CN205262745U - 水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置，该预警装置包括温度传感器、压力传感器、油膜厚度传感器、前置器、远程主机。传感器安装于推力轴承镜板上，随镜板旋转输出油膜厚度、油膜压力、油膜温度等润滑参数数据，这些数据可以反映钨金瓦推力轴承运行状态。远程主机和前置器之间使用无线通讯交换数据，前置器在程序控制下进行高速采集，采集完成后通过无线网络将数据上传到远程主机中进行分析处理，如果推力瓦的油膜厚度太薄或者温度升高过快则会进行报警提示，避免出现烧瓦事故，保证水轮发电机钨金瓦推力轴承运行安全。

Description

水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于水轮发电机钨金瓦推力轴承的故障预警装置。

背景技术

推力轴承被称为是水轮发电机的“心脏”，它承受着发电机组转子重量及轴向水推力，其工作性能及运行状态直接关系到机组的运行是否安全可靠。随着水轮发电机组容量的不断增大，对大型机组运行可靠性的要求也越来越高，对推力轴承安全可靠运行的要求也越来越高，因此对水轮发电机推力轴承的潜在故障提出预警就显得十分重要。

目前，水轮发电机组推力轴承运行状态的监测方法是在推力瓦上安装温度传感器，通过监测推力瓦的温度来确定推力轴承的运行状态是否良好，但这种方法存在缺点，第一，此方法只能间接反映推力轴承油膜状态；第二，温度监测存在滞后现象，当发现温度异常时可能已经出现轴承的损坏，而无法提前做出预警。

发明内容

本实用新型的目的是公开一种应用于水轮发电机钨金瓦推力轴承的故障预警装置，该装置适用于采用钨金瓦推力轴承的水轮发电机组，在水轮发电机组运行时对每块钨金推力瓦的油膜厚度、油膜压力、油膜温度数据进行动态测量，通过对数据的分析处理判断轴承的这些润滑参数是否正常，如果出现异常，则会对潜在的故障提出预警。

本实用新型的技术方案为：水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置，其特征是：由温度传感器、压力传感器、油膜厚度传感器、前置器、远程主机组成，前置器包括PCM-3363CPU模块U1、PCM-3910电源模块U2、PCM-3835存储器模块U3、PCM-3718H多功能采集模块U4、信号调理模块U5、无线路由模块U6，其中U1、U2、U3、U4采用PC104总线模块，模块上带有用于总线连接的插针和插孔，U1、U2、U3、U4通过这些插针和插孔依次层叠连接到一起，组成堆栈式结构，U5通过信号连接线与U4上的信号接口相连，U6通过网线连接到U1的网络端口，油膜厚度传感器S11、S12、S13、S14、压力传感器S21、S22、S23、S24的输出信号进入数据采集卡U4，温度传感器S31、S32、S33、S34的输出信号经过信号调理模块U5后形成信号D31、D32、D33、D34并进入数据采集采集卡U4；远程主机包括机箱U7、电源转换器U8、嵌入式计算机U9、点阵式液晶显示屏U10、无线通讯模块U11、转速信号采集模块U12、继电器控制模块U13、声光报警器U14。U8、U9、U11、U12、U13等模块都安装在机箱U7内，U10安装在机箱U7前面板上，U14安装在机箱U7上表面。

工作原理

本实用新型的全部传感器都安装于镜板上，每种传感器分别沿不同的径向分布，传感器在镜板上的布置图如图3所示。镜板转动一周，三种传感器会分别扫过每块推力瓦，前置器在运行程序的控制下同时采集每只传感器的测量数据，从而得到每块钨金瓦上的润滑参数数据。

在前置器开始数据采集时，首先记录当前时间T1，同时远程主机从机组转速传感器处取得转速数值n并将该数值传送到前置器，前置器根据转速数值n计算出数据采集卡的采样间隔时间⊿T，设定机组每转动一圈前置器能够采集到600组测量数据，则

$\mathrm{\Δ}T=\frac{1}{\frac{n}{60}\×600}=\frac{1}{10n}---\left(1\right)$

按照公式(1)设定下一次采集的触发时间为T1+⊿T，该时间到达后再进行数据采集，依此周而复始进行。机组每旋转一周，前置器能够采集到600组数据，每个传感器都能够在单块推力瓦上采集到几十组数据，可以精确显示推力轴承运行状态。

水轮发电机钨金瓦推力轴承的故障预警装置前置器，采用研华公司的PC104总线的嵌入式单板电脑作为基础，本实用新型中的U1、U2、U3、U4均采用PC104总线模块，每个模块上都有用于总线连接与扩展的插针和插孔，4个模块组成堆栈式结构，具有体积小、抗振性能好等优点，保证了系统主机在高速运转状态下的可靠运行。

信号调理模块U5使用非平衡电桥的原理将三线制铂电阻的温度信号S31、S32、S33、S34转换成满足U4采集范围的电压信号D31、D32、D33、D34，这些信号和油膜厚度信号S11、S12、S13、S14、油膜压力信号S21、S22、S23、S24一起接到U4的25针D型插座上，并通过螺栓连接固定。

技术效果

远程主机中安装推力轴承润滑参数数据分析软件，通过无线通讯模块U9与前置器通信。以往在旋转部件上的数据测量都要使用滑环传输信号，本实用新型中前置器随机组转动进行动态采集，通过无线局域网进行数据传输，省去滑环，解决了滑环传输测量信号带来干扰的问题。远程主机中的数据处理程序将收到的数据进行分析，一旦出现推力瓦油膜厚度过薄、油膜压力异常或者温度升速过快等现象，远程主机会给出报警信号，并将故障原因显示在点阵式显示屏U10上，提醒操作人员进行处理，保证推力轴承安全运行。

推力轴承的安全可靠运行是依靠推力瓦与镜板间形成安全油膜来实现的，油膜厚度和油膜压力能直接反映推力轴承的运行状态。推力轴承运行出现故障时，首先发生变化的就是油膜压力和油膜厚度，因此动态监测这些数据比监测推力瓦温度更能够直接反应推力轴承的运行状态，能够更早的发现推力轴承的故障。本实用新型中直接对钨金瓦推力轴承的油膜厚度、油膜压力、油膜温度三种参数同时采集，根据机组的转速计算出采样的时间间隔，保证机组每转动一周监测系统能够采集到600组数据，一旦出现异常现象，系统会给出报警信号，提醒操作人员进行处理，防患于未然。

附图说明

图1是本实用新型前置器原理框图

图2是本实用新型远程主机原理框图

图3是本实用新型中油膜厚度传感器、压力传感器、温度传感器在镜板上的布置图

图4是本实用新型应用工作连接框图

具体实施方式

水轮发电机钨金瓦推力轴承的故障预警装置，包括温度传感器、压力传感器、油膜厚度传感器、前置器、远程主机。前置器的结构如图1所示，包括PCM-3363CPU模块U1、PCM-3910电源模块U2、PCM-3835存储器模块U3、PCM-3718H多功能采集模块U4、信号调理模块U5、无线路由模块U6，其中U1、U2、U3、U4模块采用PC104总线，模块上有用于总线连接的插针和插孔，U1、U2、U3、U4通过这些插针和插孔依次层叠连接到一起，组成堆栈式结构，U5通过信号连接线与U4上的信号接口相连，U6通过网线连接到U1的网络端口。油膜厚度传感器S11、S12、S13、S14、压力传感器S21、S22、S23、S24的输出信号进入数据采集卡U4，温度传感器S31、S32、S33、S34的输出信号经过信号调理模块U5后形成信号D31、D32、D33、D34并进入数据采集采集卡U4。

远程主机的原理图如图2所示，包括机箱U7、电源转换器U8、嵌入式计算机U9、点阵式显示屏U10、无线通讯模块U11、转速信号采集模块U12、继电器控制模块U13、声光报警器U14。电源转换器U8为远程主机提供直流电源，嵌入式计算机U9执行输入输出控制，点阵式显示屏U10用于信息显示，无线通讯模块U11用于和前置器中的U6建立通讯连接，转速信号采集模块U12从机组转速传感器读取转速信号，继电器控制模块U13受控于嵌入式计算机U9，如果数据分析程序发现存在异常，继电器控制模块U13会驱动声光报警器U14发出报警，并根据分析结果将发生异常的钨金瓦编号和报警原因显示在点阵式显示屏U10上。U8、U9、U11、U12、U13放置在U7内，U10安装在机箱U7前面板上，U14安装在机箱U7上表面。

本实用新型全部传感器的布置方式如图3所示，油膜厚度传感器、压力传感器、温度传感器安装于镜板上，分别沿着不同的径向分布。

水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置的安装应用如图4所示，其中：1为水轮发电机转子；2为水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置前置器；3为传感器连线；4为推力头；5为镜板；6为温度、压力、油膜厚度传感器；7为高增益天线；8为下机架；9为远程主机。

前置器2安装于转子1的转子支架上，用于测量推力轴承润滑参数的油膜厚度、压力、温度传感器6安装在镜板5上，在推力头4上钻孔保证传感器连线3能引出到前置器2上，与远程主机9上的无线通讯模块U11相连的高增益天线7安装在下机架8上，高增益天线7与前置器中的无线数据传输模块U6组成无线网络进行数据通信。

系统开始工作后，按照以下步骤进行工作：①水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置前置器进行数据采集，并记录采集时间；②前置器将数据上传到远程主机；③远程主机从机组转速传感器处取得转速数据；④远程主机将转速值传到前置器；⑤前置器根据转速计算两次采集的时间间隔；当间隔时间到来时重复步骤①到步骤⑤，周而复始的运行。

每次数据采集结束后将测量数据通过无线通讯模块U6上传到远程主机9，远程主机9收到数据后进行处理，判断钨金瓦的温度、油膜厚度、油膜压力是否存在异常现象，当发现推力轴承油膜厚度过薄、油膜压力异常或者温度升速过快时，立即发出声光报警信号，提醒操作人员采取进一步的措施，避免出现烧瓦等事故，保证推力轴承的运行安全。

Claims (1)

1.一种水轮发电机钨金瓦推力轴承故障预警装置，其特征是：由温度传感器、压力传感器、油膜厚度传感器、前置器、远程主机组成，前置器包括PCM-3363CPU模块U1、PCM-3910电源模块U2、PCM-3835存储器模块U3、PCM-3718H多功能采集模块U4、信号调理模块U5、无线路由模块U6，其中U1、U2、U3、U4采用PC104总线模块，模块上带有用于总线连接的插针和插孔，U1、U2、U3、U4通过这些插针和插孔依次层叠连接到一起，组成堆栈式结构，U5通过信号连接线与U4上的信号接口相连，U6通过网线连接到U1的网络端口，油膜厚度传感器S11、S12、S13、S14、压力传感器S21、S22、S23、S24的输出信号进入数据采集卡U4，温度传感器S31、S32、S33、S34的输出信号经过信号调理模块U5后形成信号D31、D32、D33、D34并进入数据采集采集卡U4；远程主机包括机箱U7、电源转换器U8、嵌入式计算机U9、点阵式液晶显示屏U10、无线通讯模块U11、转速信号采集模块U12、继电器控制模块U13、声光报警器U14、U8、U9、U11、U12、U13模块都安装在机箱U7内，U10安装在机箱U7前面板上，U14安装在机箱U7上表面。