CN117189791A - 一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，包括同轴设置的前轴承座、轴承机匣中段和后轴承座；轴承机匣中段连接于前轴承座与后轴承座之间；在前轴承座内安装有径向滑动轴承；在后轴承座内安装有止推滑动轴承；前轴承座端面处的支板上和后轴承座上安装有振动位移传感器；后轴承座上安装有振动速度传感器，后轴承座上安装有相位传感器；在径向轴瓦和止推轴瓦上设置有测温孔，在测温孔内插入有用于测温的热电偶。本方案通过传感器的设置，实现动力涡轮的轴承的运行状态参数动态检测，从而通过方便于动力涡轮运行时安全隐患的及时发现和排除；提高燃气轮机运行的安全性和稳定性。

Description

一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件。

背景技术

近年来，随着社会科技与经济的发展，燃气轮机已经逐步发展成为我国重要的动力能源设备，广泛应用于航空、工业等各个领域。但是随着燃气轮机的发展，燃气轮机的故障和维修等问题也逐渐暴露出来。尤其是燃气轮机的热端部件，比如涡轮部件的恶化往往就比一般静子件更加严重。动力涡轮作为燃气轮机的重要组成部分，也存在故障发生的隐患，由于而燃气轮机动力涡轮的各种故障类型中，有70%以上故障的都可以通过振动信号的变化来发现。所以，为了实现对燃气轮机的动态监测，需要采集燃气轮机转子件的振动信号，而转子件在工作状况中处于动平衡状态，其振动响应一般就由频率、振幅、相位等来表达。

动力涡轮轴承是动力涡轮中最容易发生故障的部位，往往需要对其频率、振幅、相位等运行参数进行监控和检测。而由于燃气轮机结构的复杂性和传感器安装位置的局限性，如何在动力涡轮轴承上实现有效的进行传感器信号拾取和传递始终是一个棘手的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本方案提供了一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件。

本发明所采用的技术方案为：

一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，包括同轴设置的前轴承座、轴承机匣中段和后轴承座；

所述轴承机匣中段呈锥筒形，并连接于前轴承座与后轴承座之间；在前轴承座内安装有用于对动力涡轮进行径向支撑的径向滑动轴承；在后轴承座内安装有用于对动力涡轮进行轴向支撑的止推滑动轴承；径向滑动轴承具有径向轴瓦，止推滑动轴承具有止推轴瓦；所述径向轴瓦的内环侧和止推轴瓦的内环侧能够充入润滑油并形成油膜，以减少动力涡轮转动在两者内侧转动时的滑动摩擦；

前轴承座端面处的支板上和后轴承座上安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动位移传感器，并用于检测动力涡轮的涡轮轴的位移距离；后轴承座上安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动速度传感器，后轴承座上安装有至少两个具有90°±2°相位差的相位传感器；在径向轴瓦和止推轴瓦上设置有测温孔，在测温孔内插入有用于测温的热电偶。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述轴承机匣中段的内侧设置有支撑线管；所述前轴承座处的传感器的线缆通过支撑线管引至后轴承座处，然后引出后轴承座外。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述后轴承座的外壁上安装有盖板，所述盖板上设置有多个第二接线头，所述第二接线头与支撑线管中的线缆对应连接。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述后轴承座上安装有第一接线头，在止推滑动轴承的不同部件上均设置有多个热电偶，止推轴瓦上的热电偶通过不同的导线电连接所述第一接线头的不同针脚。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述径向滑动轴承包括径向座环、封严环、第二喷油器和径向轴瓦；所述径向座环呈圆环形，且其内侧设置有台阶孔；所述径向轴瓦包括有多个第二弧形片，并环布于径向座环的内侧；多个第二喷油器环布于径向座环上，且第二喷油器的头部伸入至相邻第二弧形片之间；封严环连接于径向座环后端面并抵紧径向轴瓦。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：在后轴承座的外壁上安装有盖板，在盖板上设置有第二进油管；在轴承机匣中段的内侧设置有油管；所述第二进油管通过油管连通于第二喷油器。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述径向滑动轴承的前侧和后侧分别设置有前轴承前腔和前轴承后腔；所述轴承机匣中段与动力涡轮之间形成有中段油腔；所述前轴承后腔与中段油腔连通，前轴承前腔通过前轴承座上设置的回油孔道连通中段油腔，使前轴承座处的润滑油通过中段油腔流向后轴承座。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述止推滑动轴承包括止推座环、后止推环、前止推环、第一喷油器和所述止推轴瓦；所述止推座环呈圆环形，且其内侧设置有环形槽；所述止推轴瓦包括有多个第一弧形片，并环布于环形槽内；多个第一喷油器环布于止推座环上，且第一喷油器的头部伸入至相邻第一弧形片之间；前止推环和后止推环分别连接于止推座环的前后端面。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述后轴承座处设置有第一进油管和出油口；所述第一进油管连通第一喷油器，止推滑动轴承处的油腔和所述轴承机匣中段与动力涡轮之间的中段油腔均连通于出油口。

作为上述轴承机匣组件的备选结构或补充设计：所述前轴承座和后轴承座均由两个半环拼接而成。

本发明的有益效果为：

1、本方案通过多点设置的振动位移传感器、振动速度传感器、热电偶等传感器的设置，实现动力涡轮的轴承的运行状态参数动态检测，从而通过方便于动力涡轮运行时安全隐患的及时发现和排除；提高燃气轮机运行的安全性和稳定性；

2、本方案中采用滑动轴承作为动力涡轮的支撑轴承，同时搭配本方案中的轴承机匣组件，能够对动力涡轮进行有效支撑的同时，还能够提供更多可靠稳定的传感器安装点，从而解决传感器信号拾取和传递难度大的问题；并且传感器的安装位置稳定可靠性好，大大减少了因传感器本身问题带来的失效和误差；

3、本方案中的径向滑动轴承的传感信号通过线缆延伸至止推滑动轴承处，从而缩短信号传递的路程，避免传感器线缆通过结构复杂的部件，进而减少了对检测信号的干扰和信号衰减。

附图说明

为了更清楚地说明本方案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作简单地介绍。

图1是本方案中的轴承机匣组件的整体结构图；

图2是本方案中的轴承机匣组件的剖面结构图；

图3是前轴承座处的截面结构图；

图4是支撑线管安装位置的示意图；

图5是径向滑动轴承的截面结构图；

图6是止推滑动轴承的截面结构图；

图7是热电偶在止推滑动轴承处安装的示意图；

图8是后轴承座处的截面结构图；

图9是油管安装位置的示意图。

图中：1-前轴承座；11-回油孔道；12-支板；2-轴承机匣中段；21-支撑线管；22-油管；3-后轴承座；31-出油口；32-第一接线头；33-第一进油管；4-盖板；41-第二进油管；42-第二接线头；5-振动速度传感器；6-相位传感器；7-径向滑动轴承；71-径向座环；72-封严环；73-第二喷油器；74-径向轴瓦；741-第二测温孔；8-止推滑动轴承；81-止推座环；82-止推轴瓦；83-后止推环；84-前止推环；85-第一喷油器；9-热电偶；10-振动位移传感器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，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，都属于本方案的保护范围。

实施例1

如图1至图9所示，本实施例设计了一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，包括前轴承座1、轴承机匣中段2和后轴承座3等部件。

所述轴承机匣中段2呈锥筒形，轴承机匣的前端直径大于其后端的直径，在轴承机匣的后端可以设置径向向外延伸的安装盘，从而方便于与燃气轮机的其他部件进行连接。轴承机匣中段2连接于前轴承座1与后轴承座3之间。

前轴承座1同轴连接在前轴承座1的前端处，该前轴承座1的主要作用是用于径向滑动轴承7的安装固定，同时，该前轴承座1可以由两个半环拼接而成，前轴承座1的两个半环可以通过十二角头螺栓进行连接，然后用锁丝进行锁紧。前轴承座1拼接后可以通过螺钉将其与轴承机匣中段2连接起来，并用锁片进行自锁。

后轴承座3同轴连接在后轴承座3的后端处，该后轴承座3的主要作用是用于止推滑动轴承8的安装固定，同时，该后轴承座3也可以由两个半环拼接而成，后轴承座3的两个半环也通过十二角头螺栓进行连接，然后用锁丝锁紧这些十二角头螺栓。后轴承座3拼接后通过螺钉与轴承机匣中段2的后端连接，并用锁片进行自锁。

径向滑动轴承7安装在前轴承座1内，该径向滑动轴承7用于对动力涡轮进行径向支撑。止推滑动轴承8安装在在后轴承座3内，该用于对动力涡轮进行轴向支撑。在径向滑动轴承7具有径向轴瓦74，止推滑动轴承8具有止推轴瓦82；所述径向轴瓦74的内环侧和止推轴瓦82的内环侧能够充入润滑油并形成油膜，以减少动力涡轮转动在两者内侧转动时的滑动摩擦。市售产品中，满足以上条件的轴承均可以作为本实施例中的径向滑动轴承7或止推滑动轴承8使用。同时，采用滑动轴承能够提供可靠稳定的传感器安装点，从而解决传感器信号拾取和传递难度大的问题。

为了对上述径向滑动轴承7和止推滑动轴承8的运动参数进行检测，在轴承机匣组件、径向滑动轴承7、止推滑动轴承8上设置振动位移传感器10、振动速度传感器5、热电偶9等传感器。

在后轴承座3上安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动速度传感器5，当后轴承座3横卧放置时，其中一个振动速度传感器5安装在后轴承座3的顶部或底部，另一个振动速度传感器5则安装在后轴承座3的左侧或右侧，利用振动速度传感器5可以用来检测轴承机匣组件的振动速度或振动频率，从而方便于滑动轴承的运行状态和参数。通过检测结果可以控制动力涡轮的工作转速远离会产生共振的临界转速，避免滑动轴承和轴承机匣的振动频率与各自的自振频率相等，确保转子的稳定安全运行。

在前轴承座1端面处的支板12上安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动位移传感器10，在后轴承座3上也安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动位移传感器10。前轴承座1处的振动位移传感器10的线缆（双绞线导线）通过螺钉和固定扣固定到支板12，支板12再利用螺栓固定在前轴承座1后端面的上部。振动位移传感器10直接安装在径向滑动轴承上的径向孔上。前轴承座1和径向滑动轴承处的振动位移传感器10分别安装在相互垂直的两个方向上，这样通过振动信号传输，可以测得动力涡轮转子在这两个方向上的振动位移。前轴承座1和后轴承座3处的振动位移传感器10的探头均与动力涡轮的涡轮轴接触，并用于检测动力涡轮的涡轮轴的位移距离。

在后轴承座3上安装有至少两个具有90°±2°相位差的相位传感器6。相位传感器6直接插接到径向滑动轴承上对应的径向孔上，且相位传感器6的探头与止推滑动轴承接触。利用相位传感器6来诊断动力涡轮转子的振动方向，这样就可以通过振动信号来判断故障的位置，或是为转子系统中不平衡、不对中的问题提供解决方向。

在径向轴瓦74和止推轴瓦82上分别设置有第二测温孔741和第一测温孔，在测温孔内插入有用于测温的热电偶9。通过热电偶9可以直接准确获取径向滑动轴承7和止推滑动轴承8的温度，监控轴承的温度是否过高和润滑油的冷却效果是否良好，以防止发生高温变形等故障。

所述轴承机匣中段2的内侧设置有支撑线管21；所述前轴承座1处的振动位移传感器10和热电偶9等传感器的线缆均集中于前轴承座1下部，并通过支撑线管21引至后轴承座3处，在后轴承座3的外壁上安装有盖板4，所述盖板4上设置有多个第二接线头42，所述第二接线头42与支撑线管21中的线缆对应连接，从而使得传感信号能够引出到后轴承座3外。以上结构能够缩短信号传递的路程，避免传感器线缆通过结构复杂的部件，进而减少了对检测信号的干扰和信号衰减。

所述后轴承座3上安装有第一接线头32，在止推滑动轴承8的不同部件上均设置有多个热电偶9；热电偶9可以设置六个，其中两个是检测止推轴瓦82不同位置的温度，还有两个是用来检测前止推环84不同位置的温度，最后两个是用来检测止推环不同位置的温度，止推滑动轴承8上的热电偶9通过不同的导线电连接所述第一接线头32的不同针脚。其中检测止推轴瓦82的热电偶9的线缆穿过止推座环81，在止推轴瓦82上设置有第一测温孔，热电偶9插入到第一测温孔内，并利用弹簧和压板将其压紧到止推轴瓦82上。以上热电偶9测点的配置方式，可以全方位的监控止推滑动轴承的温度，将信号传输至自动控制系统，达到保护燃气轮机和评估动力涡轮止推滑动轴承工作性能的目的。

本实施例通过多点设置的振动位移传感器10、振动速度传感器5、热电偶9等传感器的设置，实现动力涡轮的轴承的运行状态参数动态检测，从而通过方便于动力涡轮运行时安全隐患的及时发现和排除；提高燃气轮机运行的安全性和稳定性；同时传感器的安装位置稳定可靠性好，大大减少了因传感器本身问题带来的失效和误差。

对于径向滑动轴承7：两个热电偶9是直接埋入径向轴瓦74，可以直接测出径向轴瓦74的温度。由于动力涡轮的滑动轴承处的温度相对于燃气涡轮较低，再加上有滑油的冷却，热电偶9的量程在0~150摄氏度即可。两处振动位移传感器10则是通过前轴承座1的支板12来固定，可以直接测量动力涡轮的涡轮轴在径向滑动轴承7中的位移，两个振动位移传感器10的量程为0~2000um。两组传感器的线缆，引至第二接线头42上后，不经过其他复杂路径而是直接传输至燃气轮机以外，缩短了微弱信号的传输路程大大减少了复杂路径的背景噪声或者其他噪音源对微弱传感器检测值的影响。

对于止推滑动轴承8：六处热电偶9分部设置到止推轴瓦82、前止推环84、后止推环83等位置处，全面直接的测得止推滑动轴承8的各点温度。一处相位传感器6和两处位移传感器则是直接穿透后轴承座3对动力涡轮转子在止推滑动轴承8中的位移进行测量，然后再直接传输至燃气轮机外，没有中间路径，所以大大减少了信号的衰减。由于止推滑动轴承8的振动量足够大，会传到轴承座上，所以两处振动速度传感器5则安装位置相差90°，振动速度传感器5的测量参数工作范围在0~15mm/s，并且具有良好的信噪比。

实施例2

在实施例1中的径向滑动轴承7、止推滑动轴承8、前轴承座1、轴承机匣中段2和后轴承座3等部件的基础上。由于现有技术中的轴承一般都是安装在轴承座或者轴承机匣上的，对于向轴承喷油的设计始终不能有效的将滑油全部喷射导入轴承中，总会有一部分滑油会溅出或反射等，因此，设计了本实施例中的结构来解决如何减少滑油的溅出或反射、提高润滑效率的问题。

所述径向滑动轴承7包括径向座环71、封严环72、第二喷油器73和径向轴瓦74等部件。所述径向座环71呈圆环形，且其内侧设置有台阶孔；所述径向轴瓦74包括有多个第二弧形片，并环布于径向座环71的内侧；多个第二喷油器73环布于径向座环71上，且第二喷油器73的头部伸入至相邻第二弧形片之间；封严环72连接于径向座环71后端面并抵紧径向轴瓦74。

所述止推滑动轴承8包括止推座环81、后止推环83、前止推环84、第一喷油器85和所述止推轴瓦82等部件，所述止推座环81呈圆环形，且其内侧设置有环形槽；所述止推轴瓦82包括有多个第一弧形片，并环布于环形槽内；多个第一喷油器85环布于止推座环81上，且第一喷油器85的头部伸入至相邻第一弧形片之间；前止推环84和后止推环83分别连接于止推座环81的前后端面。

在后轴承座3的外壁上安装有盖板4，在盖板4上设置有第二进油管41；在轴承机匣中段2的内侧设置有油管22；所述第二进油管41通过油管22连通于第二喷油器73。所述径向滑动轴承7的前侧和后侧分别设置有前轴承前腔和前轴承后腔；所述轴承机匣中段2与动力涡轮之间形成有中段油腔；所述前轴承后腔与中段油腔连通，前轴承前腔通过前轴承座1上设置的回油孔道11连通中段油腔，使前轴承座1处的润滑油通过中段油腔流向后轴承座3。

所述后轴承座3处设置有第一进油管33和出油口31；所述第一进油管33连通第一喷油器85，止推滑动轴承8处的油腔和所述轴承机匣中段2与动力涡轮之间的中段油腔均连通于出油口31。

对径向滑动轴承7而言，润滑油首先通过后轴承座3处的第二进油管41进入，然后通过轴承机匣中段2内的油管22输送至前轴承座1处，然后再进入到前轴承座1的供油通道内，最后进入径向轴瓦74。径向滑动轴承7设置有五处均布的第二喷油器73，实现多点稳定供油，在第二喷油器73的头部设置有三个小孔来出油，润滑油可以直接在动力涡轮的涡轮轴与径向轴瓦74之间形成一层油膜。从而直接将润滑油喷入到润滑的部位，相比于两端喷射的供油方式，大大减少了由于润滑油飞溅、反射等引起的润滑油损失。

对止推滑动轴承8而言，润滑油通过止推滑动轴承8的第一进油管33直接进入止推轴瓦82处，止推滑动轴承8设置有五处均布的第一喷油器85，实现多点稳定供油，第一喷油器85的头部同样设置为三个小孔来出油，使得动力涡轮的涡轮轴与止推轴瓦82之间形成一层油膜。

本实施例的结构实现了轴向滑动轴承和径向滑动轴承7的的多点稳定供油，降低了润滑油回油堵塞问题出现的概率，同时也减少了润滑油飞溅、反射等现象。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：包括同轴设置的前轴承座（1）、轴承机匣中段（2）和后轴承座（3）；

所述轴承机匣中段（2）呈锥筒形，并连接于前轴承座（1）与后轴承座（3）之间；在前轴承座（1）内安装有用于对动力涡轮进行径向支撑的径向滑动轴承（7）；在后轴承座（3）内安装有用于对动力涡轮进行轴向支撑的止推滑动轴承（8）；径向滑动轴承（7）具有径向轴瓦（74），止推滑动轴承（8）具有止推轴瓦（82）；所述径向轴瓦（74）的内环侧和止推轴瓦（82）的内环侧能够充入润滑油并形成油膜，以减少动力涡轮转动在两者内侧转动时的滑动摩擦；

前轴承座（1）端面处的支板（12）上和后轴承座（3）上安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动位移传感器（10），并用于检测动力涡轮的涡轮轴的位移距离；后轴承座（3）上安装有至少两个具有90°±2°相位差的振动速度传感器（5），后轴承座（3）上安装有至少两个具有90°±2°相位差的相位传感器（6）；在径向轴瓦（74）和止推轴瓦（82）上设置有测温孔，在测温孔内插入有用于测温的热电偶（9）。

2.根据权利要求1所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述轴承机匣中段（2）的内侧设置有支撑线管（21）；所述前轴承座（1）处的传感器的线缆通过支撑线管（21）引至后轴承座（3）处，然后引出后轴承座（3）外。

3.根据权利要求2所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述后轴承座（3）的外壁上安装有盖板（4），所述盖板（4）上设置有多个第二接线头（42），所述第二接线头（42）与支撑线管（21）中的线缆对应连接。

4.根据权利要求1所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述后轴承座（3）上安装有第一接线头（32），在止推滑动轴承（8）的不同部件上均设置有多个热电偶（9），止推轴瓦（82）上的热电偶（9）通过不同的导线电连接所述第一接线头（32）的不同针脚。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述径向滑动轴承（7）包括径向座环（71）、封严环（72）、第二喷油器（73）和径向轴瓦（74）；所述径向座环（71）呈圆环形，且其内侧设置有台阶孔；所述径向轴瓦（74）包括有多个第二弧形片，并环布于径向座环（71）的内侧；多个第二喷油器（73）环布于径向座环（71）上，且第二喷油器（73）的头部伸入至相邻第二弧形片之间；封严环（72）连接于径向座环（71）后端面并抵紧径向轴瓦（74）。

6.根据权利要求5所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：在后轴承座（3）的外壁上安装有盖板（4），在盖板（4）上设置有第二进油管（41）；在轴承机匣中段（2）的内侧设置有油管（22）；所述第二进油管（41）通过油管（22）连通于第二喷油器（73）。

7.根据权利要求6所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述径向滑动轴承（7）的前侧和后侧分别设置有前轴承前腔和前轴承后腔；所述轴承机匣中段（2）与动力涡轮之间形成有中段油腔；所述前轴承后腔与中段油腔连通，前轴承前腔通过前轴承座（1）上设置的回油孔道（11）连通中段油腔，使前轴承座（1）处的润滑油通过中段油腔流向后轴承座（3）。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述止推滑动轴承（8）包括止推座环（81）、后止推环（83）、前止推环（84）、第一喷油器（85）和所述止推轴瓦（82）；所述止推座环（81）呈圆环形，且其内侧设置有环形槽；所述止推轴瓦（82）包括有多个第一弧形片，并环布于环形槽内；多个第一喷油器（85）环布于止推座环（81）上，且第一喷油器（85）的头部伸入至相邻第一弧形片之间；前止推环（84）和后止推环（83）分别连接于止推座环（81）的前后端面。

9.根据权利要求8所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述后轴承座（3）处设置有第一进油管（33）和出油口（31）；所述第一进油管（33）连通第一喷油器（85），止推滑动轴承（8）处的油腔和所述轴承机匣中段（2）与动力涡轮之间的中段油腔均连通于出油口（31）。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的带传感器的动力涡轮轴承机匣组件，其特征在于：所述前轴承座（1）和后轴承座（3）均由两个半环拼接而成。