一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法及***
技术领域
本发明属于轴承技术领域,尤其涉及一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法及***。
背景技术
重载轴承主要应用于电力、石化等行业的大型旋转设备,特别适用于具有高速、重载特征的旋转机械如汽轮发电机组。漆膜,又称为积碳、结胶,是一种降解污染物,产生在润滑油或液压油***中。滑动轴承在高速、重载工况下运行时产生的局部高温会加速漆膜的形成。漆膜形成后,极易附着在金属表面,特别是在轴承最小间隙处,造成轴承润滑不良、瓦温升高和设备振动,严重时将会导致设备故障停机。
目前,漆膜检测大多是根据润滑油品质,主要方法有滤膜过滤法、超高速离心法和傅立叶红外光谱法。这些方法可以评判润滑油中漆膜形成的趋势,评价润滑油的质量,但不能对轴承的安全状态进行评估。
发明内容
本发明提供了一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法及***,用于解决现有技术不能对轴承的安全状态进行评估的问题。
本发明的具体技术方案如下:
一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法,包括:
S1:在漆膜倾向指数检测超标的润滑油***中获取轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度,判断所有当前轴瓦温度是否皆大于初始轴瓦温度,若是,则执行步骤S2;
S2:判断是否出现轴承负载加重、轴承供应润滑油温度上升、轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露和轴承自位性不良中任意一种轴承故障,若否,则轴承发生漆膜故障加剧并执行步骤S3;
S3:以当前轴瓦温度与初始轴瓦温度的差值为轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。
优选的,还包括:
S4:判断最大的轴瓦温度升高值是否满足第一预置公式,若是,则轴承的漆膜厚度超过最大安全裕度;
其中,第一预置公式具体为:
Δmax-(T1,in-T0,in)≥ΔTmax;
第一预置公式中,Δmax为最大的轴瓦温度升高值;T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度;T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度;ΔTmax为第一预置值。
优选的,判断是否出现轴承负载加重具体包括:
判断转子在轴承内的空间位置是否满足第二预置公式,若满足,则判定不出现轴承负载加重;
其中,第二预置公式具体为:
第二预置公式中,U1,X和U1,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的当前间隙电压;U0,X和U0,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的初始间隙电压;
判断是否出现轴承供应润滑油温度上升具体包括:
判断轴承供应润滑油温度是否满足第三预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油温度上升;
其中,第三预置公式具体为:
(T1,out-T1,in)-(T0,out-T0,in)>0;
第三预置公式中,T1,out为轴承在润滑油出口处的当前润滑油温度,T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度,T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度。
优选的,判断是否出现轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露具体包括:
判断轴承润滑油流量是否满足第四预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露;
其中,第四预置公式具体为:
G1,out-G1,in≥0且G1,out-G0,out≥0;
第四预置公式中,G1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油流量,G1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油流量,G0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油流量,G0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油流量。
优选的,判断是否出现轴承自位性不良具体包括:
判断轴承润滑油流量是否满足第三预置公式,轴承润滑油是否满足第五预置公式,若都满足,判定不出现轴承自位性不良;
其中,第五预置公式具体为:
T1,out-T0,out≥0;
第五预置公式中,T1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度。
本发明还提供了一种含漆膜重载轴承安全裕度评估***,包括:
第一获取模块,用于在漆膜倾向指数检测超标的润滑油***中获取轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度;
第一判断模块,用于判断所有当前轴瓦温度是否皆大于初始轴瓦温度,若是,则触发第二判断模块;
第二判断模块,用于判断是否出现轴承负载加重、轴承供应润滑油温度上升、轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露和轴承自位性不良中任意一种轴承故障,若否,则轴承发生漆膜故障加剧并触发第三判断模块;
第三判断模块,用于以当前轴瓦温度与初始轴瓦温度的差值为轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。
优选的,还包括:
第四判断模块,用于判断最大的轴瓦温度升高值是否满足第一预置公式,若是,则轴承的漆膜厚度超过最大安全裕度;
其中,第一预置公式具体为:
Δmax-(T1,in-T0,in)≥ΔTmax;
第一预置公式中,Δmax为最大的轴瓦温度升高值;T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度;T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度;ΔTmax为第一预置值。
优选的,第二判断模块包括:轴承负载判断子模块和轴承供应润滑油温度判断子模块;
轴承负载判断子模块用于判断转子在轴承内的空间位置是否满足第二预置公式,若满足,则判定不出现轴承负载加重;
其中,第二预置公式具体为:
第二预置公式中,U1,X和U1,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的当前间隙电压;U0,X和U0,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的初始间隙电压;
轴承供应润滑油温度判断子模块用于判断轴承供应润滑油温度是否满足第三预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油温度上升;
其中,第三预置公式具体为:
(T1,out-T1,in)-(T0,out-T0,in)>0;
第三预置公式中,T1,out为轴承在润滑油出口处的当前润滑油温度,T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度,T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度。
优选的,第二判断模块还包括:轴承润滑油油量判断子模块;
轴承润滑油油量判断子模块用于判断判断轴承润滑油流量是否满足第四预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露;
其中,第四预置公式具体为:
G1,out-G1,in≥0且G1,out-G0,out≥0;
第四预置公式中,G1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油流量,G1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油流量,G0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油流量,G0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油流量。
优选的,第二判断模块还包括:轴承自位性判断子模块;
轴承自位性判断子模块用于判断轴承润滑油流量是否满足第三预置公式,轴承润滑油是否满足第五预置公式,若都满足,判定不出现轴承自位性不良;
其中,第五预置公式具体为:
T1,out-T0,out≥0;
第五预置公式中,T1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度。
综上所述,本发明提供了一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法,包括:S1:在漆膜倾向指数检测超标的润滑油***中获取轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度,判断所有当前轴瓦温度是否皆大于初始轴瓦温度,若是,则执行步骤S2;S2:判断是否出现轴承负载加重、轴承供应润滑油温度上升、轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露和轴承自位性不良中任意一种轴承故障,若否,则轴承发生漆膜故障加剧并执行步骤S3;S3:以当前轴瓦温度与初始轴瓦温度的差值为轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。本发明中,含漆膜重载轴承安全裕度评估方法通过获取轴承在工作状态下正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度并将其与初始轴瓦温度进行比较,在轴承负载未加重,且轴承供应润滑油温度未上升,且轴承供应润滑油油量充足,且轴承润滑油***露,且轴瓦润滑油充足,且轴承自位性良好情况下,判断轴承发生漆膜故障加剧再进行轴承的漆膜厚度是否超过安全裕度的判断,综合了多个测量参数,区别了漆膜外导致轴瓦温度上升的原因,进而进行轴承的安全裕度的评估。
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作简单地介绍。
图1为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法的流程示意图;
图2为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法中轴承与温度传感器的安装示意图;
图3为本发明实施例中提供的漆膜轴承和无漆膜轴承油膜温度的分布图;
图4为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法中轴承与电涡流传感器的安装示意图;
图5为本发明实施例中提供的转子中心位置随漆膜厚度的变化情况图;
图6为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估***的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法及***,用于解决现有技术不能对轴承的安全状态进行评估的问题。
下面将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。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。
请参阅图1,为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法的流程示意图。
一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法,包括:
101、在漆膜倾向指数检测超标的润滑油***中获取轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度,判断所有当前轴瓦温度是否皆大于初始轴瓦温度,若是,则执行步骤102;
102、判断是否出现轴承负载加重、轴承供应润滑油温度上升、轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露和轴承自位性不良中任意一种轴承故障,若否,则轴承发生漆膜故障加剧并执行步骤103;
103、以当前轴瓦温度与初始轴瓦温度的差值为轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。
进一步的,还包括:
判断最大的轴瓦温度升高值是否满足第一预置公式,若是,则轴承的漆膜厚度超过最大安全裕度;
其中,第一预置公式具体为:
Δmax-(T1,in-T0,in)≥ΔTmax;
第一预置公式中,Δmax为最大的轴瓦温度升高值;T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度;T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度;ΔTmax为第一预置值。
本发明实施例中,判断是否出现轴承负载加重具体包括:
判断转子在轴承内的空间位置是否满足第二预置公式,若满足,则判定不出现轴承负载加重;
其中,第二预置公式具体为:
第二预置公式中,U1,X和U1,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的当前间隙电压;U0,X和U0,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的初始间隙电压;
判断是否出现轴承供应润滑油温度上升具体包括:
判断轴承供应润滑油温度是否满足第三预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油温度上升;
其中,第三预置公式具体为:
(T1,out-T1,in)-(T0,out-T0,in)>0;
第三预置公式中,T1,out为轴承在润滑油出口处的当前润滑油温度,T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度,T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度。
本发明实施例中,判断是否出现轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露具体包括:
判断轴承润滑油流量是否满足第四预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露;
其中,第四预置公式具体为:
G1,out-G1,in≥0且G1,out-G0,out≥0;
第四预置公式中,G1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油流量,G1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油流量,G0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油流量,G0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油流量。
判断是否出现轴承自位性不良具体包括:
判断轴承润滑油流量是否满足第三预置公式,轴承润滑油是否满足第五预置公式,若都满足,判定不出现轴承自位性不良;
其中,第五预置公式具体为:
T1,out-T0,out≥0;
第五预置公式中,T1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度。
本发明实施例中,轴承为滑动轴承。初始轴瓦温度为无漆膜故障时的轴瓦温度;初始润滑油温度为无漆膜故障时的润滑油温度;初始间隙电压为无漆膜故障时的间隙电压;初始润滑油流量为无漆膜故障时的润滑油流量。漆膜倾向指数检测超标的润滑油***具体为膜片比色法检测结果超标的润滑油***,即出现漆膜故障。为保护轴承的安全,通过安装于轴承进口处及出口处的温度传感器获取润滑油进口处和出口处的温度(Tin,Tout)及变化趋势。通过在轴承润滑油进口处和出口处安装的流量表获取轴承进口处和入口处润滑油流量(Gin,Gout)。结合进出口温度及流量信号形成边界条件测量模块。
请参阅图2,为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法的轴承与温度传感器的安装示意图。温度传感器的数量为四个,安装于滑动轴承正下方顺旋转方向60°区域内,并依次编号为1、2、3和4,获取滑动轴承的初始轴瓦温度和滑动轴承在工作状态下4个测试点的轴瓦温度及其变化趋势,形成轴瓦温度测量模块。
轴承动静间隙区域内摩擦功耗转变为热,使润滑油温度升高,造成油膜中不均匀分布的温度场。除了润滑油流动带走部分热量,润滑油还通过轴瓦和轴颈将热量传递给周围介质。在平衡的温度场内,摩擦的作用使得润滑油在收敛区域和开扩区内都存在温升,最高温升点在最小油膜厚度附近,如图3所示,为本发明实施例中提供的漆膜轴承和无漆膜轴承油膜温度的分布图。在180°附近温度变化梯度最大,出现漆膜故障后,轴承内的间隙分布发生了改变。在漆膜的后沿,因为台阶突扩效应,间隙收敛效果弱化甚至变成扩散效果,导致轴承扩散区的内温升提前,漆膜区域内温升显著。
本发明实施例中,请参阅图4,为本发明实施例中提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法中轴承与电涡流传感器的安装示意图。通过安装于轴承上互为垂直的电涡流传感器,获取转子的相对轴振。电涡流传感器输出的间隙电压(UX和UY)表示转子相对电涡流传感器的距离,间隙电压变化量即为相对距离变化量,两个互为垂直的电涡流传感器测量到的相对变化距离合成后,可得到转子相对轴承的空间位置变化情况。将间隙电压信号引入转子中心位置测量模块,计算转子中心位置情况。
相同载荷下,含漆膜轴承内,非漆膜区域内沿着流动方向间隙逐渐减小,形成挤压效应,压力逐渐增大。随着漆膜厚度的增大,台阶流导致的动压效应增大,最小油膜厚度减小,轴颈偏心率和偏位角减小。转子中心位置随漆膜厚度变化趋势如图5所示。
本发明实施例根据多个测点处轴瓦温度相对初始轴瓦温度的同步变化特征及转子在轴承中的相对位置来评估漆膜故障恶化。记4个轴瓦温度测试点的编号为i,初始轴瓦温度和当前轴瓦温度分别为T0,i,T1,i,i=1,2,3,4。将温度信号引入温度对比模块,计算各测试点轴瓦温度的相对变化Δi。
对于重载轴承,导致轴瓦温度持续上升的原因有:负载加重(轴承内转子有所下沉);供应润滑油温度上升;供应润滑油量不足或存在泄露;轴承自位性不良等导致的轴瓦润滑油量不足;漆膜故障加剧。对于膜片比色法检测结果超标(出现漆膜故障)的润滑油***,需要对多个信号进行对比分析,以排除非漆膜故障的影响。
本发明实施例中,获取轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度的次数为两次或两次以上,即获取多个工况下轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度;
判断所有当前轴瓦温度是否皆大于初始轴瓦温度,若是,判断是否出现轴承负载加重、轴承供应润滑油温度上升、轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露和轴承自位性不良中任意一种轴承故障,若否,则轴承发生漆膜故障加剧,以当前轴瓦温度与初始轴瓦温度的差值为轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。
漆膜厚度与轴承间隙的比值小于0.05时,漆膜厚度对最小油膜厚度和最大油膜压力的影响较小。漆膜厚度与轴承间隙的比值增大到大于0.05后,漆膜厚度对最小油膜厚度和最大油膜压力的影响增强。随着漆膜厚度的增加,最小油膜厚度减小、最大油膜压力增大、润滑油温升增大,承载力减小,轴颈偏心率和偏位角减小,对轴承安全运行将会产生不利影响。漆膜厚度增大到0.1时,最小油膜厚度与轴承间隙的比值为0.175,最小油膜厚度减小为无漆膜时的83%,最小油膜厚度难以满足润滑要求。此时,最大油膜压力增大25%,同时增加了动静部件发生碰摩的风险。第一预置值为漆膜厚度与轴承间隙的比值为0.1时的最大轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。
本发明实施例中,根据实际滑动轴承结构尺寸建立含漆膜轴承计算分析模型,计算轴承静、动态特性,计算出稳定负载下油膜厚度及压力分布、轴颈平衡位置随漆膜变化趋势,获取轴承漆膜厚度与轴承间隙的比值为0.1时最大的轴瓦温度升高值ΔTmax。
对比初始状态,最大的轴瓦温度升高值ΔTmax作为漆膜最小安全裕度的评价标准,考虑到边界条件影响,当工况即轴承在工作状态时满足第五预置公式时达到最高安全裕度。达到最高安全裕度时,发出预警信号,需尽快进行处理,以避免引发其它恶性事故。
本发明实施例含漆膜重载轴承安全裕度评估方法由轴颈平衡位置变化状态及轴瓦温度变化进行安全裕度的评估。该发明含漆膜重载轴承安全裕度评估方法对轴颈中心位置及轴瓦温度进行实时测试,通过电涡流传感器测试转子在轴承中的空间位置,利用轴瓦上安装的温度测量设备测试轴瓦温度;由轴承几何结构数据及润滑油入口温度计算滑动轴承在稳定状态下的静、动力特性;比对实测转子空间位置及轴瓦温度与理论值之间的差异,根据偏差值评估轴承的漆膜厚度的安全裕度。
以上是对本发明实施例提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估方法的一个实施例进行详细的描述,以下将本发明实施例提供的一种含漆膜重载轴承安全裕度评估***的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图6,一种含漆膜重载轴承安全裕度评估***,包括:
201、第一获取模块,用于在漆膜倾向指数检测超标的润滑油***中获取轴承正下方顺旋转方向的当前轴瓦温度;
202、第一判断模块,用于判断所有当前轴瓦温度是否皆大于初始轴瓦温度,若是,则触发第二判断模块;
203、第二判断模块,用于判断是否出现轴承负载加重、轴承供应润滑油温度上升、轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露和轴承自位性不良中任意一种轴承故障,若否,则轴承发生漆膜故障加剧并触发第三判断模块;
204、第三判断模块,用于以当前轴瓦温度与初始轴瓦温度的差值为轴瓦温度升高值,判断最大的轴瓦温度升高值是否大于或等于第一预置值,若是,则轴承的漆膜厚度超过最小安全裕度。
进一步的,还包括:
第四判断模块,用于判断最大的轴瓦温度升高值是否满足第一预置公式,若是,则轴承的漆膜厚度超过最大安全裕度;
其中,第一预置公式具体为:
Δmax-(T1,in-T0,in)≥ΔTmax;
第一预置公式中,Δmax为最大的轴瓦温度升高值;T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度;T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度;ΔTmax为第一预置值。
本发明实施例中,第二判断模块包括:轴承负载判断子模块和轴承供应润滑油温度判断子模块;
轴承负载判断子模块用于判断转子在轴承内的空间位置是否满足第二预置公式,若满足,则判定不出现轴承负载加重;
其中,第二预置公式具体为:
第二预置公式中,U1,X和U1,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的当前间隙电压;U0,X和U0,Y为轴承上互为垂直的电涡流传感器输出的初始间隙电压;
轴承供应润滑油温度判断子模块用于判断轴承供应润滑油温度是否满足第三预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油温度上升;
其中,第三预置公式具体为:
(T1,out-T1,in)-(T0,out-T0,in)>0;
第三预置公式中,T1,out为轴承在润滑油出口处的当前润滑油温度,T1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度,T0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油温度。
本发明实施例中,第二判断模块还包括:轴承润滑油油量判断子模块;
轴承润滑油油量判断子模块用于判断判断轴承润滑油流量是否满足第四预置公式,若满足,则判定不出现轴承供应润滑油油量不足或轴承润滑油存在泄露;
其中,第四预置公式具体为:
G1,out-G1,in≥0且G1,out-G0,out≥0;
第四预置公式中,G1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油流量,G1,in为轴承润滑油进口处的当前润滑油流量,G0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油流量,G0,in为轴承润滑油进口处的初始润滑油流量。
第二判断模块还包括:轴承自位性判断子模块;
轴承自位性判断子模块用于判断轴承润滑油流量是否满足第三预置公式,轴承润滑油是否满足第五预置公式,若都满足,判定不出现轴承自位性不良;
其中,第五预置公式具体为:
T1,out-T0,out≥0;
第五预置公式中,T1,out为轴承润滑油出口处的当前润滑油温度,T0,out为轴承润滑油出口处的初始润滑油温度。
本发明实施例中,第一预置值为漆膜厚度与轴承间隙的比值为0.1时的最大轴瓦温度升高值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。