该开口处或开口内。由于传感器8设置在开口14上或者开口14内，例如，振动就能直接从轴承6经过中心主轴2传输至传感器8，而不会被传感器管10所屏蔽。传感器8可以通过固定装置16安装在传感器管10上。所述固定装置16，比方说，可以是螺丝。
此外，所述固定装置16也可被构建为弹簧部件，用于弹性支撑传感器8。在传感器管10插入到中心主轴2的过程中，在本例中，传感器8位于传感器管10中。一旦等传感器管10到达其最终位置，传感器8就穿过开口14抵靠在中心主轴2上，从而在中心主轴2和传感器8之间形成接触，以便能够将例如振动传输到传感器。
为将传感器管10安装在中心主轴2内，传感器管10上设置有法兰18。通过法兰18，传感器管10能够沿轴向附着在中心主轴2上，比如，通过螺丝固定。
为将传感器8检测到的数据发送至控制单元或者不同的单元，传感器8可连接电缆(未显示)。为此目的，传感器8可包含接线端20，用于连接这样的电缆。
图2显示传感器8的详细布置图。从图中可以看出，通过固定装置16，直接接触形成在固定装置16与中心主轴2之间，也形成在传感器管10和中心主轴2之间。所述接触，比方说，可以是金属与金属之间的接触。由于这种直接的接触，从轴承6至传感器8的特别良好的传输，尤其是振动的传输，得以确保实现。传感器8和传感器管10之间可以设置有垫圈22，经由该垫圈22也可以实现直接接触。固定装置16可被进一步用于调节在中心主轴2表面上的传感器8。
为利用固定装置16将传感器8安装在传感器管10中，可在开口14的对面设置开口24。通过开口24可将工具插入传感器管10中，用以调紧固定装置16。
传感器管10的外圆周和/或中心轴2的内孔可具有非均一的直径。由于这种非均等的直径的存在，可使中心主轴2与传感器管10之间存在空气间隙34、36，并使传感器管10与中心主轴2之间的接触仅发生在传感器的存在区域。由于中心主轴2和传感器管10仅在该小区域内接触，故传感器管10可以以低摩擦的方式进入中心主轴2。
非均一的直径在中心主轴2和/或传感器管10上可以分别被实施为逐渐变化的直径、阶梯状变化的直径和/或凸出结构。在图2所示的实施方式中，传感器管10与中心主轴2的内孔12均具有阶梯状的直径。传感器管10采用阶梯状的设计，在其第一区段内设置有第一直径26，在其第二区段设置有第二直径28。中心主轴2在其内孔中也包含阶梯状设计，分别具有第一直径30和第二直径32。
图3显示传感器管10的透视图，其中也包含了阶梯状变化的直径。传感器管10具有第一直径26和第二直径28。此外，传感器管10在其首先进入中心主轴的一端具有较小的直径38，以方便插入中心主轴2。
传感器管10可包含轴向延伸的缝隙槽40。由于该缝隙槽40的存在，可在传感器管10插入中心主轴2的过程中将其压缩(令其卷曲)在一起。一旦等传感器管10被安置在主中心主轴2的内部，传感器管10就能以卡环(snap ring)的方式再次膨胀起来，于是通过紧配合被保持在中心主轴2中。
采用本发明所述的中心主轴单元可以以简单不复杂的方式将传感器设置在中心主轴中。由于采用传感器管可将传感器简单地设置在中心主轴中，故能够确保中心主轴的至少一个轴承能被良好监测。

Claims (10)

1.一种中心主轴单元(1)，包含设置有内孔(12)的中心主轴(2)，其特征在于：所述中心主轴单元(1)包含有传感器管(10)，所述传感器管(10)被构造为中空的套筒并且设置在中心主轴(2)的所述内孔(12)中，所述传感器管(10)中设置有至少一个传感器(8)，所述传感器(8)被配置用于监测所述中心主轴(2)的至少一个轴承(6)。
2.根据权利要求1所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器管(10)包含有法兰(18)，用于轴向安装在所述中心主轴(2)上。
3.根据权利要求1或2所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器管(10)包含至少一个开口(14)，所述至少一个传感器(8)设置在所述传感器管(10)在所述开口(14)处的管内部。
4.根据权利要求3所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：提供一种固定装置(16)，设置在所述至少一个开口(14)内，用于将所述传感器(8)安装在所述传感器管(10)内。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：为插入所述中心主轴(2)的内孔(12)，所述传感器管(10)在其轴向的一端具有较小的直径(38)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器管(10)包含沿轴向延伸的缝隙槽(40)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器管(10)的外圆周和/或所述中心主轴(2)的内孔(12)具有非均一的直径。
8.根据权利要求7所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器管(10)的外圆周和/或所述中心主轴(2)的内孔(12)具有逐渐变化的直径、阶梯状变化的直径和/或凸出构造。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器管(10)的外圆周与所述中心主轴(2)的内孔(12)在所述传感器(8)的所在区域接触，并且/或者，在所述传感器管(10)的外圆周与所述中心主轴(2)的内孔(12)之间设置有空气间隙(34、36)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的中心主轴单元(1)，其特征在于：所述传感器(8)与电缆相连，所述电缆设置在所述传感器管(10)内，并能够与外部单元相连。
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